CN111161069B - 区块链系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种区块链系统，所述区块链系统包括底层链以及若干上层合约链，每个上层合约链对应一智能合约，并且每个上层合约链中的每个节点客户端均属于底层链，且均订阅该上层合约链对应的智能合约，以执行该智能合约对应的交易。本发明通过把智能合约与底层转账交易进行分离，参与智能合约的节点客户端集体维护合约相关的交易数据与合约状态数据，可以使得智能合约的执行性能适合具体应用场景。而底层链不需要执行智能合约交易，使得底层固定大小的区块中，可以打包更多转账交易，从而也会提升底层交易链的性能。

Description

区块链系统

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，特别涉及区块链系统。

背景技术

区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算范式。

目前在区块链系统中智能合约交易与普通交易不作区分，所有交易数据都会打包进入区块中，在所有节点之间进行同步并且存储到底层数据库，这样一方面会导致区块链体积过大，另一方以太坊对自己不感兴趣的智能合约也需要在本地执行，而智能合约交易的计算与同步导致以太坊的TPS(TPS是指1秒钟能处理的交易数)过低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种区块链系统。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种区块链系统，所述区块链系统包括底层链以及若干上层合约链，每个上层合约链对应一智能合约，并且每个上层合约链中的每个节点客户端均属于底层链，且均订阅该上层合约链对应的智能合约，以执行该智能合约对应的交易。

所述区块链系统，其中，所述若干上层合约链中的任意两个上层合约链对应的智能合约不同，并且每个上层合约链中数据在该上层合约链包含的各节点客户端之间共识同步。

所述区块链系统，其中，所述若干上层合约链中的每个上层合约链均采用POA共识方式。

所述区块链系统，其中，所述底层链采用POW共识方式，并且所述底层链用于执行普通交易。

所述区块链系统，其中，对于每个上层合约链，在该上层合约链出块后，该上层合约链的合约数据状态存证于所述底层链内。

所述区块链系统，其中，对于所述区块链系统中的每个节点客户端，该节点客户端通过订阅智能合约的方式加入该智能合约对应的上层合约链。

所述区块链系统，其中，所述区块链系统中的每个节点客户端可订阅一个或多个智能合约。

所述区块链系统，其中，所述底层链对应的下层虚拟机内布置有全局合约，每个节点客户端通过所述全局合约订阅智能合约。

所述区块链系统，其中，所述全局合约内包括智能合约的节点信息以及创建终端公钥信息。

所述区块链系统，其中，对于每个上层合约链中的每个节点客户端，该节点客户端通过退订智能合约的方式脱离该上层合约链。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种区块链系统，所述区块链系统包括底层链以及若干上层合约链，每个上层合约链对应一智能合约，并且每个上层合约链中的每个节点客户端均属于底层链，且均订阅该上层合约链对应的智能合约，以执行该智能合约对应的交易。本发明通过把智能合约与底层转账交易进行分离，参与智能合约的节点客户端集体维护合约相关的交易数据与合约状态数据，可以使得智能合约的执行性能适合具体应用场景。而底层链不需要执行智能合约交易，使得底层固定大小的区块中，可以打包更多转账交易，从而也会提升底层交易链的性能。

附图说明

图1为本发明提供的区块链系统的结构原理图。

图2为本发明提供的区块链系统中包括共识机制的结构原理图。

图3为本发明提供的区块链系统中节点客户端订阅智能合约的时序图。

图4为本发明提供的区块链系统中上层合约链与底层链的交互过程的流程示意图。

具体实施方式

本发明提供一种区块链系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面结合附图，通过对实施例的描述，对发明内容作进一步说明。

本实施提供了一种区块链系统，如图1所示，所述区块链系统包括：底层链100以及若干上层合约链200，若干上层合约链200中的每个上层合约链均对应一个智能合约，并且每个上层合约链200对应的智能合约互不相同。此外，对于每个上层合约链200，该上层合约链200包括的每个节点客户端均属于底层链100，并且订阅该上层合约链200对应的智能合约，以使得该上层合约链200中的每个节点客户端执行该智能合约对应的交易。这样通过把智能合约与底层转账交易进行分离，参与智能合约的节点客户端集体维护合约相关的交易数据与合约状态数据，可以使得智能合约的执行性能适合具体应用场景。而底层链不需要执行智能合约交易，使得底层固定大小的区块中，可以打包更多转账交易，从而也会提升底层交易链的性能。

进一步，若干上层合约链中每个上层合约链均布置有上层虚拟机，所述底层也布置有底层虚拟机，并且各上层合约链配置有上层虚拟机相互独立，并且均与底层链配置有底层虚拟机分离。上层合约链对应的智能合约涉及的交易在该上层合约链对应的上层虚拟机执行；普通交易由底层虚拟机执行，其中，普遍交易可以包括转账、合约部署以及合约存证，并且所述区块链系统中的所有节点客户端均执行普通交易。可以理解的，所述区块链系统中所有节点客户端均拥有底层虚拟机，而各上层合约链包括的各节点客户端可以调用各上层合约链对应的上层虚拟机，也就是说，对于每个上层虚拟机，仅有该上层虚拟机对应的节点客户端可以调用，以使得该上层虚拟机执行该上层合约链对应的智能合约交易，以及存储该智能合约的状态数据和合约产生的区块数据。这样通过分底层链和上层合约链执行，使得合约交易和普通交易可以并行执行，大大提高了交易的执行速度。

进一步，在本实施例的一个实现方式中，如图2所示，所述底层链采用POW(ProveOf Work，工作证明)共识机制，通过采用POW共识机制可以保证底层链的去中心化，从而可以保证底层链的安全性。同时，所述区块链系统中的每个节点客户端均属于所述底层链，并底层链中每个节点客户端执行的普通交易在所述底层链中同步，即将该普通交易同步给底层链中的每个节点客户端，以使得每个节点客户端均存储该普通交易对应的交易数据。此外，对于若干上层合约链，各上层合约链可以采用相同的共识机制，可以采用不同的共识机制，例如，部分上层合约链采用POA(Proof of Authority，授权证明)共识机制，部分上层合约链采用POW共识机制等。在本实施例的一个可能实现方式中，如图2所示，若干上层合约链存采用相同的共识机制，该共识机制为POA共识机制。可以理解的是，若干上层合约链中的每个上层合约链均采用POA共识机制，这样只有该上层合约链的合约管理员才有权限打包区块，提高了上层合约链对交易处理的速度。

进一步，在本实施例的一个实现方式中，若干上层合约链可以包括一个上层合约链，也可以包括多个上层合约链，当若干上层合约链为多个上层合约链时，每个上层合约链对应的智能合约不同，并且每个上层合约链中数据在该上层合约链包含的各节点客户端之间共识同步。可以理解的是，任意两个上层合约链对应的智能合约不相同，并多个上层合约链中的任意两个上层合约链均相同独立，只有同一上层合约链之间的节点客户端才会参与该上层合约链的节点客户端之间的POA共识。

进一步，在本实施例的一个实现方式中，所述区块链系统中的每个节点客户端均可以属于上层合约链，并且一个节点客户端可以属于一个上层合约链，或者多个上层合约链。当一个节点客户端属于多个上层合约链时，该节点客户端可以执行其对应的各上层合约链对应的智能合约，并对于该节点客户端对应的每个智能合约，该节点客户端执行的该智能合约数据仅在该智能合约对应的上层合约链包含的各节点客户端之间同步。此外，区块链系统中每个节点客户端对应的上层合约链的数量可以根据该节点客户端自身的硬件条件而确定，例如，根据CPU处理能力，或者内存容量等因素确定。

进一步，由于每个上层合约链均对应一个智能合约，并且各上层合约链对应的智能合约互不相同，从而，区块链系统中的节点客户端可以通过订阅智能合约的方式加入该智能合约对应的上层合约链，并且该节点客户端只有订阅了上层合约链对应的智能合约，才能将该智能合约的合约数据存储在节点客户端本地，并且智能合约对应的合约交易才会被改节点客户端执行。可以理解的是，区块链系统中的每个节点客户端，该节点客户端通过订阅智能合约的方式加入该智能合约对应的上层合约链，存储该智能合约对应的合约数据，以及执行该智能合约对应的合约交易，同时在该智能合约对应的上层合约链中进行数据同步，这样使得智能合约执行更加灵活，并且也不会被底层交易链的低tps所限制。

进一步，在本实施例的一个实现方式中，所述上层合约链的建立过程可以为：首先智能合约的创建终端创建智能合约，然后区块链系统中的各节点客户端订阅智能合约的方式加入该智能合约，订阅该智能合约的各节点客户端与该智能合约的创建终端形成上层合约链。可以理解的是，智能合约的创建终端作为该智能合约的第一成员以形成该智能合约对应的上层合约链，然后区块链中的各节点客户端以订阅该智能合约的方式加入该上层合约链，并与各上层合约链包括的各节点客户端进行同步，其中，所述智能合约创建终端包含于所述区块链系统。

进一步，为了便于上层合约链的统一管理，所述底层链对应的底层虚拟机内部署有一个全局合约，所述全局合约由底层虚拟机执行，并且区块链中的所有节点客户端均会执行所述全局合约的相关交易。其中，所述全局合约用于管理各上层合约链对应的智能合约，并且存储有各智能合约对应的智能合约信息，其中，智能合约信息可以创建者的节点客户端信息和创建者的公钥信息等。可以理解的是，智能合约创建者的节点客户端在本地部署智能合约后，均会在全局合约内做注册，以将该智能合约对应的智能合约信息添加至全局合约内。这样当节点客户端订阅智能合约是，可以通过全局合约获取各智能合约对应的智能合约信息，并与智能合约创建者的节点客户端建立连接以同步数据。

进一步，全局合约用来管理智能合约创建者所部署的智能合约，可以让智能合约创建者设置合约执行手续费，记录智能合约和底层链的最近交互点(例如，区块号)，以及记录智能合约创建者的节点客户端信息，以便于节点客户端订阅该智能合约，并与该智能合约对应的上层合约链中的节点客户端进行数据同步。在本实施例的一个可能实现方式中，全局合约可以为一个map对象，key是智能合约创建者的节点客户端信息，value是用来表示部署的智能合约的Contract结构，智能合约创建者在部署智能合约是可以使用以下结构(go语言)进行组织：

其中，owner字段表示合约管理员的公钥信息，bootNodes字段表示合约管理员的节点信息。

进一步，在本实施例的一个实现方式中，若干上层合约链中的每上层合约链对应的智能合约创建节点客户端为该上层合约链的智能合约管理员，该智能合约创建节点客户端有权限添加新的智能合约管理员，其中，该上层合约链的各智能合约管理员轮流负责合约交易的打包与出块，并最上层合约链出块的数据状态哈希会由合约管理员构建状态更新交易发往底层链进行存证。也就是说，对于每个上层合约链，在该上层合约链出块后该上层合约链的合约数据状态存证于所述底层链内。此外，由于底层链使用POW共识机制，从而底层链依据POW共识算法由矿工通过寻找一个符合难度值的随机数决定具有出块权限的节点客户端，通过该节点客户端出块。

进一步，在本实施例的一个实现方式中，如图3所示，节点客户端订阅智能合约过程可以为：节点客户端订阅智能合约，并将该智能合约存储于该节点客户端本地存储的订阅文件中，然后通过全局合约查询该智能合约对应的智能合约创建客户端，并与查询到的智能合约创建客户端建立连接，以获取该智能合约对应的上次合约链的区块链数据；该节点客户端根据其本地存储的订阅文件使用该智能合约，并参与该智能合约对应的上次合约链的共识以同步数据。此外，当上层合约链中的节点客户端想要退出该上层合约链时，该节点客户端取消订阅该智能合约，并将该智能合约从其本地存储的合约文件中删除，以使得该节点客户端不接收该上层合约链的合约数据。可以理解的是，节点客户端订阅或退订智能合约时，会更新其本地存储的订阅文件，并根据更新后的订阅文件决定智能合约交易是否会进入本地交易池以及是否会接受合约的数据，其中，当订阅文件包括该智能合约时，该智能合约交易会进入本地交易池以及接受智能合约的数据；当订阅文件未包括该智能合约时，该智能合约交易会进入本地交易池，且不接受智能合约的数据packet。此外，当接到客户端订阅智能合约后，节点客户端本地会有响应上层合约链的数据存储，并且可以通过调用查询接口查询智能合约的合约数据。

进一步，在本实施例的一个实现方式中，为了区分上层合约链产生的区块和底层链产生的区块，这里将上层合约链产生区块称为packet,底层链产生的区块称为block。如图4所示，上层合约链与底层链的交互过程可以为：上层合约链产生一个区块packet之后，会由上层合约链管理员签署一笔合约状态更新交易，该笔合约状态更新交易会将该智能合约当前状态树的根哈希作为交易参数发送到底层链上，底层链矿工会执行并打包该以该智能合约当前状态树的根哈希作为交易参数的交易，同时更新底层链上该智能合约对应的合约账户中合约状态根哈希。其中，底层链上是存储了所有智能合约对应的合约账户信息，其中，合约账户信息包括balance和storgeRootHash,blance信息会随着转账(清算)交易及时更新，storgeRootHash会随着该笔合约状态更新交易进行更新，从而完成智能合约数据在底层链上的可信性存证。

进一步，在上层合约链与底层链的交互过程，对于清算交易的处理过程为：在合约执行给参与账户转账的场景中，可以在转账的金额做好清算之后，将清算数据记录在全局合约的dirtyBalance字段中，这样可以解决合约与底层链分层导致的状态不同步问题。其中，清算数据记录在全局合约的dirtyBalance字段的记录形式可以为map结构，map结构可以为：

此外，在智能合约执行结束出块之后，会由智能合约负责出块的智能合约管理员来签发“清算交易”发送到底层链上来实现延时转账。

进一步，在上层合约链与底层链的交互过程，对于合约数据存证的处理过程可以为：在上层合约链在出块之后，把上层合约链的区块头的状态树根哈希存证到底层区块链账户中，这样可以使得合约区块链数据更加安全可信。其中，在底层链上每个智能合约的数据结构可以为：

此外，上层合约链管理员在出块之后会产生相应的智能合约“状态存证”交易，并把最新上层合约链的根哈希作为参数放到交易中，签名之后发往底层链。底层链处理合约“状态存证”交易之后，会更新智能合约的合约账户的Root字段，因为Account的数据结构在底层链是不区分合约账户与普通账户的，所以合约“状态存证”交易被底层矿工打包进区块之后，所有节点的相应合约账户都会更新合约最近状态根，从而达到实现存证目的。

综上，本实施例提供了一种区块链系统，所述区块链系统包括底层链以及若干上层合约链，每个上层合约链对应一智能合约，并且每个上层合约链中的每个节点客户端均属于底层链，且均订阅该上层合约链对应的智能合约，以执行该智能合约对应的交易。本发明通过把智能合约与底层转账交易进行分离，参与智能合约的节点客户端集体维护合约相关的交易数据与合约状态数据，可以使得智能合约的执行性能适合具体应用场景。而底层链不需要执行智能合约交易，使得底层固定大小的区块中，可以打包更多转账交易，从而也会提升底层交易链的性能。

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：其依然可以对前述各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 (8)

1.一种区块链系统，其特征在于，所述区块链系统包括底层链以及若干上层合约链，每个上层合约链对应一智能合约，并且每个上层合约链中的每个节点客户端均属于底层链，且均订阅该上层合约链对应的智能合约，以执行该智能合约对应的交易；

对于所述区块链系统中的每个节点客户端，该节点客户端通过订阅智能合约的方式加入该智能合约对应的上层合约链；

所述若干上层合约链中的每个上层合约链对应的智能合约创建节点客户端为该上层合约链的智能合约管理员，其中，所述智能合约创建节点客户端为所述智能合约创建者的节点客户端；所述智能合约管理员有权限添加新的智能合约管理员，其中，所述上层合约链的各所述智能合约管理员轮流负责所述智能合约对应的交易的打包与出块，并且各所述智能合约管理员将最上层合约链出块的数据状态发往所述底层链进行存证；

所述若干上层合约链中的每个上层合约链均布置有上层虚拟机，所述底层链也布置有底层虚拟机，其中，各所述上层合约链配置的上层虚拟机之间相互独立且均与所述底层链配置的底层虚拟机分离。

2.根据权利要求1所述区块链系统，其特征在于，所述若干上层合约链中的任意两个上层合约链对应的智能合约不同，并且每个上层合约链中数据在该上层合约链包含的各节点客户端之间共识同步。

3.根据权利要求1所述区块链系统，其特征在于，所述若干上层合约链中的每个上层合约链均采用POA共识方式。

4.根据权利要求1所述区块链系统，其特征在于，所述底层链采用POW共识方式，并且所述底层链用于执行普通交易。

5.根据权利要求1所述区块链系统，其特征在于，所述区块链系统中的每个节点客户端可订阅一个或多个智能合约。

6.根据权利要求1所述区块链系统，其特征在于，所述底层链对应的下层虚拟机内布置有全局合约，每个节点客户端通过所述全局合约订阅智能合约。

7.根据权利要求6所述区块链系统，其特征在于，所述全局合约内包括智能合约的节点信息以及创建终端公钥信息。

8.根据权利要求1-4任一所述区块链系统，其特征在于，对于每个上层合约链中的每个节点客户端，该节点客户端通过退订智能合约的方式脱离该上层合约链。