CN111596937B - 一种区块链中节点的新特征同步生效的实现方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种区块链中节点的新特征同步生效的方法，包括：S1，设定节点的特性生效机制，在该机制中，每个特性具有编号，在区块中添加新的字段，其中所述特性指的是共识相关的修改；S2，添加一个新的特性，将新特性添加到节点已支持的特性列表中，在对应逻辑处根据特性启用情况判断使用新特性逻辑还是旧的逻辑；S3，进行区块链版本升级：每个共识节点各自更新，来生效特性。本发明还对应提出一种系统。本发明通过增加特性启用机制，当有新的共识相关修改时，即可添加新的特性。

Description

一种区块链中节点的新特征同步生效的实现方法和系统

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，更具体的，本发明涉及一种区块链中节点的新特征同步生效的实现方法和系统。

背景技术

区块链是一个分布式的共享账本和数据库，具有去中心化、不可篡改、可追溯、集体维护、公开透明等特点。区块链的应用越来越广，受到了广泛关注。

区块链通过多节点投票共识的方式进行集体维护，为网络提供了去中心化的特性，但是同时给区块链的功能升级带来了困难。

在中心化网络中，要对服务器节点进行升级比较简单，因为管理员可以操控所有的服务节点，最简单的就是暂时停止对外服务来做功能升级，待升级结束后重新开放服务。但是区块链网络中的节点升级就没有这么简单，原因如下：

1.区块链是去中心化的，而整体停止对外服务是一种中心化的操作；

2.如果不停止对外服务，那么只能先更新部分节点到新版本，这时如果新版本中的修改与旧版本的共识不一致，就会出现共识无法达成的情况；

区块链的共识算法分为确定性共识和概率性共识两大类，前者以各种BFT(拜占庭容错)算法为代表，包括pbft、dpos等，后者以PoW(工作量证明)为代表。

概率性共识基本都用在公有链中，一般通过软/硬分叉来进行版本升级。硬分叉中，新旧版本无法兼容，会产生两条链；软分叉不会产生两条链，但是旧版本需要兼容新的版本，所以新版本改动限制很大，无法对旧的数据结构、共识机制作出修改，只能在原有数据结构上进行微调整。

确定性共识在联盟链与私有链中应用比较广泛，也可以用在公有链中，共识节点的数量一般是已知的，去中心化程度一般没有概率性共识高。针对此类共识，版本的升级不需要出现分叉，主要考虑的是如何实现新的修改如何在所有共识节点间同步生效的问题。

在一些专利中，有一些区块链升级的方法，比如，客户端发起一个新版本升级的交易，由区块链进行投票，投票通过则使用新版本的逻辑，不通过，仍使用旧版本的逻辑，或者，在新的版本中硬编码一个将来的区块号，在这一区块上启用新版本或者发起对新版本的投票，例如见中国专利申请CN108958787A，但是这些做法使得每次有共识相关的升级都要进行额外的操作。

发明内容

本发明主要解决确定性共识算法中版本升级新的修改生效的问题，为此，提出一种区块链中节点的新特征同步生效的实现方法，包括：

S1，设定节点的特性生效机制，在该机制中，每个特性具有编号，在区块中添加新的字段，其中所述特性指的是共识相关的修改；

S2，添加一个新的特性，将新特性添加到节点已支持的特性列表中，在对应逻辑处根据特性启用情况判断使用新特性逻辑还是旧的逻辑；

本发明还提出一种区块链中节点的新特征同步生效的系统，所述系统包括区块链节点，所述节点能够实现如下步骤：

S1，节点具有特性生效机制，在该机制中，每个特性具有编号，在区块中添加新的字段，其中所述特性指的是共识相关的修改；

S2，当添加加一个新的特性时，将新特性添加到节点已支持的特性列表中，在对应逻辑处根据特性启用情况判断使用新特性逻辑还是旧的逻辑；

S3，当进行区块链版本升级时，每个共识节点各自更新，来生效特性。

本发明解决了共识相关的修改需要在所有节点间同步生效的问题，而且新的修改不需要额外的操作，共识节点管理者只需像中心化系统中替换自己的节点版本到新版本然后重启即可。在整个升级过程中，区块链服务不需要停止，也就是热升级。

本发明的有益效果还包括：

1)增加了特性启用机制，当有新的共识相关修改时，只按照本发明的方法即可添加新的特性；

2)区块链版本升级操作简单，只需要分批升级各个节点，特性即可自动启用；

3)避免了升级过程中区块链服务停止的问题；

4)节点共识过程中可判断当前节点是否过期，并在接收交易时返回节点已过期的错误来提醒节点管理员升级节点。

附图说明

为了更容易理解本发明，将通过参照附图中示出的具体实施方式更详细地描述本发明。这些附图只描绘了本发明的典型实施方式，不应认为对本发明保护范围的限制。

图1为本发明的整体方案流程图。

图2为特性生效的流程图。

图3为本发明中特性的添加流程图。

图4为节点版本已过期，需要升级时的交易发送流程图。

图5为区块链版本升级的操作流程图。

图6为区块链单个节点的升级流程图。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的实施方式，其中相同的部件用相同的附图标记表示。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合。

区块链节点程序的修改，可以分为与共识相关的修改与共识无关的修改。这里只考虑共识相关的修改，比如使用新的共识算法、区块头中增加一个字段、增加新的交易类型、某种交易的共识逻辑发生变化等。

本发明中的特性(feature)指的是共识相关的修改。特性按照功能区分，比如：出块时间调整与添加一种新的交易类型，这是两个不相关的功能，不能用一个特性表示。

如图1所示，本发明的方法包括：

S1.设定节点的特性生效机制，在这一机制中，给每个特性编号，在区块中添加新的字段，确定特性生效的逻辑。

S2.添加新特性：在节点实现了特性生效机制后，添加一个新的特性，将新特性添加到节点已支持特性列表中，在对应逻辑处根据特性启用情况判断使用新特性逻辑还是旧的逻辑。

S3.进行区块链版本升级：每个共识节点的维护者各自更新自己维护的节点即可，特性自动生效，可以通过接口查询当前已启用的特性列表。

步骤S2和S3可以重复多次。

在图1中，步骤S1中的给节点添加特性生效机制的步骤包括：S11，对节点的每一个特性设置一个特性名与唯一编号，如表1所示；S12，增加第一数据结构，该第一数据结构表示该节点支持的特性列表；S13，在区块世界状态中增加第二数据结构，该第二数据结构表示已启用的特性列表。

	标识	类型
			特性名	featureName	字符串
唯一编号	featureID	hash

表1

支持的特性列表可以是一个key-value结构：

{

“featureID1”：”featureName1”

“featureID2”：”featureName2”

...

}

已启用的特性列表可以是一个线性列表结构：

[

“featureID1”,

“featureID2”,

]

图1中的步骤S1还包括特性生效过程S14-S16，如图2所示。

S14.构造一种针对特性的交易类型，这一交易为区块链内部发起的交易，交易中主要字段包括：

{

“TxType”:”EnableFeature”,

“FeatureId”:”xxxx...”

}

S15.每个节点在当前共识的区块号为设定数字(如256)的整数倍时，对当前版本支持并且未启用的特性发起内部(无交易签名)投票，方法为：

1)检查当前区块号是否为256的整数倍，如果是进入下一步，否则退出；

2)检查当前所有未启用但本地支持的特性，如果没有则退出；

3)构造特性启用交易(每个特性一个)；

4)将特性启用交易附加到当前的交易集合中等待共识；

5)只有多数节点都同意开启特性，这些特性启用交易才会被共识通过。

S16.包含特性启用交易的区块共识通过后，更新区块世界状态中的已启用特性列表，添加新的已启用特性。下一区块共识时，已开启的特性执行新的共识逻辑，未开启的特性执行旧的共识逻辑。

图1中的步骤S1还包括节点版本过期处理过程S17-S18。

S17.当特性在链上已启用，而某些节点还未进行升级时，这些节点可以通过共识过的区块看到已启用的特性，若发现有自己本地不支持的已启用特性，则当前节点设置为版本过期状态。

S18.当标记为版本过期状态的节点收到交易请求时，返回节点版本过期的错误。

下面参照图3来描述图1中的步骤S2，即添加新特性的过程。当需要添加新的特性时：

S21.为新的特性起别名，然后计算特性的唯一ID。

S22.将特性别名与唯一ID按key-value形式添加到本地支持的特性列表中。

S23.添加特性的代码逻辑。

S24.添加判断特性是否已启用的逻辑，已启用则使用新特性的逻辑，未启用则用旧的逻辑。

下面参照图4来描述图1中的步骤S3，即区块链版本升级的过程。

当有新的特性被添加到节点程序后，可以实施整个区块链的升级过程，因为是确定性出块，各共识节点管理员之间是可以相互协作，要保证区块链服务不停止，不能所有节点一起升级，而是每次只升级部分节点。比如确定性共识的阈值是80％，那么，每次可以有不超过20％的节点进行升级，整个区块链的升级过程如下：

S31.将区块链共识节点分成多个小组，每个小组中的节点数量不超过总节点数的20％。

S32.对各小组排序。

S33.按顺序对小组进行升级，一个小组内的所有节点升级完成后，对下一小组进行升级。

每个节点升级的过程如下：1)停止节点运行；2)替换新的节点版本；3)启动节点；4)观察节点状态，当前节点正常参与共识即算完成。

下面以一个实例来描述本发明。假设某区块链是定时出机制，每隔1分钟出一个区块，这里以修改区块生成时间由1分钟到10秒为例进行说明。

如图1所示，本发明主要可分为3个步骤：

S1.节点需添加特性生效机制；

S2.按步骤添加某一新特性；

S3.按步骤执行区块链升级过程。

其中步骤S1是一次性操作，只需进行一次，而步骤S2-S3两步是可多次重复操作，每次有新的特性要添加时，都可以按S2、S3两步执行。

图2为特性启用过程，是特性生效机制中的主要流程，在这之前，需要在节点中添加本地支持的特性列表与区块中已启用的特性列表两个数据结构。

其中本地特性列表为key-value结构，可以用hashmap表示，key为featureID，value为featureName，其中，featureID可以简单的将featureName计算Sha256 hash来得到。特性启用过程为：

1)判断当前区块是否为256区块的整数倍，如果不是则退出。

2)判断是否有本地支持但未启用的特性，如果没有则退出。

3)构造特性启用交易，交易中主要字段如下：

{

“TxType”:”EnableFeature”,

“FeatureId”:”xxxx...”,

“Account”:Account(0)

}

这里账户地址固定使用值为0的账户地址即可。

4)将特性启用交易添加到待共识交易集合中。

等待特性启用交易共识通过，可以在节点中添加一个获取当前已被启用的特性的接口，用来查询特性是否被成功启用。

图3为添加一个新的特性的方法，步骤如下：

1)为特性指定一个名称：ledgerTime10Seconds，并通过sha256算法计算特性的唯一ID：

46c223e6ae502106743791b5b28fd6ca5c3106ee5e876659268aafdf7518b0d5

2)将特性添加到本地支持的特性列表中:

{

“featureID1”：”featureName1”

“featureID2”：”featureName2”

...

“46c223e6ae502106743791b5b28fd6ca5c3106ee5e876659268aafdf7518b0d5”：”ledgerTime10Seconds”

}

3)添加特性的代码逻辑；

4)添加特性是否已启用的逻辑；

3)和4)的一个实现方式如下：

图4为区块链升级成功，但某些节点还在使用旧版本的节点时的处理流程为：

1)每当新区块共识通过时，都要检查最新区块中所有已启用的特性是否本地都支持，如果不支持，则设置当前服务状态为版本过期状态。

2)当版本状态已过期时，不再对外提供服务，当再次收到客户端发过来的交易时，会返回版本已过期的错误。

图5为区块链升级的流程图，按图中所示，整个升级过程大致可分为3个步骤：

1)将所有共识节点分为多组；2)对各小组排序；3)按顺序对小组进行升级。

其中，1)中每个小组的节点数量不能超过拜占庭容错的数量上限，比如，在PBFT中，容错f个拜占庭节点，至少需要3f+1个节点，如果要容错2个节点，总节点数至少为7，也就是说，如果当前节点数为7，那么每组共识节点数最多不超过2。可将所有节点分为4组，其中3组每组2个节点，另外一组只有一个节点。

在对其中一个小组进行升级时，对每个节点可近照图6中的步骤操作：1)停止当前运行的节点；2)将节点程序替换为新节点版本；3)启动节点；4)观察节点状态，当节点正常参与共识时，升级完成。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种区块链中节点的新特征同步生效的实现方法，其特征在于，包括：

S1，对节点的每一个特性设置一个特性名与唯一编号；增加第一数据结构，该第一数据结构表示该节点支持的特性列表；在区块世界状态中增加第二数据结构，该第二数据结构表示已启用的特性列表；构造一种针对特性的交易类型，这一交易为区块链内部发起的交易；包含特性启用交易的区块共识通过后，更新区块世界状态中的已启用的特性列表，添加新的已启用特性；在区块中添加新的字段，确定特性生效的逻辑，其中所述特性指的是共识相关的修改；

S2，添加一个新的特性，将新特性添加到节点已支持的特性列表中，在对应逻辑处根据特性启用情况判断使用新特性逻辑还是旧的逻辑；

S3，进行区块链版本升级：每个共识节点各自更新，来生效特性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在步骤S1中，每个节点在当前共识的区块号为设定数字的整数倍时，对当前版本支持并且未启用的特性发起内部投票。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：

S21，为新的特性起别名，计算特性的唯一编号；

S22，将特性别名与唯一编号按key-value形式添加到本地支持的特性列表中；

S23，添加特性的代码逻辑；

S24，添加判断特性是否已启用的逻辑，已启用则使用新特性逻辑，未启用则用旧的逻辑。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：

S31，将区块链共识节点分成多个小组，每个小组中的节点数量不超过总节点数的设定比例；

S32，对各小组排序；

S33，各小组按顺序进行升级，一个小组内的所有节点升级完成后，下一小组进行升级。

5.一种区块链中节点的新特征同步生效的系统，其特征在于，所述系统包括区块链节点，所述节点能够实现如下步骤：

S1，对节点的每一个特性设置一个特性名与唯一编号；增加第一数据结构，该第一数据结构表示该节点支持的特性列表；在区块世界状态中增加第二数据结构，该第二数据结构表示已启用的特性列表；构造一种针对特性的交易类型，这一交易为区块链内部发起的交易；包含特性启用交易的区块共识通过后，更新区块世界状态中的已启用的特性列表，添加新的已启用特性；在区块中添加新的字段，确定特性生效的逻辑，其中所述特性指的是共识相关的修改；

S2，当添加一个新的特性时，将新特性添加到节点已支持的特性列表中，在对应逻辑处根据特性启用情况判断使用新特性逻辑还是旧的逻辑；

S3，当进行区块链版本升级时，每个共识节点各自更新，来生效特性。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述步骤S1还包括：

在步骤S1中，每个节点在当前共识的区块号为设定数字的整数倍时，对当前版本支持并且未启用的特性发起内部投票。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述步骤S2还包括：

S21，为新的特性起别名，计算特性的唯一编号；

S22，将特性别名与唯一编号按key-value形式添加到本地支持的特性列表中；

S23，添加特性的代码逻辑；

S24，添加判断特性是否已启用的逻辑，已启用则使用新特性逻辑，未启用则用旧的逻辑。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述步骤S3还包括：

S31，将区块链共识节点分成多个小组，每个小组中的节点数量不超过总节点数的设定比例；

S32，对各小组排序；

S33，各小组按顺序进行升级，一个小组内的所有节点升级完成后，下一小组进行升级。