CN112990895A - 一种加速区块链交易并行执行的方法、设备及储存介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加速区块链交易并行执行的方法、设备及储存介质，属于计算机技术领域，本发明所采用的方法通过交易创建的时候，就将交易执行的交易变量表进行解析并附加在交易之后，发送到交易池，在交易池中解析交易冲突表，使得区块链节点可以节省为所有的区块链交易预执行再解析变量冲突表的计算开销，从而提升区块链整体的性能；同时支持不同交易类型通过是否注册优化并行来确定是否进行同类交易并行执行，使得不同的合约可以充分利用自身的特点进行最佳并行加速。

Description

一种加速区块链交易并行执行的方法、设备及储存介质
技术领域
本发明涉及信息技术领域，尤其涉及一种加速区块链交易并行执行的方法、设备及储存介质。
背景技术
区块链中的节点通过发送交易而进行转账、存入数据等业务，区块链中的记账节点在交易池中收集区块链中的交易，执行交易，并在执行交易之后，将这些交易打包到区块中并扩散到区块链中。区块链中的验证节点会对从记账节点发出的区块进行验证，在验证通过之后，每个节点在接收到该区块时，都会执行该区块中包括的每个交易。为了保证各个节点的数据一致性，各个节点中在执行区块中的多个交易时，对该多个交易的提交顺序需要是一致的，这样才能得到一致的执行结果。因此，在现有技术中，记账节点在执行交易之前会按照预定规则对将要执行的多个交易进行编号，并按照编号的顺序依次执行多个交易，也即依次提交多个交易，并且其它节点在接收到该区块之后，也是按照上述交易编号顺序依次执行并提交多个交易。然而，这主要是由于区块链交易执行时可能会出现读写相同key-value键值对，此时无法轻易将交易并行，以防止顺序出错而导致结果出现误差，而都按照顺序进行执行会大大影响交易执行的效率。
针对交易执行效率的问题，现有技术中已经出现了多种交易并行的方案，例如将不进行相互调用的多种合约交易进行并行处理，或者例如中国专利公开号CN110648124A，专利名称为“在区块链中并发执行交易的方法和装置”的专利公开了一种在区块链中并发执行交易的方法，在开始执行所述第一交易中的所述读取操作的代码之后，推断第二交易是否将要对所述第一变量进行写入，其中，所述第二交易为所述多个交易中交易编号小于所述第一交易的交易，其中，所述交易编号与交易的预定提交顺序相对应；在推断第二交易将要对所述第一变量进行写入的情况中，暂停执行所述第一交易中的所述读取操作。其原理在于在区块链系统在执行前，遍历所有的待执行交易，解析交易中的key值，并推断所有的冲突，这对于整个软件的性能消耗来说，并不会得到根本性的改善，甚至在推断错误的时候，还可能会带来性能上的损失。
因此，需要一种能够加速区块链交易并行执行的方法、设备及储存介质，真正意义上区块链系统的处理性能，提升交易处理的效率。
发明内容
一、发明目的
针对上述技术问题，本发明提供一种加速区块链交易并行执行的方法、设备及储存介质，执行器模块通过导入交易冲突表可以节省为所有的区块链交易预执行解析变量冲突表的计算开销，提升区块链整体的性能。
二、技术方案
为解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案如下：
第一方面，一种加速区块链交易并行执行的方法，在区块链系统的执行器模块中执行，执行器模块执行来自于交易池打包的多个交易，执行器模块的执行方法如下：
从交易池获取所述多个交易及交易冲突表；其中所述交易冲突表包括交易类型、key名及读取交易编号和写入交易编号，所述交易编号与交易预定提交顺序相对应；
执行器模块依据执行机制执行交易，所述执行机制包括：
基础并行：将不同交易类型的交易并行执行；
优化并行：确定注册交易类型，所述注册交易类型为在区块链系统中注册需要进行并行执行优化的交易类型，为注册交易类型中的每个交易类型依据交易冲突表获取的若干个冲突交易集，将同一交易类型同一冲突交易集内交易按照交易编号顺序执行，将同一交易类型不同冲突交易集内的交易并行执行。
本技术方案中，执行器模块从交易池导入交易冲突表作为优化并行的依据，将交易冲突表构建与交易执行剥离，有效降低了交易执行时的工作量，提高区块链系统的执行效率，另一方面，执行机制的优化并行通过注册制形式，支持不同合约交易依据自身的特点进行选择进行优化与否，而不是进行统一的优化，这样并行优化效果最佳。
作为优选，执行器模块从交易池获取所述多个交易及交易冲突表之后，请求所述多个交易包含的所有交易对应的hash值。因为该区块大概率不是本节点产生的区块，对区块中包含的交易不能确定，所以需要通过交易hash值来确定。
作为优选，所述交易冲突表的获取步骤如下：
(a)用户终端构建交易并在交易之后附加该交易的交易变量表，所述交易变量表包括交易类型、读取key值信息和写入key值信息；
(b)区块链节点的交易池收集用户终端构建的交易，验证交易信息，将验证通过的交易及其对应的变量表加入交易池；
(c)交易池中根据交易类型对池中交易进行分类；
(d)当共识模块向交易池请求下一个区块打包时，交易池对交易进行打包得到所述多个交易；
(e)交易池构建依据所述多个交易对应的交易变量表构建所述交易冲突表；
(f)当执行器模块接收到区块执行请求后，执行器模块向交易池请求所述交易冲突表；
(g)响应于执行模块的请求，交易池向执行器模块发送所述交易冲突表。
作为优选，所述注册交易类型依据交易出现的频率在区块链系统中进行注册。不同的交易类型出现的频率不同，交易池中构建交易冲突表，在执行器模块中解析交易冲突表都需要占用区块链系统的算力，若交易类型为低频交易则在构建交易冲突表时对该类型交易的读取key值信息和写入key值信息不做处理，执行器模块对未注册的交易类型不进行并行优化则无需解析该类型的相关数据，该类型交易按照交易编号顺序依次执行，这是由于低频交易交易量较少，现有的交易处理方法足以应对，无需进行并行计算，而进行并行计算需要对交易进行进一步的解析反而可能拖累区块链系统整体的计算效率。
第二方面，一种计算机设备，一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行如第一方面及其优选方案任意一项所述的方法。
第三方面，一种存储有计算机程序的存储介质，该程序被处理器执行时实现如第一方面及其优选方案任意一项所述的方法。
三、有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、提升了系统的性能，降低了区块链节点计算开销，提高了区块链网络的tps。
2、可以支持不同合约交易特定的并行加速机制。
附图说明
图1为本发明实施例1的一种方法示意图；
图2为本发明实施例1的执行机制示意图；
图3为本发明实施例1的一种交易变量表的结构示意图；
图4为本发明实施例1的一种交易池按交易类型分类的示意图；
图5为本发明实施例1的一种交易冲突表示意图；
图6为实施例2提供的一种设备的结构示意图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
本发明中所述的第一、第二等词语，是为了描述本发明的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本发明的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例提供一种加速区块链交易并行执行的方法，方法包括：
步骤S100：用户终端构建交易并在交易之后附加该交易的交易变量表，所述交易变量表包括交易类型、读取key值信息和写入key值信息；
表中包括了交易类型，例如coins、token、trade、privacy、evm等交易类型，key-i-read和key-i-write这2种数据类型分别表示用来进行读取和写入的key值。
步骤S200：区块链节点的交易池收集用户终端构建的交易，验证交易信息，将验证通过的交易及其对应的变量表加入交易池；
步骤S300：交易池中根据交易类型对池中交易进行分类；
步骤S400：当共识模块向交易池请求下一个区块打包时，交易池对交易进行打包得到所述多个交易；
步骤S500：交易池构建依据所述多个交易对应的交易变量表构建所述交易冲突表；
步骤S600：当执行器模块接收到区块执行请求后，执行器模块向交易池请求所述交易冲突表；
步骤S700：响应于执行模块的请求，交易池向执行器模块发送所述交易冲突表；
步骤S800：执行器模块从交易池获取所述多个交易及交易冲突表；其中所述交易冲突表包括交易类型、key名及读取交易编号和写入交易编号，所述交易编号与交易预定提交顺序相对应；
步骤S801：执行器模块从交易池获取所述多个交易及交易冲突表之后，请求所述多个交易包含的所有交易对应的hash值。因为该区块大概率不是本节点产生的区块，对区块中包含的交易不能确定，所有需要通过交易hash值来确定
步骤S900：执行器模块依据执行机制执行交易，所述执行机制包括：
基础并行：将不同交易类型的交易并行执行；
优化并行：确定注册交易类型，所述注册交易类型为在区块链系统中注册需要进行并行执行优化的交易类型，为注册交易类型中的每个交易类型依据交易冲突表获取的若干个冲突交易集，将同一交易类型同一冲突交易集内交易按照交易编号顺序执行，将同一交易类型不同冲突交易集内的交易并行执行。
执行器模块从交易池导入交易冲突表作为优化并行的依据，将交易冲突表构建与交易执行剥离，有效降低了交易执行时的工作量，提高区块链系统的执行效率，另一方面，执行机制的优化并行通过注册制形式，支持不同合约交易依据自身的特点进行选择进行优化与否，而不是进行统一的优化，这样并行优化效果最佳。
进一步的，所述注册交易类型依据交易出现的频率在区块链系统中进行注册。如此设计，将区块链系统涉及的交易类型，按照历史出现频率和区块链设定的阈值对交易类型进行划分，分为高频交易和低频交易，对于高频交易可进行执行机制中的优化并行注册，在高频交易执行时采用优化并行的机制进行执行，而对于低频交易则不进行优化并行注册，在交易执行时仅采用执行机制中的基础并行和常规的顺序串行，如此一来可以减少低频交易解析交易冲突表的计算量，而由于低频交易出现频率较低，采用串行执行和基础并行基本满足区块链系统交易处理速度的要求，对于不同交易类型进行分类优化，并非统一优化实现不同的交易类型可以充分利用自身的特点进行最佳并行加速。
本实施例中，共涉及coins、token、trade、privacy、evm五类交易，终端用户构建完预发送到区块链节点的交易前，首先在终端软件上解析出交易并行执行的交易变量表，交易变量表包括交易类型、读取key值信息和写入key值信息，交易变量表如图3所示，该表为交易TX0的交易变量表，其中包括四个key值写入与四个key值读取，采用Key-i-read和Key-i-write这2种数据类型分别表示用来进行读取和写入的key值；所有交易生成时均附带交易变量表。
区块链节点的交易池在接收到交易之后，完成常规的检查交易签名，交易费是否足够将其添加到交易池之后，首先根据交易类型，将其添加到不同交易并行列表中，例如交易池中共有25个待打包交易，coins、token、trade、privacy、evm五类交易各五件，将这25个交易按交易类型进行分类，结果如图4所示。接着交易池依据多个交易对应的交易变量表构建交易冲突表，交易冲突表如图5所示，包括Key-name、Read-txs和Write-txs，交易冲突表记录了各个key值写入涉及的交易和读取涉及的交易。
当共识模块向交易池请求下一个区块打包的时候，交易池将交易打包，并同时将包中相关交易对应的交易冲突表进行打包，准备随时响应执行器模块的请求；当chain33执行器模块接收到区块执行请求后，执行器模块向交易池模块请求交易冲突表。请求参数中包括所有交易对应的hash，因为该区块大概率不是本节点产生的区块，对区块中包含的交易不能确定，只能通过交易hash来确定。然后，响应于执行模块的请求，交易池向执行器模块发送所述交易冲突表。
执行器模块依据执行机制执行交易，所述执行机制包括：
基础并行：将不同交易类型的交易并行执行；
优化并行：确定注册交易类型，所述注册交易类型为在区块链系统中注册需要进行并行执行优化的交易类型，为注册交易类型中的每个交易类型依据交易冲突表获取的若干个冲突交易集，将同一交易类型同一冲突交易集内交易按照交易编号顺序执行，将同一交易类型不同冲突交易集内的交易并行执行。
其中，当两个交易对同一变量分别读取和写入时，则这两个交易就视为冲突交易，因此，从交易冲突表中很容易就可以分析出相互冲突的交易，形成冲突交易集，而对于未注册的合约交易则不进行冲突交易分析，以节省区块链系统的算力。本实施例所采用的方法的优势在于：1、提升了系统的性能，降低了区块链节点计算开销，提高了区块链网络的tps。2、可以支持不同合约交易特定的并行加速机制。
实施例2
一种计算机设备，所述设备包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行如实施例1所述的方法。
一种存储有计算机程序的存储介质，该程序被处理器执行时实现如以上实施例1所述的方法。
图6为本实施例提供的一种设备的结构示意图。
如图6所示，作为另一方面，本申请还提供了一种设备500，包括一个或多个中央处理单元(CPU)501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的程序或者从存储部分508加载到随机访问存储器(RAM)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM503中，还存储有设备500操作所需的各种程序和数据。CPU501、ROM502以及RAM503通过总线504彼此相连。输入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。
以下部件连接至I/O接口505：包括键盘、鼠标等的输入部分506；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分507；包括硬盘等的存储部分508；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分509。通信部分509经由诸如因特网的网络执行通信处理驱动器510也根据需要连接至I/O接口505。可拆卸介质511，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器510上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分508。
特别地，根据本申请公开的实施例，上述实施例1所描述的方法可以被实现为计算机软件程序。例如，本申请公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在机器可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包含用于执行上述任一实施例描述的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分509从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质511被安装。
作为又一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例的装置中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，该程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本申请的方法。
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这根据所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以通过执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以通过专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本申请实施例中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，例如，各所述单元可以是设置在计算机或移动智能设备中的软件程序，也可以是单独配置的硬件装置。其中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离本申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (6)

1.一种加速区块链交易并行执行的方法，在区块链系统的执行器模块中执行，其特征在于，执行器模块执行来自于交易池打包的多个交易，执行器模块的执行方法如下：
从交易池获取所述多个交易及交易冲突表；其中所述交易冲突表包括交易类型、key名及读取交易编号和写入交易编号，所述交易编号与交易预定提交顺序相对应；
执行器模块依据执行机制执行交易，所述执行机制包括：
基础并行：将不同交易类型的交易并行执行；
优化并行：确定注册交易类型，所述注册交易类型为在区块链系统中注册需要进行并行执行优化的交易类型，为注册交易类型中的每个交易类型依据交易冲突表获取的若干个冲突交易集，将同一交易类型同一冲突交易集内交易按照交易编号顺序执行，将同一交易类型不同冲突交易集内的交易并行执行。
2.根据权利要求1所述的一种加速区块链交易并行执行的方法，其特征在于，执行器模块从交易池获取所述多个交易及交易冲突表之后，请求所述多个交易包含的所有交易对应的hash值。
3.根据权利要求1所述的一种加速区块链交易并行执行的方法，其特征在于，所述交易冲突表的获取步骤如下：
(a)用户终端构建交易并在交易之后附加该交易的交易变量表，所述交易变量表包括交易类型、读取key值信息和写入key值信息；
(b)区块链节点的交易池收集用户终端构建的交易，验证交易信息，将验证通过的交易及其对应的变量表加入交易池；
(c)交易池中根据交易类型对池中交易进行分类；
(d)当共识模块向交易池请求下一个区块打包时，交易池对交易进行打包得到所述多个交易；
(e)交易池构建依据所述多个交易对应的交易变量表构建所述交易冲突表；
(f)当执行器模块接收到区块执行请求后，执行器模块向交易池请求所述交易冲突表；
(g)响应于执行模块的请求，交易池向执行器模块发送所述交易冲突表。
4.根据权利要求1所述的一种加速区块链交易并行执行的方法，其特征在于，所述注册交易类型依据交易出现的频率在区块链系统中进行注册。
5.一种计算机设备，其特征在于，一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行如权利要求1-4中任一项所述的方法。
6.一种存储有计算机程序的存储介质，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。
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