CN111277645A - 主备节点热切换方法、区块链系统、区块链节点及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种主备节点热切换方法、区块链系统、区块链节点及介质，所述方法包括：当第一节点作为区块链系统中的同步节点时，获取记录的最近N个区块中所述第一节点及第二节点在每个区块的存活状态；其中，所述第一节点与第二节点互为备选节点，且在所述第一节点作为同步节点时，所述第二节点作为验证人节点参与共识；当所述第二节点在最近N个区块都处于非存活状态，且所述第一节点在最近N个区块都处于存活状态时，将所述第一节点切换为验证人节点。本发明能够基于共识状态采用主备切换的方式避免了单点故障问题，且主备节点之间能够不冲突的自动进行身份的切换，保证了区块链系统中服务的持续可用性，并同时提升了区块链网络的稳健性及可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，尤其涉及主备节点热切换方法、区块链系统、区块链节点及介质。
背景技术
联盟链作为区块链的一种使用方式，其具有简单的部署流程及灵活的权限管理，并能够提供数据共享，真实互信的特点使得联盟链成为各大企业部署使用区块链的首选方式。通常，由几个组织或企业联合构建部署区块链，每个组织成员作为联盟链中的一员进行数据的上传共享，并基于自身的节点部署相关外围业务。
而联盟节点作为联盟链共识的一部分以及各个企业组织外围服务的依赖，若其发生网络中断或者宕机故障，将影响联盟链的稳健性，同时还影响了企业组织自己的外围服务。
针对上面的问题，现有的解决方案通常在故障和恢复共识服务之间有一段时间差，导致该段时间的不可用，另外，传统的解决方案也并不适用于区块链网络。
发明内容
本发明的主要目的在于提供主备节点热切换方法、区块链系统、区块链节点及介质，能够基于共识状态采用主备切换的方式避免单点故障问题，且主备节点之间能够不冲突的自动进行身份的切换，保证了服务的持续可用以及区块链网络的稳健性。
为实现上述目的，本发明提供一种主备节点热切换方法，应用于第一节点，所述方法包括：
当所述第一节点作为区块链系统中的同步节点时，获取记录的最近N个区块中所述第一节点及第二节点在每个区块的存活状态；其中，所述第一节点与第二节点互为备选节点，且在所述第一节点作为同步节点时，所述第二节点作为验证人节点参与共识，N为正整数；
当所述第二节点在最近N个区块都处于非存活状态，且所述第一节点在最近N个区块都处于存活状态时，将所述第一节点切换为验证人节点。
根据本发明优选实施例，所述方法还包括：
当所述第一节点作为区块链系统中的验证人节点参与共识时，获取记录的最近N个区块中所述第一节点及所述第二节点在每个区块的存活状态；其中，在所述第一节点作为验证人节点时，所述第二节点作为同步节点；
当所述第一节点在最近N个区块都处于非存活状态，且所述第二节点在最近N个区块都处于存活状态时，将所述第一节点切换为同步节点。
根据本发明优选实施例，所述第一节点与所述第二节点具有相同的属性，其中：
当所述第一节点或所述第二节点作为验证人节点时，加入区块链网络参与共识，并执行所述区块链网络中数据的同步；
当所述第一节点或所述第二节点作为同步节点时，执行所述区块链网络中数据的同步。
根据本发明优选实施例，所述获取记录的最近N个区块中所述第一节点及第二节点在每个区块的存活状态包括：
获取每个区块的提议节点记录的所述区块链网络中每个节点的存活状态信息，其中，每个区块的提议节点检测每个节点在每个提议节点对应区块的上一个区块中是否存在数据交互，并将存在数据交互的节点确定为处于存活状态，将不存在数据交互的节点确定为处于非存活状态，每个区块的提议节点记录检测到的状态，将记录的状态签名并打包到对应区块中；
从所述存活状态信息中调取最近N个区块中所述第一节点及所述第二节点在每个区块的存活状态。
根据本发明优选实施例，所述存在数据交互包括以下一种或者多种的组合：
对于每个节点，接收到其他节点在上一个区块向所述节点询问区块高度的信息；及/或
对于每个节点，接收到其他节点在上一个区块的投票信息。
根据本发明优选实施例，所述方法还包括：
以每个区块提议节点的公钥验证每个区块的提议节点记录的所述区块链网络中每个节点的存活状态信息。
根据本发明优选实施例，所述将所述第一节点切换为验证人节点包括：
以所述第一节点代替所述第二节点参与共识。
为实现上述目的，本发明进一步提供一种区块链系统，所述区块链系统包括互为备选节点的第一节点和第二节点，其中，当所述第一节点作为同步节点时，第二节点作为验证人节点：
当所述第一节点作为区块链系统中的同步节点时，获取记录的最近N个区块中所述第一节点及所述第二节点在每个区块的存活状态；
当所述第二节点在最近N个区块都处于非存活状态，且所述第一节点在最近N个区块都处于存活状态时，将所述第一节点切换为验证人节点，以及将所述第二节点切换为同步节点。
为实现上述目的，本发明进一步提供一种区块链节点，所述区块链节点包括：
存储器，存储至少一个指令；及
处理器，执行所述存储器中存储的指令以实现所述主备节点热切换方法。
为实现上述目的，本发明进一步提供一种主备节点热切换系统，运行于第一节点，所述系统包括：
获取单元，用于当所述第一节点作为区块链系统中的同步节点时，获取记录的最近N个区块中所述第一节点及第二节点在每个区块的存活状态；其中，所述第一节点与第二节点互为备选节点，且在所述第一节点作为同步节点时，所述第二节点作为验证人节点参与共识，N为正整数；
切换单元，用于当所述第二节点在最近N个区块都处于非存活状态，且所述第一节点在最近N个区块都处于存活状态时，将所述第一节点切换为验证人节点。
根据本发明优选实施例，所述获取单元，还用于当所述第一节点作为区块链系统中的验证人节点参与共识时，获取记录的最近N个区块中所述第一节点及所述第二节点在每个区块的存活状态；其中，在所述第一节点作为验证人节点时，所述第二节点作为同步节点；
所述切换单元，还用于当所述第一节点在最近N个区块都处于非存活状态，且所述第二节点在最近N个区块都处于存活状态时，将所述第一节点切换为同步节点。
根据本发明优选实施例，所述第一节点与所述第二节点具有相同的属性，其中：
当所述第一节点或所述第二节点作为验证人节点时，加入区块链网络参与共识，并执行所述区块链网络中数据的同步；
当所述第一节点或所述第二节点作为同步节点时，执行所述区块链网络中数据的同步。
根据本发明优选实施例，所述获取单元具体用于：
获取每个区块的提议节点记录的所述区块链网络中每个节点的存活状态信息，其中，每个区块的提议节点检测每个节点在每个提议节点对应区块的上一个区块中是否存在数据交互，并将存在数据交互的节点确定为处于存活状态，将不存在数据交互的节点确定为处于非存活状态，每个区块的提议节点记录检测到的状态，将记录的状态签名并打包到对应区块中；
从所述存活状态信息中调取最近N个区块中所述第一节点及所述第二节点在每个区块的存活状态。
根据本发明优选实施例，所述存在数据交互包括以下一种或者多种的组合：
对于每个节点，接收到其他节点在上一个区块向所述节点询问区块高度的信息；及/或
对于每个节点，接收到其他节点在上一个区块的投票信息。
根据本发明优选实施例，所述系统还包括：
验证单元，用于以每个区块提议节点的公钥验证每个区块的提议节点记录的所述区块链网络中每个节点的存活状态信息。
根据本发明优选实施例，所述切换单元将所述第一节点切换为验证人节点包括：
以所述第一节点代替所述第二节点参与共识。
为实现上述目的，本发明进一步提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有主备节点热切换程序，所述主备节点热切换程序可被一个或者多个处理器执行，以实现所述主备节点热切换方法。
综上所述，本发明能够当第一节点作为区块链系统中的同步节点时，获取记录的最近N个区块中所述第一节点及第二节点在每个区块的存活状态；其中，所述第一节点与第二节点互为备选节点，且在所述第一节点作为同步节点时，所述第二节点作为验证人节点参与共识，，以便确定主备节点在共识状态下的运行状态是否异常，当所述第二节点在最近N个区块都处于非存活状态，且所述第一节点在最近N个区块都处于存活状态时，将所述第一节点切换为验证人节点，进而基于共识状态采用主备切换的方式避免了单点故障问题，且主备节点之间能够不冲突的自动进行身份的切换，保证了区块链系统中服务的持续可用性，并同时提升了区块链网络的稳健性及可靠性。
附图说明
图1为本发明一实施例的流程示意图；
图2为为本发明另一实施例的流程示意图；
图3为本发明一实施例揭露的区块链节点的内部结构示意图；
图4为本发明主备节点热切换系统的功能模块示意图；
图5为本发明主备节点热切换装置的功能模块示意图。
主要元件符号说明
| 区块链节点 | 1 |
| 存储器 | 12 |
| 处理器 | 13 |
| 主备节点热切换系统 | 11 |
| 获取单元 | 111 |
| 验证单元 | 112 |
| 启动单元 | 113 |
| 切换单元 | 114 |
| 主备节点热切换装置 | 22 |
| 获取模块 | 221 |
| 切换模块 | 222 |
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用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供一种主备节点热切换方法。
参照图1，为本发明一实施例的流程示意图。根据不同的需求，该流程示意图中步骤的顺序可以改变，某些步骤可以省略。
所述主备节点热切换方法应用于一个或者多个区块链节点中，所述区块链节点包括，但不限于：第一节点、第二节点及其他参与共识的节点。
所述区块链节点是一种能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和/或信息处理的设备，所述区块链节点的硬件设备包括但不限于微处理器、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)、数字处理器(Digital Signal Processor，DSP)、嵌入式设备等。
所述区块链节点可以是任何一种可与用户进行人机交互的电子产品，例如，个人计算机、平板电脑、智能手机、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、游戏机、交互式网络电视(Internet Protocol Television，IPTV)、智能式穿戴式设备等。
所述区块链节点还可以包括网络设备和/或用户设备。其中，所述网络设备包括，但不限于单个网络服务器、多个网络服务器组成的服务器组或基于云计算(CloudComputing)的由大量主机或网络服务器构成的云。
所述区块链节点所处的网络包括但不限于互联网、广域网、城域网、局域网、虚拟专用网络(Virtual Private Network，VPN)等。
在一实施例中，该方法包括：
S10，当所述第一节点作为区块链系统中的同步节点时，获取记录的最近N个区块(block)中所述第一节点及第二节点在每个区块的存活状态。
其中，所述第一节点与第二节点互为备选节点，且在所述第一节点作为同步节点时，所述第二节点作为验证人节点(validator)参与共识，N为正整数。
也就是说，当满足切换条件时，所述第一节点与所述第二节点可以互相切换身份。
因此，为了执行所述第一节点与所述第二节点间的不冲突切换，所述第一节点与所述第二节点具有相同的属性。
具体地，所述第一节点与所述第二节点具有相同的属性包括，但不限于以下一种或者多种的组合：
(1)所述第一节点与所述第二节点具有相同的公私钥对。
其中，公私钥对被应用于各种加密或者签名技术。通常由某个安全因子通过不同算法生成一对公私钥后，即可通过公钥进行加密，通过私钥进行解密，或者采用私钥进行签名。
进一步地，所述公私钥对相同，即可表明所述第一节点与所述第二节点的归属相同。
(2)所述第一节点与所述第二节点具有相同的网络配置。
其中，所述网络配置包括，但不限于以下一种或者多种信息的组合：IP地址、主机名等。
在本实施例中，当所述第一节点或所述第二节点作为验证人节点时，加入区块链网络参与共识，并执行所述区块链网络中数据的同步。
当所述第一节点或所述第二节点作为同步节点时，执行所述区块链网络中数据的同步。
其中，所述区块链网络中的数据可以包括，但不限于：区块的交易数据等。
在本实施例中，共识是指区块链系统中不同节点间对数据达成一致的算法。共识算法包括，但不限于：PoW(proof of work，工作量证明)、PoS(proof of stake，权益证明)、PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance，实用拜占庭容错算法)等。
在本发明的至少一个实施例中，所述第一节点获取记录的最近N个区块中所述第一节点及第二节点在每个区块的存活状态包括：
所述第一节点获取每个区块的提议节点记录的所述区块链网络中每个节点的存活状态信息。
其中，每个区块的提议节点检测每个节点在每个提议节点对应区块的上一个区块中是否存在数据交互，并将存在数据交互的节点确定为处于存活状态，将不存在数据交互的节点确定为处于非存活状态，每个区块的提议节点记录检测到的状态，并将记录的状态签名并打包到对应区块中。
进一步地，所述第一节点从所述存活状态信息中调取最近N个区块中所述第一节点及所述第二节点在每个区块的存活状态。
需要说明的是，所述存活状态信息可以是列表的形式，本发明对所述存活状态信息的存储方式不限制。
例如：在一个存储所述存活状态信息的列表中可以存储处于存活状态的每个节点的标识。
并且，通过将记录的状态签名并打包到对应区块中，既保证了所述区块链网络中的每个节点都能够获取到所述存活状态信息，又通过签名保证了所述存活状态信息的安全性。
在本实施例中，所述存在数据交互包括，但不限于以下一种或者多种情况的组合：
(1)对于每个节点，接收到其他节点在上一个区块向所述节点询问区块高度的信息。
(2)对于每个节点，接收到其他节点在上一个区块的投票信息。
通过上述实施方式，能够基于共识检测某个节点是否存在数据交互，并进一步根据是否存在数据交互判断该节点是否处于存活状态，有效结合了区块链的特性，实现对每个区块链节点的存活状态的准确检测，避免了只在所述第一节点及所述第二节点间检测存活状态的片面性。
在本发明的至少一个实施例中，所述方法还包括：
所述第一节点以每个区块提议节点的公钥验证每个区块的提议节点记录的所述区块链网络中每个节点的存活状态信息。
需要说明的是，所述区块链网络中的每个节点在接收到区块后，都能够以每个区块提议节点的公钥验证每个区块的提议节点记录的所述区块链网络中每个节点的存活状态信息。
具体地，当验证通过时，说明相应的提议者节点所记录的所述区块链网络中每个节点的存活状态信息有效。
进一步地，当没有验证通过时，说明相应的提议者节点所记录的所述区块链网络中每个节点的存活状态信息无效，该提议者节点提出的区块也可能是非法的。
S11，当所述第二节点在最近N个区块都处于非存活状态，且所述第一节点在最近N个区块都处于存活状态时，将所述第一节点切换为验证人节点。
在本发明的至少一个实施例中，所述第一节点将所述第一节点切换为验证人节点包括：
所述第一节点以所述第一节点代替所述第二节点参与共识。
进一步地，所述方法还包括：
当检测到所述第二节点恢复为存活状态时，所述第一节点启动所述第二节点作为备选。
通过上述实施方式，能够使升级为验证人节点的第一节点同样具有备选节点，以便在发生故障时进行替换，进一步保证了区块链网络的健壮性。
综上所述，本发明能够当第一节点作为区块链系统中的同步节点时，获取记录的最近N个区块中所述第一节点及第二节点在每个区块的存活状态；其中，所述第一节点与第二节点互为备选节点，且在所述第一节点作为同步节点时，所述第二节点作为验证人节点参与共识，，以便确定主备节点在共识状态下的运行状态是否异常，当所述第二节点在最近N个区块都处于非存活状态，且所述第一节点在最近N个区块都处于存活状态时，将所述第一节点切换为验证人节点，进而基于共识状态采用主备切换的方式避免了单点故障问题，且主备节点之间能够不冲突的自动进行身份的切换，保证了区块链系统中服务的持续可用性，并同时提升了区块链网络的稳健性及可靠性。
参照图2，为本发明另一实施例的流程示意图。根据不同的需求，该流程示意图中步骤的顺序可以改变，某些步骤可以省略。
所述主备节点热切换方法应用于一个或者多个区块链节点中，所述区块链节点包括，但不限于：第一节点、第二节点及其他参与共识的节点。
在一实施例中，该方法包括：
S20，当所述第一节点作为区块链系统中的验证人节点参与共识时，获取记录的最近N个区块中所述第一节点及所述第二节点在每个区块的存活状态；其中，在所述第一节点作为验证人节点时，所述第二节点作为同步节点。
其中，所述第一节点与第二节点互为备选节点。
需要说明的是，在区块链网络中的每个节点都可以配置至少一个备选节点，本发明不限制。
具体地，所述备选节点的配置可以根据用户的实际需求及/或系统资源的多少。
S21，当所述第一节点在最近N个区块都处于非存活状态，且所述第二节点在最近N个区块都处于存活状态时，将所述第一节点切换为同步节点。
综上所述，本发明能够当所述第一节点作为区块链系统中的验证人节点参与共识时，获取记录的最近N个区块中所述第一节点及所述第二节点在每个区块的存活状态；其中，在所述第一节点作为验证人节点时，所述第二节点作为同步节点，以便确定主备节点在共识状态下的运行状态是否异常，当所述第一节点在最近N个区块都处于非存活状态，且所述第二节点在最近N个区块都处于存活状态时，将所述第一节点切换为同步节点，进而基于共识状态采用主备切换的方式避免了单点故障问题，且主备节点之间能够不冲突的自动进行身份的切换，保证了区块链系统中服务的持续可用性，并同时提升了区块链网络的稳健性及可靠性。
参见图3，在本实施例中，所述区块链节点1可以包括存储器12、处理器13和总线，还可以包括存储在所述存储器12中并可在所述处理器13上运行的计算机程序，例如主备节点热切换程序。
本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是区块链节点1的示例，并不构成对区块链节点1的限定，所述区块链节点1既可以是总线型结构，也可以是星形结构，所述区块链节点1还可以包括比图示更多或更少的其他硬件或者软件，或者不同的部件布置，例如所述区块链节点1还可以包括输入输出设备、网络接入设备等。
需要说明的是，所述区块链节点1仅为举例，其他现有的或今后可能出现的电子产品如可适应于本发明，也应包含在本发明的保护范围以内，并以引用方式包含于此。
其中，存储器12至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、移动硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如：SD或DX存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。存储器12在一些实施例中可以是区块链节点1的内部存储单元，例如该区块链节点1的移动硬盘。存储器12在另一些实施例中也可以是区块链节点1的外部存储设备，例如区块链节点1上配备的插接式移动硬盘、智能存储卡(Smart Media Card,SMC)、安全数字(SecureDigital,SD)卡、闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器12还可以既包括区块链节点1的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器12不仅可以用于存储安装于区块链节点1的应用软件及各类数据，例如主备节点热切换程序的代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
处理器13在一些实施例中可以由集成电路组成，例如可以由单个封装的集成电路所组成，也可以是由多个相同功能或不同功能封装的集成电路所组成，包括一个或者多个中央处理器(Central Processing unit，CPU)、微处理器、数字处理芯片、图形处理器及各种控制芯片的组合等。处理器13是所述区块链节点1的控制核心(Control Unit)，利用各种接口和线路连接整个区块链节点1的各个部件，通过运行或执行存储在所述存储器12内的程序或者模块(例如执行主备节点热切换程序等)，以及调用存储在所述存储器12内的数据，以执行区块链节点1的各种功能和处理数据。
所述处理器13执行所述区块链节点1的操作系统以及安装的各类应用程序。所述处理器13执行所述应用程序以实现上述各个主备节点热切换方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S10、S11。
或者，所述处理器13执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如：
当所述第一节点作为区块链系统中的同步节点时，获取记录的最近N个区块中所述第一节点及第二节点在每个区块的存活状态；其中，所述第一节点与第二节点互为备选节点，且在所述第一节点作为同步节点时，所述第二节点作为验证人节点参与共识，N为正整数；
当所述第二节点在最近N个区块都处于非存活状态，且所述第一节点在最近N个区块都处于存活状态时，将所述第一节点切换为验证人节点。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器12中，并由所述处理器13执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述区块链节点1中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成获取单元111、验证单元112、启动单元113、切换单元114。
上述以软件功能模块的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能模块存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、计算机设备，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分。
所述区块链节点1集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指示相关的硬件设备来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。
其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)。
总线可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture，简称EISA)总线等。该总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，在图3中仅用一根箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。所述总线被设置为实现所述存储器12以及至少一个处理器13等之间的连接通信。
尽管未示出，所述区块链节点1还可以包括给各个部件供电的电源(比如电池)，优选地，电源可以通过电源管理装置与所述至少一个处理器13逻辑相连，从而通过电源管理装置实现充电管理、放电管理、以及功耗管理等功能。电源还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电装置、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。所述区块链节点1还可以包括多种传感器、蓝牙模块、Wi-Fi模块等，在此不再赘述。
进一步地，所述区块链节点1还可以包括网络接口，可选地，所述网络接口可以包括有线接口和/或无线接口(如WI-FI接口、蓝牙接口等)，通常用于在该区块链节点1与其他区块链节点之间建立通信连接。
可选地，该区块链节点1还可以包括用户接口，用户接口可以是显示器(Display)、输入单元(比如键盘(Keyboard))，可选地，用户接口还可以是标准的有线接口、无线接口。可选地，在一些实施例中，显示器可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)触摸器等。其中，显示器也可以适当的称为显示屏或显示单元，用于显示在区块链节点1中处理的信息以及用于显示可视化的用户界面。
应该了解，所述实施例仅为说明之用，在专利申请范围上并不受此结构的限制。
图3仅示出了具有组件12-13的区块链节点1，本领域技术人员可以理解的是，图3示出的结构并不构成对所述区块链节点1的限定，可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
结合图1，所述区块链节点1中的所述存储器12存储多个指令以实现一种主备节点热切换方法，所述处理器13可执行所述多个指令从而实现：
当所述第一节点作为区块链系统中的同步节点时，获取记录的最近N个区块中所述第一节点及第二节点在每个区块的存活状态；其中，所述第一节点与第二节点互为备选节点，且在所述第一节点作为同步节点时，所述第二节点作为验证人节点参与共识，N为正整数；
当所述第二节点在最近N个区块都处于非存活状态，且所述第一节点在最近N个区块都处于存活状态时，将所述第一节点切换为验证人节点。
具体地，所述处理器13对上述指令的具体实现方法可参考图1对应实施例中相关步骤的描述，在此不赘述。
参照图4，为本发明主备节点热切换系统的功能模块示意图。所述主备节点热切换系统11包括获取单元111、验证单元112、启动单元113、切换单元114。本发明所称的模块/单元是指一种能够被处理器13所执行，并且能够完成固定功能的一系列计算机程序段，其存储在存储器12中。在本实施例中，关于各模块/单元的功能将在后续的实施例中详述。
当第一节点作为区块链系统中的同步节点时，获取单元111获取记录的最近N个区块(block)中所述第一节点及第二节点在每个区块的存活状态。
其中，所述第一节点与第二节点互为备选节点，且在所述第一节点作为同步节点时，所述第二节点作为验证人节点(validator)参与共识，N为正整数。
也就是说，当满足切换条件时，所述第一节点与所述第二节点可以互相切换身份。
因此，为了执行所述第一节点与所述第二节点间的不冲突切换，所述第一节点与所述第二节点具有相同的属性。
具体地，所述第一节点与所述第二节点具有相同的属性包括，但不限于以下一种或者多种的组合：
(1)所述第一节点与所述第二节点具有相同的公私钥对。
其中，公私钥对被应用于各种加密或者签名技术。通常由某个安全因子通过不同算法生成一对公私钥后，即可通过公钥进行加密，通过私钥进行解密，或者采用私钥进行签名。
进一步地，所述公私钥对相同，即可表明所述第一节点与所述第二节点的归属相同。
(2)所述第一节点与所述第二节点具有相同的网络配置。
其中，所述网络配置包括，但不限于以下一种或者多种信息的组合：IP地址、主机名等。
在本实施例中，当所述第一节点或所述第二节点作为验证人节点时，加入区块链网络参与共识，并执行所述区块链网络中数据的同步。
当所述第一节点或所述第二节点作为同步节点时，执行所述区块链网络中数据的同步。
其中，所述区块链网络中的数据可以包括，但不限于：区块的交易数据等。
在本实施例中，共识是指区块链系统中不同节点间对数据达成一致的算法。共识算法包括，但不限于：PoW(proof of work，工作量证明)、PoS(proof of stake，权益证明)、PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance，实用拜占庭容错算法)等。
在本发明的至少一个实施例中，所述获取单元111获取记录的最近N个区块中所述第一节点及第二节点在每个区块的存活状态包括：
所述获取单元111获取每个区块的提议节点记录的所述区块链网络中每个节点的存活状态信息。
其中，每个区块的提议节点检测每个节点在每个提议节点对应区块的上一个区块中是否存在数据交互，并将存在数据交互的节点确定为处于存活状态，将不存在数据交互的节点确定为处于非存活状态，每个区块的提议节点记录检测到的状态，并将记录的状态签名并打包到对应区块中。
进一步地，所述获取单元111从所述存活状态信息中调取最近N个区块中所述第一节点及所述第二节点在每个区块的存活状态。
需要说明的是，所述存活状态信息可以是列表的形式，本发明对所述存活状态信息的存储方式不限制。
例如：在一个存储所述存活状态信息的列表中可以存储处于存活状态的每个节点的标识。
并且，通过将记录的状态签名并打包到对应区块中，既保证了所述区块链网络中的每个节点都能够获取到所述存活状态信息，又通过签名保证了所述存活状态信息的安全性。
在本实施例中，所述存在数据交互包括，但不限于以下一种或者多种情况的组合：
(1)对于每个节点，接收到其他节点在上一个区块向所述节点询问区块高度的信息。
(2)对于每个节点，接收到其他节点在上一个区块的投票信息。
通过上述实施方式，能够基于共识检测某个节点是否存在数据交互，并进一步根据是否存在数据交互判断该节点是否处于存活状态，有效结合了区块链的特性，实现对每个区块链节点的存活状态的准确检测，避免了只在所述第一节点及所述第二节点间检测存活状态的片面性。
在本发明的至少一个实施例中，验证单元112以每个区块提议节点的公钥验证每个区块的提议节点记录的所述区块链网络中每个节点的存活状态信息。
需要说明的是，所述区块链网络中的每个节点在接收到区块后，都能够以每个区块提议节点的公钥验证每个区块的提议节点记录的所述区块链网络中每个节点的存活状态信息。
具体地，当验证通过时，说明相应的提议者节点所记录的所述区块链网络中每个节点的存活状态信息有效。
进一步地，当没有验证通过时，说明相应的提议者节点所记录的所述区块链网络中每个节点的存活状态信息无效，该提议者节点提出的区块也可能是非法的。
当所述第二节点在最近N个区块都处于非存活状态，且所述第一节点在最近N个区块都处于存活状态时，切换单元114将所述第一节点切换为验证人节点。
在本发明的至少一个实施例中，所述切换单元114将所述第一节点切换为验证人节点包括：
所述切换单元114以所述第一节点代替所述第二节点参与共识。
进一步地，当检测到所述第二节点恢复为存活状态时，启动单元113启动所述第二节点作为备选。
通过上述实施方式，能够使升级为验证人节点的第一节点同样具有备选节点，以便在发生故障时进行替换，进一步保证了区块链网络的健壮性。
综上所述，本发明能够当第一节点作为区块链系统中的同步节点时，获取记录的最近N个区块中所述第一节点及第二节点在每个区块的存活状态；其中，所述第一节点与第二节点互为备选节点，且在所述第一节点作为同步节点时，所述第二节点作为验证人节点参与共识，，以便确定主备节点在共识状态下的运行状态是否异常，当所述第二节点在最近N个区块都处于非存活状态，且所述第一节点在最近N个区块都处于存活状态时，将所述第一节点切换为验证人节点，进而基于共识状态采用主备切换的方式避免了单点故障问题，且主备节点之间能够不冲突的自动进行身份的切换，保证了区块链系统中服务的持续可用性，并同时提升了区块链网络的稳健性及可靠性。
参照图5，为本发明主备节点热切换装置的功能模块示意图。所述主备节点热切换装置22包括获取模块221、切换模块222。本发明所称的模块/单元是指一种能够被处理器13所执行，并且能够完成固定功能的一系列计算机程序段，其存储在存储器12中。在本实施例中，关于各模块/单元的功能将在后续的实施例中详述。
当所述第一节点作为区块链系统中的验证人节点参与共识时，获取模块221获取记录的最近N个区块中所述第一节点及所述第二节点在每个区块的存活状态；其中，在所述第一节点作为验证人节点时，所述第二节点作为同步节点。
其中，所述第一节点与第二节点互为备选节点。
需要说明的是，在区块链网络中的每个节点都可以配置至少一个备选节点，本发明不限制。
具体地，所述备选节点的配置可以根据用户的实际需求及/或系统资源的多少。
当所述第一节点在最近N个区块都处于非存活状态，且所述第二节点在最近N个区块都处于存活状态时，切换模块222将所述第一节点切换为同步节点。
综上所述，本发明能够当所述第一节点作为区块链系统中的验证人节点参与共识时，获取记录的最近N个区块中所述第一节点及所述第二节点在每个区块的存活状态；其中，在所述第一节点作为验证人节点时，所述第二节点作为同步节点，以便确定主备节点在共识状态下的运行状态是否异常，当所述第一节点在最近N个区块都处于非存活状态，且所述第二节点在最近N个区块都处于存活状态时，将所述第一节点切换为同步节点，进而基于共识状态采用主备切换的方式避免了单点故障问题，且主备节点之间能够不冲突的自动进行身份的切换，保证了区块链系统中服务的持续可用性，并同时提升了区块链网络的稳健性及可靠性。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件设备、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。
所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、从服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、从服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的从服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、移动硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态移动硬盘Solid State Disk(SSD))等。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件设备的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，从服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
需要说明的是，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。并且本文中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种主备节点热切换方法，应用于第一节点，其特征在于，所述方法包括：
当所述第一节点作为区块链系统中的同步节点时，获取记录的最近N个区块中所述第一节点及第二节点在每个区块的存活状态；其中，所述第一节点与第二节点互为备选节点，且在所述第一节点作为同步节点时，所述第二节点作为验证人节点参与共识，N为正整数；
当所述第二节点在最近N个区块都处于非存活状态，且所述第一节点在最近N个区块都处于存活状态时，将所述第一节点切换为验证人节点。
2.根据权利要求1所述的主备节点热切换方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述第一节点作为区块链系统中的验证人节点参与共识时，获取记录的最近N个区块中所述第一节点及所述第二节点在每个区块的存活状态；其中，在所述第一节点作为验证人节点时，所述第二节点作为同步节点；
当所述第一节点在最近N个区块都处于非存活状态，且所述第二节点在最近N个区块都处于存活状态时，将所述第一节点切换为同步节点。
3.如权利要求1所述的主备节点热切换方法，其特征在于，所述第一节点与所述第二节点具有相同的属性，其中：
当所述第一节点或所述第二节点作为验证人节点时，加入区块链网络参与共识，并执行所述区块链网络中数据的同步；
当所述第一节点或所述第二节点作为同步节点时，执行所述区块链网络中数据的同步。
4.如权利要求1所述的主备节点热切换方法，其特征在于，所述获取记录的最近N个区块中所述第一节点及第二节点在每个区块的存活状态包括：
获取每个区块的提议节点记录的所述区块链网络中每个节点的存活状态信息，其中，每个区块的提议节点检测每个节点在每个提议节点对应区块的上一个区块中是否存在数据交互，并将存在数据交互的节点确定为处于存活状态，将不存在数据交互的节点确定为处于非存活状态，每个区块的提议节点记录检测到的状态，将记录的状态签名并打包到对应区块中；
从所述存活状态信息中调取最近N个区块中所述第一节点及所述第二节点在每个区块的存活状态。
5.如权利要求4所述的主备节点热切换方法，其特征在于，所述存在数据交互包括以下一种或者多种的组合：
对于每个节点，接收到其他节点在上一个区块向所述节点询问区块高度的信息；及/或
对于每个节点，接收到其他节点在上一个区块的投票信息。
6.如权利要求4所述的主备节点热切换方法，其特征在于，所述方法还包括：
以每个区块提议节点的公钥验证每个区块的提议节点记录的所述区块链网络中每个节点的存活状态信息。
7.如权利要求1所述的主备节点热切换方法，其特征在于，所述将所述第一节点切换为验证人节点包括：
以所述第一节点代替所述第二节点参与共识。
8.一种区块链系统，其特征在于，所述区块链系统包括互为备选节点的第一节点和第二节点，其中，当所述第一节点作为同步节点时，第二节点作为验证人节点：
当所述第一节点作为区块链系统中的同步节点时，获取记录的最近N个区块中所述第一节点及所述第二节点在每个区块的存活状态；
当所述第二节点在最近N个区块都处于非存活状态，且所述第一节点在最近N个区块都处于存活状态时，将所述第一节点切换为验证人节点，以及将所述第二节点切换为同步节点。
9.一种区块链节点，其特征在于，所述区块链节点包括：
存储器，存储至少一个指令；及
处理器，执行所述存储器中存储的指令以实现如权利要求1-7中任意一项所述的主备节点热切换方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有主备节点热切换程序，所述主备节点热切换程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1-7中任意一项所述的主备节点热切换方法。
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