CN111769946A - 一种面向联盟链的大规模节点扩容方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及节点扩容技术领域，且公开了一种面向联盟链的大规模节点扩容方法，其特征在于：包括服务节点、根节点、应用节点和接入节点，节点扩容方法包括硬件资源的扩容或硬件复用方式的扩容；解决当前联盟链扩容所造成的性能影响问题、不能无限扩容的问题以及扩容导致的节点成员不得不承担本不该承担的存储成本的问题，保证联盟链网络整体性能和效率不受损的前提下任意扩充节点的数量且不造成节点承担额外存储成本。

Description

一种面向联盟链的大规模节点扩容方法
技术领域
本发明涉及节点扩容技术领域，具体为一种面向联盟链的大规模节点扩容方法。
背景技术
公有链因没有准入机制，任何人都能加入，导致节点数量十分庞大，共识和运算效率极低，不能满足实际应用需求。联盟链在公有链的基础上加入了身份准入机制，网络中的节点成员是身份明确的。因此，联盟链的共识效率和系统性能得到了大量提升。
但是联盟链在硬件资源占用，特别是存储资源的占用上存在着严重的问题。联盟链的数据是冗余存储的，即每个节点上都要存储相同的完整的数据。随着时间的不断推移，新的应用不断接入，数据不断增加，服务器存储资源会被耗尽，这时候不得不针对存储资源进行扩容。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种面向联盟链的大规模节点扩容方法，解决当前联盟链扩容所造成的性能影响问题、不能无限扩容的问题以及扩容导致的节点成员不得不承担本不该承担的存储成本的问题，保证联盟链网络整体性能和效率不受损的前提下任意扩充节点的数量且不造成节点承担额外存储成本。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种面向联盟链的大规模节点扩容方法，包括服务节点、根节点、应用节点和接入节点，节点扩容方法包括硬件资源的扩容或硬件复用方式的扩容：
所述硬件资源的扩容是利用现有应用节点的数量不能满足应用需求时，通过向应用节点资源池中增加新的服务器资源，动态增加应用节点的数量；
所述硬件复用方式的扩容是利用一台服务器挂载多个硬盘，每个硬盘运行一个区块链程序，不用服务器上的相同区块链程序组成一个联盟链网络从而在不增加服务器的情况下扩容应用节点。
进一步，所述硬件资源的扩容的方法包括如下步骤：
S1、选择扩容节点所属的根节点，在扩容之前确定所属根节点，扩容的应用节点由所属根节点进行统一管理；
S2、从根节点的资源池中获取新增的服务器资源；
S3、根节点生成和分配节点证书；
S4、根节点自动下载区块链程序镜像以及节点证书，分别采用根节点分配的证书启动由5个区块链节点组成的网络作为新的应用节点；
S5、当有新的应用加入时提供新增的应用节点使用即可。
进一步，所述硬件复用方式的扩容方法中联盟链网络的组成方式包括如下步骤：
A1、每台服务器上均运行N个区块链程序；
A2、同一服务器上的区块链程序的http端口和集群节点间的通信端口按顺序进行编号，依次为1～N；
A3、不同服务器上编号相同的区块链程序组成一个联盟链网络，即一个应用节点。
进一步，所述在联盟链网络中，应用节点之间数据交互的方法包括：
步骤一、所有根节点和应用节点上都有一个共同认可的超级合约，超级合约主要实现证书认证、秘钥管理、授权管理和各应用节点间的数据请求，超级合约的证书认证、秘钥管理、授权管理只能由根节点调用，且每次调用都要验证验调用者签名是否为根节点；
步骤二、应用节点A向根节点发送带有A签名的请求信息，请求应用节点B的链上数据；
步骤三、根节点验证请求信息的签名，若签名验证不通过，则拒绝请求
步骤四、签名信息验证通过后，根节点以区块链交易的方式调用应用节点B的超级合约的证书认证方法，将应用节点A的数字证书向应用节点B注册。
步骤五、应用节点B验证根节点提交的区块链交易的签名，确认根节点的身份后完成应用节点A的数字证书注册；
步骤六、根节点以区块链交易的方式调用应用节点B的超级合约的权限管理方法，完成对应用节点A的授权，授权范围为应用节点A请求的datas数据；
步骤七、根节点向应用节点A提供应用节点B的公钥；
步骤八、应用节点A获得授权后以区块链交易的方式调用超级合约访问应用节点B的链上数据，应用节点B验证交易的签名，并验证签名持有人的获取权限；若验证通过，则返回经应用节点B私钥加密过的数据；
步骤九、应用节点A取得应用节点B的数据后，使用根节点提供的应用节点B的公钥解密数据；
步骤十、应用节点A与应用节点B的数据交互完成。
与现有技术相比，有益效果为：对于联盟链的节点扩容，传统的向联盟链网络中加入新的节点的方式并不能扩大硬件资源的利用，因为区块链数据库是完全冗余的存储，新加入的节点也要同步原来的数据，会占用更多的存储空间；另一方面，同一个网络中节点数量的增多会导致整个联盟链共识效率变低，影响系统性能。而本方法基于抽象出来的架构，在系统扩容时只增加应用节点的数量，由于每个应用节点是相对独立的集群，相当于一个小型的联盟链，不占用其他应用节点的硬件资源，数据存贮上应用节点与应用节点之间也是相对独立的，解决了传统扩容节点导致浪费大量硬件资源的问题；其次是，应用节点之间物理上相对隔离，但逻辑上与服务节点和根节点是一个完整的体系，背书工作由根节点来完成，应用节点不参与背书工作，这样就解决了扩容导致的联盟链性能降低的问题，应用节点之间通过服务节点和根节点的CA认证和授权管理实现相互间的跨链调用。
附图说明
图1为实施例二中扩容后的应用节点示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明涉及的一种面向联盟链的大规模节点扩容方法技术方案进一步详细说明。
本发明将传统的完全对等的区块链节点抽象成不同层次、不同权限和不同任务分工的节点，抽象后的节点不再是一个单一的区块链程序，而是一个区块链的集群，例如一个应用节点是由五台区块链程序集群的小型联盟链服务。
服务节点负责控制区块链版本的更新、SDK版本更新、合约模板库更新、数据同步、应用目录管理、根节点管理，可以清楚知道有多少个根节点，每个根节点下面有多少个应用节点，以及每个应用节点是什么应用等。服务节点，根节点，应用节点，接入节点一次为一对多的关系，即一个服务器节点包含多个根节点，一个根节点下包含多个应用节点，一个应用节点下又包含多个接入节点。这里的节点不是指区块链网络中的一个单独的节点，而是一个集群的区块链网络，如，一个应用节点是由5个区块链节点组成的区块链网络，可以为某一个应用提供服务。服务节点和根节点不直接对外提供服务，权限更高，用于管理应用节点和背书。
服务节点的职责：作为整个系统的总管，包括区块链程序版本管理，合约模板库管理，数据同步管理、SDK管理，全平台的区块链上层应用管理。
根节点的职责：根节点负责区块链背书、CA管理、BaaS服务监控、数据背书服务、区块链程序镜像更新服务、合约模板镜像更新服务、数据库服务、API网关、监控服务。资源池管理、接入节点。根节点实际上是要管理物理资源，即资源池中服务器的全局分配和使用，一个根节点下有多个应用节点。
应用节点的职责：应用节点是真正提供区块链服务的节点，每个应用节点是由部署了区块链程序的5台服务器组成的集群，通常一个应用节点对应一个区块链上层应用，由直接父根节点来统一管理。
a)服务节点建设
服务节点是整个架构最顶层的节点，负责根节点的管理工作。
b)根节点建设
根节点以合作的方式由一些大数据公司使用，负责应用节点资源的调度，包括应用节点使用的硬件服务器管理，区块链程序管理，应用管理，智能合约管理等。
c)应用节点建设
应用节点是最底层的节点，也是和区块链直接相关的节点。一个应用节点，通常包括了5台以上的服务器，每台服务器上部署了区块链程序。
基于上述为基础：
实施例一
硬件资源的扩容方法包括如下步骤：
S1、选择扩容节点所属的根节点，在扩容之前确定所属根节点，扩容的应用节点由所属根节点进行统一管理；
S2、从根节点的资源池中获取新增的服务器资源；
S3、根节点生成和分配节点证书；
S4、根节点自动下载区块链程序镜像以及节点证书，分别采用根节点分配的证书启动由5个区块链节点组成的网络作为新的应用节点；
S5、当有新的应用加入时提供新增的应用节点使用即可。
实施例二
如图1所示的所述硬件复用方式的扩容方法是利用一台服务器挂载多个硬盘，每个硬盘运行一个区块链程序，不用服务器上的相同区块链程序组成一个联盟链网络从而在不增加服务器的情况下扩容应用节点。
其中，硬件复用方式的扩容方法中联盟链网络的组成方式包括如下步骤：
每台服务器上运行15(此处,5台服务器，每台服务器挂载15个硬盘作为实施例进行描述)个区块链程序，用一服务器上的区块链的http端口和集群节点间的通信端口依次进行编号1～15，在5台服务器上均运行15个区块链程序，且每台服务器上的区块链的http端口和集群节点间的通信端口编号依次为1～15，这样，不同服务器上编号相同的区块链程序组成了一个联盟链网络，即一个应用节点，15个区块链程序就组成了15个应用节点，同样是5台服务器，应用节点的数量提高了15倍，这样就实现了不增加服务器的情况下扩容应用节点，且充分利用了服务器存储资源。
在上述联盟链网络中，应用节点之间数据交互的方法包括：
步骤一、所有根节点和应用节点上都有一个共同认可的超级合约，超级合约主要实现证书认证、秘钥管理、授权管理和各应用节点间的数据请求，超级合约的证书认证、秘钥管理、授权管理只能由根节点调用，且每次调用都要验证验调用者签名是否为根节点；
步骤二、应用节点A向根节点发送带有A签名的请求信息，请求应用节点B的链上数据；
步骤三、根节点验证请求信息的签名，若签名验证不通过，则拒绝请求
步骤四、签名信息验证通过后，根节点以区块链交易的方式调用应用节点B的超级合约的证书认证方法，将应用节点A的数字证书向应用节点B注册。
步骤五、应用节点B验证根节点提交的区块链交易的签名，确认根节点的身份后完成应用节点A的数字证书注册；
步骤六、根节点以区块链交易的方式调用应用节点B的超级合约的权限管理方法，完成对应用节点A的授权，授权范围为应用节点A请求的datas数据；
步骤七、根节点向应用节点A提供应用节点B的公钥；
步骤八、应用节点A获得授权后以区块链交易的方式调用超级合约访问应用节点B的链上数据，应用节点B验证交易的签名，并验证签名持有人的获取权限；若验证通过，则返回经应用节点B私钥加密过的数据；
步骤九、应用节点A取得应用节点B的数据后，使用根节点提供的应用节点B的公钥解密数据；
步骤十、应用节点A与应用节点B的数据交互完成。
此应用节点之间数据交互的方法从架构上首次提出了节点间的分层架构，在通常情况下不同应用节点各自独立运行，互不干扰，但是当两个应用之间需要数据交互的时候，通过根节点的统一身份验证和授权管理，就能安全地在应用节点之间实现数据的交互。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种面向联盟链的大规模节点扩容方法，其特征在于：包括服务节点、根节点、应用节点和接入节点，节点扩容方法包括硬件资源的扩容或硬件复用方式的扩容；
所述硬件资源的扩容是利用现有应用节点的数量不能满足应用需求时，通过向应用节点资源池中增加新的服务器资源，动态增加应用节点的数量；
所述硬件复用方式的扩容是利用一台服务器挂载多个硬盘，每个硬盘运行一个区块链程序，不用服务器上的相同区块链程序组成一个联盟链网络从而在不增加服务器的情况下扩容应用节点。
2.根据权利要求1所述的一种面向联盟链的大规模节点扩容方法，其特征在于：所述硬件资源的扩容的方法包括如下步骤：
S1、选择扩容节点所属的根节点，在扩容之前确定所属根节点，扩容的应用节点由所属根节点进行统一管理；
S2、从根节点的资源池中获取新增的服务器资源；
S3、根节点生成和分配节点证书；
S4、根节点自动下载区块链程序镜像以及节点证书，分别采用根节点分配的证书启动由5个区块链节点组成的网络作为新的应用节点；
S5、当有新的应用加入时提供新增的应用节点使用即可。
3.根据权利要求1所述的一种面向联盟链的大规模节点扩容方法，其特征在于：所述硬件复用方式的扩容方法中联盟链网络的组成方式包括如下步骤：
A1、每台服务器上均运行N个区块链程序；
A2、同一服务器上的区块链程序的http端口和集群节点间的通信端口按顺序进行编号，依次为1～N；
A3、不同服务器上编号相同的区块链程序组成一个联盟链网络，即一个应用节点。
4.根据权利要求3所述的一种面向联盟链的大规模节点扩容方法，其特征在于：所述在联盟链网络中，应用节点之间数据交互的方法包括：
步骤一、所有根节点和应用节点上都有一个共同认可的超级合约，超级合约主要实现证书认证、秘钥管理、授权管理和各应用节点间的数据请求，超级合约的证书认证、秘钥管理、授权管理只能由根节点调用，且每次调用都要验证验调用者签名是否为根节点；
步骤二、应用节点A向根节点发送带有A签名的请求信息，请求应用节点B的链上数据；
步骤三、根节点验证请求信息的签名，若签名验证不通过，则拒绝请求
步骤四、签名信息验证通过后，根节点以区块链交易的方式调用应用节点B的超级合约的证书认证方法，将应用节点A的数字证书向应用节点B注册。
步骤五、应用节点B验证根节点提交的区块链交易的签名，确认根节点的身份后完成应用节点A的数字证书注册；
步骤六、根节点以区块链交易的方式调用应用节点B的超级合约的权限管理方法，完成对应用节点A的授权，授权范围为应用节点A请求的datas数据；
步骤七、根节点向应用节点A提供应用节点B的公钥；
步骤八、应用节点A获得授权后以区块链交易的方式调用超级合约访问应用节点B的链上数据，应用节点B验证交易的签名，并验证签名持有人的获取权限；若验证通过，则返回经应用节点B私钥加密过的数据；
步骤九、应用节点A取得应用节点B的数据后，使用根节点提供的应用节点B的公钥解密数据；
步骤十、应用节点A与应用节点B的数据交互完成。
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