CN110223174B

CN110223174B - 区块交易记账方法和系统、数据处理终端、区块链系统

Info

Publication number: CN110223174B
Application number: CN201910435817.4A
Authority: CN
Inventors: 尚书
Original assignee: Beijing Qinghong Weigu Technology Development Co ltd
Current assignee: Shanghai Shutu Blockchain Research Institute
Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2019-05-23
Publication date: 2021-07-09
Anticipated expiration: 2039-05-23
Also published as: CN110223174A

Abstract

区块交易记账方法和系统、数据处理终端、区块链系统。本发明涉及一种区块交易记账方法，包括：接收并暂存待验证区块；经过延迟期，确定该延迟期结束时的记账链；根据该记账链，选择对该待验证区块进行交易验证或丢弃；对通过交易验证的该待验证区块进行交易记账。本发明的区块交易记账方法，通过延迟执行交易，在接收到待验证区块时，先进行暂存，等待一个延迟期后再根据区块链分叉情况选择对待验证区块进行验证或丢弃，有效地降低了共识节点算力的浪费。

Description

区块交易记账方法和系统、数据处理终端、区块链系统

技术领域

本发明属于互联网技术领域，具体涉及一种区块链网络的共识节点对区块的交易记账方法及系统。

背景技术

区块链系统本质上是一个对等网络(P2P，peer-to-peer)的分布式账本数据库系统。区块链是一串链接的数据区块，每个数据区块中记录的一组采用散列算法组成的树状交易状态信息，以保证每个区块内的交易数据不可篡改，区块链里链接的区块也不可篡改。区块链系统中，每一个区块生成周期都会产生一个区块，每个区块生成周期内发生的交易记录就保存在这个区块生成周期内生成的区块内。区块通过挖矿产生，所谓“挖矿”是穷举数随机算法，参与挖矿的节点(矿工)把上一个区块的散列值加上当前区块生成周期内的全部交易数据打包，再加上一个随机数，算出一个256位的字符串散列值，输入的随机数nonce使这个散列值满足一定条件，这个矿工就获得了这个区块的交易记账权。其他节点接到这个矿工在网络上广播的区块后，对这个区块进行验证，并在通过验证后，这个矿工就可以将这个区块链接到区块链主链上。

当两个或两个以上的矿工几乎同时“挖出”两个新区块时，会出现主链“分叉”，区块链系统并不会马上丢弃哪个区块，而是形成分叉链，并约定后续矿工总是选择累积工作量证明最大的区块链(长链)。因此，当主链分叉后，矿工通过计算和比较，将挖出的后续区块连接到当前累积工作量证明最大化的长链上，形成更长的新主链，并自动抛弃分叉处的短链，从而解决分叉问题。

图1是现有技术中区块交易记账示意图。如图1所示，区块链入区块链的过程包括：共识节点在时刻T_N接收待验证区块B_N，在T_N时刻对待验证区块B_N进行共识验证，经过等待确认(confirmation)后，于T_C时刻链入区块链(记账)。

可以发现，现有技术中共识节点对所有接收到的待验证区块都会进行共识验证，然后将通过验证的区块分别链入对应的分叉链中，但当长链(主链)被保存，短链被抛弃后，对短链内区块进行验证所消耗的算力，明显是被浪费了。如何节约共识节点的算力，降低消耗，是一个值得研究的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明通过延迟执行交易的方法，在接收到待验证区块时，先进行暂存，等待一个延迟期后再根据区块链分叉情况选择对待验证区块进行验证或丢弃，以降低共识节点算力的浪费。

具体来说，本发明提出一种区块交易记账方法，包括：接收并暂存待验证区块；经过延迟期，确定该延迟期结束时的记账链；根据该记账链，选择对该待验证区块进行交易验证或丢弃；对通过交易验证的该待验证区块进行交易记账。

本发明所述的区块交易记账方法，其中以延迟期t_M内接收到的所有区块的区块头信息，获取该预测状态以确定该记账链；其中，该预测状态包括接收待验证区块B_N时本地区块链的所有分叉链在延迟期t_M结束时的预测长度，以具有最大预测长度的分叉链为该记账链。

本发明所述的区块交易记账方法，其中延迟期t_M为接收M个区块的时间长度，其中M为正整数，该M个区块包括区块B_N+1、区块B_N+2、……、区块B_N+M。

本发明所述的区块交易记账方法，其中根据待验证区块B_N的区块头信息判断待验证区块B_N是否应链入该记账链，若是则以待验证区块B_N为记账区块B'_N进行交易验证，反之则丢弃待验证区块B_N。

本发明所述的区块交易记账方法，其中将记账区块B'_N链入该记账链末端，以完成行交易记账。

本发明所述的区块交易记账方法，其中接收并暂存待验证区块B_N后，经过确认等待期t_C后对记账区块B'_N进行交易记账，t_C≥t_M。

本发明所述的区块交易记账方法，其中以POW共识机制进行交易验证。

本发明还提出一种区块交易记账系统，包括：接收模块，用于接收并暂存待验证区块；延迟模块，用于经过延迟期，确定该延迟期结束时的记账链；验证模块，用于根据该记账链，选择对该待验证区块进行交易验证或丢弃；记账模块，用于对通过交易验证的该待验证区块进行交易记账。

本发明所述的区块交易记账系统，其中该延迟模块具体包括：以延迟期T_M内接收到的所有区块的区块头信息，获取该预测状态以确定该记账链；其中，该预测状态包括接收待验证区块B_N时本地区块链的所有分叉链在延迟期T_M结束时的预测长度，以具有最大预测长度的分叉链为该记账链。

本发明所述的区块交易记账系统，其中延迟期t_M为接收M个区块的时间长度，其中M为正整数，该M个区块包括区块B_N+1、区块B_N+2、……、区块B_N+M。

本发明所述的区块交易记账系统，其中该验证模块具体包括：根据待验证区块B_N的区块头信息判断待验证区块B_N是否应链入该记账链，若是则以待验证区块B_N为记账区块B'_N进行交易验证，反之则丢弃待验证区块B_N。

本发明所述的区块交易记账系统，其中该记账模块具体包括：将记账区块B'_N链入该记账链末端，以完成行交易记账。

本发明所述的区块交易记账系统，其中接收并暂存待验证区块B_N后，经过确认等待期t_C后调用该记账模块对记账区块B'_N进行交易记账，t_C≥t_M。

本发明所述的区块交易记账系统，其中以POW共识机制进行交易验证。

本发明还提出一种可读存储介质，存储有可执行指令，该可执行指令用于执行前述的区块交易记账方法。

本发明还提出一种数据处理终端，作为共识节点接入区块链网络，该数据处理终端包括：可读存储介质；处理器，用于调取并执行该可读存储介质中的可执行指令，以接收、暂存及验证待验证区块，并将通过验证的待验证区块链入本地区块链；存储器，用于暂存待验证区块，并存储该本地区块链。

本发明还提出一种区块链系统，包括多个共识节点，其特征在于，至少一个该共识节点为前述的数据处理终端。

附图说明

图1是现有技术中区块交易记账示意图。

图2是本发明的区块交易记账示意图。

图3是本发明的区块交易连续记账示意图。

图4是本发明的区块交易记账方法流程图。

图5A、5B、5C是本发明的区块交易记账方法算力节省效果示意图。

图6是本发明的数据处理终端结构示意图。

图7是本发明的区块链系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

现有技术中，共识节点接收到区块B_N后，即对区块B_N进行共识验证，而不是先检查区块B_N将链入的分叉链是否为主链(长链)，如果可以预测分叉链中每个链在一定时刻后的状态，以确定出主链，则可以将不链入主链的区块直接丢弃而不进行共识验证，则可以有效的避免算力的浪费。

本发明的核心技术方案，是通过延迟共识验证的触发时间，使对区块进行共识验证之前，就可以预测区块将链入的分叉链在将来是否会被丢弃，如果是短链会被丢弃，则无需再对区块进行共识验证以节省共识节点的算力，如果是长链(主链)会被保留，则再对区块进行共识验证。交易延迟执行区块数为M，区块确认需等待的区块数为C(C≥M)，那么每个节点当前状态将会分为三个部分，1)共识节点本地同步区块，2)共识节点本地维护的链上状态，3)共识节点本地认可的确认区块。当共识节点同步到高度为N的区块B_N时，并不立即执行当前区块中的交易，而是等收到高度为N+M的区块B_N+M时，再执行高度为N的区块B_N内的交易，此时共识节点维护的链上状态会更新到高度为N的区块B_N。接着，当共识节点同步到高度为N+C的区块时，区块B_N被确认。可见，每个区块内的交易都被延迟了M个区块才被执行，但由于确认所需区块数C≥M，所以延迟执行并不会影响区块确认逻辑，区块确认时，每个节点都能查到当前区块内交易全部执行后的状态，并且可以信任该状态已经无法被篡改。

具体来说，本发明提出一种区块交易记账方法，包括：接收并暂存待验证区块；经过延迟期，确定延迟期结束时的记账链；根据记账链，选择对待验证区块进行交易验证或丢弃；对通过交易验证的待验证区块进行交易记账。

其中，以延迟期T_M内接收到的所有区块的区块头信息，获取预测状态以确定记账链；其中，预测状态包括接收待验证区块B_N时本地区块链的所有分叉链在延迟期T_M结束时的预测长度，以具有最大预测长度的分叉链为该记账链。

延迟期T_M为接收M个区块的时间长度，其中M为正整数，该M个区块包括区块B_N+1、区块B_N+2、……、区块B_N+M。

根据待验证区块B_N的区块头信息判断待验证区块B_N是否应链入记账链，若是则以待验证区块B_N为记账区块B'_N进行交易验证，并在通过交易验证后，将记账区块B'_N链入该记账链末端以完成行交易记账；若否则丢弃待验证区块B_N。其中接收并暂存待验证区块B_N后，经过确认等待期T_C后对记账区块B'_N进行交易记账，其中确认等待期T_C大于或等于延迟期T_M。

本发明所述的区块交易记账方法，以POW共识机制进行交易验证。

图2是本发明的区块交易记账示意图。如图2所示，区块B_N(第N个区块)在被接收、共识验证和链入区块链的过程中的状态依次为：区块接收，在T_N时刻共识节点接收到区块B_N(第N个区块)，但共识节点并不是立即进行共识验证，而是对区块B_N进行暂存，链入区块链的过程包括：区块接收，共识节点在时刻T_N接收待验证区块B_N；区块验证，在T_M时刻(共识节点又接收到M个区块)对待验证区块B_N进行共识验证；区块链入，于T_C时刻(共识节点又接收到C-M个区块)，将通过共识验证的待验证区块B_N链入区块链主链(记账)。

于本发明的实施例中，T_M时刻早于T_C时刻，如此一来，对待验证区块B_N的共识验证仍处于将待验证区块B_N链入主链之前，所以延迟共识验证并不会影响区块的确认逻辑，在区块链入主链(确认)后，区块链系统中的每个节点都能查到主链内区块的交易，并且可以信任区块的状态已经无法被篡改。

于本发明的另一实施例中，T_M时刻同时于T_C时刻，即经过等待确认(confirmation)后需要将待验证区块B_N链入主链时，才对待验证区块B_N进行验证，由于对待验证区块进行共识验证相对于挖掘(生成)区块所需的算力要低，因此可以保证待验证区块B_N在链入主链之前完成共识验证。

在区块链系统中，每个区块生成周期内都会产生新区块，共识节点会以区块生成周期不断的接收新区块(待验证区块)，并持续对接收到的新区块进行共识验证，将通过共识验证的新区块链入区块链主链。图3是本发明的区块交易连续记账示意图。如图3所示，于本发明的实施例中，相对于区块B_N，共识节点A在接收区块B_N时为T_N时刻，暂存待验证区块B_N而并不对其进行共识验证，共识节点A继续接收区块，从T_N时刻经过一个延迟期t_M到T_M时刻，当接收区块B_N+M时，对待验证区块B_N进行取舍判断，于延迟期t_M期间，共识节点接收并暂存了B_N+1、B_N+2、……、B_N+M共M个区块，并在延迟期t_M的末端，通过对区块B_N+1、区块B_N+2、……、区块B_N+M的区块头进行分析，以预测区块链的分叉情况，确定区块链主链(长链)，由于预测到区块B_N将链入主链，则对区块B_N进行共识验证，从T_N时刻经过一个确认等待期t_C到T_C时刻，才对通过共识验证的待验证区块B_N进行记账，将区块B_N链入区块链主链，于确认等待期t_C期间，共识节点接收并暂存了B_N+1、B_N+2、……、B_N+M、B_N+M+！、……、B_N+C共C个区块；相对于区块B_N+1，共识节点A在接收区块B_N+1时为T_N+1时刻，暂存待验证区块B_N+1，共识节点A继续接收区块，从T_N+1时刻经过一个延迟期t_M到T_M+1时刻，在延迟期t_M的末端，当接收区块B_N+M+1时，对待验证区块B_N+1进行取舍判断，并通过对区块B_N+2、区块B_N+3、……、区块B_N+M+1的区块头进行分析，以预测区块链的分叉情况，确定区块链主链(长链)，由于在T_M+1时刻预测到区块B_N+1将链入短链，则说明在后续的某一时刻，区块B_N+1将随着链入的短链被丢弃而一并丢弃，因此不需要再浪费算力对区块B_N+1进行共识验证，直接将区块B_N+1丢弃；基于相同的道理，在T_M+2时刻预测到区块B_N+2将链入短链，则直接将区块B_N+2丢弃，在T_M+3时刻预测到区块B_N+3将链入主链，对区块B_N+3进行共识验证，于T_C+3时刻，对通过共识验证的待验证区块B_N+3进行记账，将区块B_N+3链入区块链主链。

图4是本发明的区块交易记账方法流程图。如图4所示，本发明的区块交易记账方法具体包括：

步骤S1，接收待验证区块，即共识节点通过P2P网络接收其他区块链节点广播的待验证区块；

步骤S2，共识节点对待验证区块进行暂存；

步骤S3，经过一个延迟期，确定在延迟期结束时区块链各分叉链中的主链(记账链)，以主链以外的其他分叉链为短链；根据待验证区块与主链的关系，如待验证区块将链入主链，则进入步骤S4，如待验证区块将链入短链，则进入步骤S6；

步骤S4，对待验证区块进行交易验证(共识验证)

步骤S5，对通过交易验证的该待验证区块进行交易记账；

步骤S6，丢弃待验证区块。

下面将以一个实例具体解释为什么延迟执行技术可以帮助节点节省算力。

图5A、5B、5C是本发明的区块交易记账方法算力节省效果示意图。考虑图5A所示的区块链典型分叉场景，此时可以认为延迟区块数为0(M＝0)，即不进行共识验证延迟，共识地节点将会对4个分叉链中的12个需验证区块所包含的交易进行验证，其总验证量为(5+2+4+6+9)+(3+5+2)+(8+3+4)+(3)＝54；如果延迟区块数为1(M＝1)，如图5B所示，共识节点仅会对9个需验证区块所包含的交易进行验证，其总验证量为(5+2+4+6+9)+(3+5)+(8+3)＝45个交易，有3个不需验证区块，节省了(54-45)/54＝16.67％的算力；如果延迟区块数为3(M＝3)，如图5C所示，共识节点仅会对主链上的5个需验证区块所包含的交易进行验证，其总验证量为(5+2+4+6+9)＝26个交易，有7个不需验证区块，节省了(54-26)/54＝51.85％的算力。不同的区块链可以根据实际运行过程中分叉的平均长度和确认区块数C来决定延迟区块数M的选择，只要M＞0，就能够起到节省算力的作用。

图6是本发明的数据处理终端结构示意图。如图6所示，本发明还提出一种数据处理终端，包括处理器、存储器和可读存储介质，其中处理器通过读取可读存储介质存储的可执行指令，以接收、暂存及验证待验证区块，根据已接收区块的区块头，预测区块链的分叉链在将来某一时刻的状态，以确定是否需要对待验证区块进行共识验证，并将通过验证的待验证区块链入本地区块链主链，存储器，用于暂存待验证区块，并存储本地区块链；可读存储介质存储有可执行指令，可执行指令被处理器执行时，实现上述区块交易记账方法。本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件(例如处理器)完成，所述程序可以存储于可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块可以采用硬件的形式实现，例如通过集成电路来实现其相应功能，也可以采用软件功能模块的形式实现，例如通过处理器执行存储于存储器中的程序/指令来实现其相应功能。本发明实施例不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

图7是本发明的区块链系统结构示意图。如图7所示，本发明的区块链系统包括多个共识节点，本发明的区块链系统中，至少一个区块链共识节点为本发明的数据处理终端。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种区块交易记账方法，其特征在于，包括：

接收并暂存待验证区块；

经过延迟期，以延迟期内接收到的所有区块的区块头信息，获取接收该待验证区块时本地区块链的所有分叉链在该延迟期结束时的预测长度；以具有最大预测长度的分叉链为记账链；

根据该记账链，选择对该待验证区块进行交易验证或丢弃；

对通过交易验证的该待验证区块进行交易记账。

2.如权利要求1所述的区块交易记账方法，其特征在于，延迟期t_M为接收M个区块的时间长度，其中M为正整数，该M个区块包括区块B_N+1、区块B_N+2、……、区块B_N+M。

3.如权利要求1所述的区块交易记账方法，其特征在于，根据待验证区块B_N的区块头信息判断待验证区块B_N是否应链入该记账链，若是则以待验证区块B_N为记账区块B'_N进行交易验证，反之则丢弃待验证区块B_N。

4.如权利要求3所述的区块交易记账方法，其特征在于，将记账区块B'_N链入该记账链末端，以完成行交易记账。

5.如权利要求4所述的区块交易记账方法，其特征在于，接收并暂存待验证区块B_N后，经过确认等待期t_C后对记账区块B'_N进行交易记账，t_C≥t_M。

6.如权利要求1所述的区块交易记账方法，其特征在于，以POW共识机制进行交易验证。

7.一种区块交易记账系统，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收并暂存待验证区块；

延迟模块，用于经过延迟期，以延迟期内接收到的所有区块的区块头信息，获取接收该待验证区块时本地区块链的所有分叉链在该延迟期结束时的预测长度，并以具有最大预测长度的分叉链为记账链；

验证模块，用于根据该记账链，选择对该待验证区块进行交易验证或丢弃；

记账模块，用于对通过交易验证的该待验证区块进行交易记账。

8.如权利要求7所述的区块交易记账系统，其特征在于，延迟期t_M为接收M个区块的时间长度，其中M为正整数，该M个区块包括区块B_N+1、区块B_N+2、……、区块B_N+M。

9.如权利要求7所述的区块交易记账系统，其特征在于，该验证模块具体包括：

根据待验证区块B_N的区块头信息判断待验证区块B_N是否应链入该记账链，若是则以待验证区块B_N为记账区块B'_N进行交易验证，反之则丢弃待验证区块B_N。

10.如权利要求9所述的区块交易记账系统，其特征在于，该记账模块具体包括：

将记账区块B'_N链入该记账链末端，以完成行交易记账。

11.如权利要求10所述的区块交易记账系统，其特征在于，接收并暂存待验证区块B_N后，经过确认等待期t_C后调用该记账模块对记账区块B'_N进行交易记账，t_C≥t_M。

12.如权利要求7所述的区块交易记账系统，其特征在于，以POW共识机制进行交易验证。

13.一种可读存储介质，存储有可执行指令，该可执行指令用于执行如权利要求1～6任一项所述的区块交易记账方法。

14.一种数据处理终端，作为共识节点接入区块链网络，该数据处理终端包括：

如权利要求13所述的可读存储介质；

处理器，用于调取并执行该可读存储介质中的可执行指令，以接收、暂存及验证待验证区块，并将通过验证的待验证区块链入本地区块链；

存储器，用于暂存待验证区块，并存储该本地区块链。

15.一种区块链系统，包括多个共识节点，其特征在于，至少一个该共识节点为如权利要求14所述的数据处理终端。