CN113362062B - 一种区块链交易排序方法、存储介质及设备 - Google Patents

一种区块链交易排序方法、存储介质及设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种区块链交易排序方法、存储介质及设备，获取区块链网络节点的本地交易池中的交易信息，计算交易的发起账户的活跃度值、交易的存在时间及交易花费，进而计算交易的综合优先级排序值，根据所述综合优先级排序值的高低，对对应的交易进行排队，按照排队顺序将所述交易打包进区块。本发明能够有效实现交易的自动优化上链，多维度最优化满足用户交易上链需求的成本，保证系统生态的可持续以及安全发展。

Description

一种区块链交易排序方法、存储介质及设备
技术领域
本发明属于区块链技术领域，具体涉及一种区块链交易排序方法、存储介质及设备。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
区块链作为一种新兴技术，凭借其去中心化、匿名性、不可篡改性等特点，越来越多地受到各行各业的关注，包括供应链、金融、教育等领域。与此同时，这些领域通常涉及到了具有不同延迟要求的交易，用户对交易的时效性需求变得越来越强烈。因此我们期望用户生成的交易需要经过交易排序等步骤，才会被区块链网络中的矿工打包到区块，才能写入到区块链账本中。
为实现这一目标，近年来，众多相关平台以及研究工作者做了大量工作，从静态优化角度提出各种类型的交易排序策略，例如事先规定好每笔交易的gasPrice或者截止延迟要求，从而实现对交易的排序。目前，交易排序机制主要有以下几种主流的解决方案。第一种解决方案是矿工是按交易的gasPrice进行排序的，交易的gasPrice越高，处理的优先级就越高。以以太坊为例，首先账户的区块链客户端构造一笔交易，并使用加密算法生成唯一签名，将加密后的交易广播到整个区块链网络中，网络中的其他节点接受到交易信息验证交易信息的合法性，节点会有一个待处理的交易列表，依据油费(Gas)进行交易排序，从待处理的交易池中选择油费高的交易放入新的区块并广播出去，并得到交易的油费作为挖矿回报。如果交易的gasPrice过低，则有可能一直得不到矿工的处理，从而被忽略，导致饥饿现象的发生。
第二种解决方案是先到先得排序策略，每个矿工会在本地维护一个待处理交易的列表，根据账户发出交易的到达顺序将交易打包到块中，在目前较成熟的模型中，Fabric就利用了这种解决方案。第三种解决方案是基于单一优先级队列的排序策略，根据账户发出的交易的绝对截止日期(到达交易池时间+截止时间要求)维护交易的优先级队列。此外，还有最后一种解决方案是基于多级队列的排序策略，多级队列是具有预定义级别数的队列，来自同一服务的交易被分组在一起。每个矿工维护一个包含N个对应于每个服务的队列的多级队列，其中每个队列中的交易按照它们的绝对截止时间(到达时间+截止要求)排序，目前三星研究院在自己搭建的智能建筑场景中应用了该策略。
以上解决方案虽然在一定程度上满足了用户对不同交易的时效性需求，但是，目前的交易排序策略都只在单一维度(gas花费、时延要求、到达时间)上考虑用户的条件，只考虑单一维度的要素作为最佳交易排序策略，性能上显然是受到限制的。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种区块链交易排序方法、存储介质及设备，本发明面向账户交易时效性需求，能够有效实现交易的自动优化上链，多维度最优化满足用户交易上链需求的成本，保证系统生态的可持续以及安全发展。
根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
一种区块链交易排序方法，包括以下步骤：
获取区块链网络节点的本地交易池中的交易信息，计算交易的发起账户的活跃度值、交易的存在时间及交易花费，进而计算交易的综合优先级排序值，根据所述综合优先级排序值的高低，对对应的交易进行排队，按照排队顺序将所述交易打包进区块。
作为可选择的实施方式，上述方法中，定时更新账户状态信息，所述账户状态信息包含基于MPT模型构建的账户状态树，以及关于账户活跃度的信息字段，用于记录系统中存在账户的活跃度值。
作为可选择的实施方式，上述方法中，定时更新新区块内交易所涉及发起账户的账户活跃度值。
作为可选择的实施方式，所述本地交易池的构建过程包括：
当有交易发起账户创建交易时，将交易信息广播至全网；
网络中的其他节点接收到交易信息之后，进行合法性校验，判断交易是否合法，交易合法，则放入本地交易池，若交易不合法，返回错误信息并丢弃该笔交易。
作为可选择的实施方式，计算交易发起账户的活跃度的过程包括：根据当前最新区块内涉及账户活跃度改变的账户总数、区块链网络中账户的总数以及当前区块链的高度，计算当前滑动窗口大小；
根据账户状态信息和当前滑动窗口大小计算对应交易发起账户的活跃度。
作为可选择的实施方式，所述交易的存在时间为相应交易进入待处理交易列表的时间。
作为可选择的实施方式，所述交易花费的计算过程为：
其中，m表示区块内的交易数量，t表示账户想要在t个区块上链，TORmt表示本地当前待处理交易列表中依据交易排序算法排序后排名为mt的交易的TOR值，A(u)为该预测交易发起账户的活跃度，ω1、ω3为权重系数。
作为可选择的实施方式，计算交易的综合优先级排序值的具体过程为：根据交易的发起账户的活跃度值、交易的存在时间及交易花费三要素计算交易的综合优先级排序值，且对计算的三要素预先进行归一化处理。
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述方法中的步骤。
一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明有效解决了支持区块链的系统没有多维度考虑账户时效性需求所带来的用户体验差问题，是第一个将账户在整个网络中的活跃度与交易排序结合起来的方案。
2、本发明技术方案中构建A2MPT，账户状态中明确标识了账户活跃度，通过账户可以直接锁定当前账户活跃度值，基于A2MPT直接进行账户状态信息历史的检索和校验，并为采用动态滑动窗口来计算账户活跃度提供依据。
3、本发明技术方案中提出的动态滑动窗口，相较以往的固定滑动窗口在一定程度上减弱了恶意账户作恶行为的影响。
4、本发明的交易排序策略综合考虑了交易发起账户在整个网络中的活跃度、交易等待时间、gas花费，使得整体的区块链网络更加具有活性以及安全性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明方案中实施例提供的面向账户时效性需求的交易排序策略的流程示意图；
图2为本发明方案中实施例方法中步骤S6的流程示意图；
图3为本发明方案中实施例方法中步骤S7所涉及的A2MPT结构图；
图4为本发明方案中实施例方法中步骤S61的动态滑动窗口示意图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本发明提供了一种面向账户交易时效性需求的交易排序策略，应用于区块链系统，综合了账户活跃度、时间(交易在交易池等待时间)以及gas花费三个要素，依据TOR对交易池内事务进行降序排序，依次打包到块中。
具体包括：
S1，建立区块链应用系统，交易发起账户创建一笔新的交易，将交易信息广播至全网；
S2，网络中的其他节点接收到交易信息之后，进行合法性校验；
S3，判断交易是否合法，交易合法，则执行步骤S5，交易不合法，则执行步骤S4，返回错误信息并丢弃该笔交易；
S5，放入本地交易池，维护一个待处理的交易列表；
S6，从待处理的交易池中选择优先级高的交易放入新的区块并广播出去；
S7，网络中的其他节点接收到这个区块，将其加入到账本中，并依据区块里的交易信息更新本地A2MPT，涉及同一账户地址的账户活跃度改变；
进一步的，如图2所示，本发明提供的交易排序策略步骤S6具体包括：
S61，根据最新区块计算当前滑动窗口大小e；
S62，根据A2MPT和e计算每笔交易u发起账户的活跃度；
S63，计算交易的时间值；
S64，计算交易gas费，根据gas预测算法；
S65，归一化处理并计算交易的综合TOR值，在本发明实施例中，账户发出交易的综合TOR值得计算公式具体如下所示：
TOR＝ω1A(u)+ω2F(u)+ω3gas_predict(u)
其中，ω取值根据该因素的重要程度来取值，ω取值范围0到1，越重要的因素ω越接近1，相反越接近0。
S66，依据TOR值进行优先级排序，选择TOR值高的交易打包。
在本发明实施例中，在步骤S61中，根据最新区块计算当前滑动窗口大小e，它的主要计算方式是根据当前最新区块内涉及账户活跃度改变的账户总数、区块链网络中账户的总数以及当前区块链的高度来计算得出的。具体滑动窗口计算公式：
其中，accountsum表示区块链网络中账户的总数，accountchange表示最新生成的区块里涉及账户活跃度改变的账户总数，b表示当前区块链的高度。
步骤S62中交易u发起账户的活跃度值A(u)的产生方式具体如下：
建立区块链应用系统，所包含交易分为两种类型：发布交易和引用交易两种。其中，发布交易是账户发起一笔交易用于上传资产。引用交易是对一笔资产的授权、访问、下载等操作，分为两种类型包括：引用资产不变化(同一资产hash)，这种情况下活跃度值累加。引用资产变化(不同资产hash)，这种情况下活跃度值不累加。对引用交易建立社交图谱，用以计算账户活跃度。
账户活跃度定义为在区块链网络中对账户所拥有资产hash的引用次数。在某个时刻t，账户活跃度图AG＝<N，E，F>，其中N是账户的集合，E是边的集合，eij∈E表示账户Ni到账户Nj的引用交易链接，由账户Ni发布，F是一个给每条边e∈E赋权的函数。在每个区块被打包时，若新交易使得账户的活跃度发生变化，更新账户的活跃度并更新区块头中的状态树根哈希State Root。
进一步的，账户活跃度的计算公式具体如下：
其中，Nref表示交易u发起账户资产hashi的引用交易次数。
进一步的，滑动窗口e内账户活跃度的具体计算方法如下：
其中，账户在请求加入区块链信任网络时，会给予新账户一段时间的体验期，这里，规定新账户加入区块链网络时赋予新账户的账户活跃度值为当前状态下所有账户的活跃度中位数，即Median(Aall_account)。
步骤S62计算交易的时间值，在本发明实施例中，各个交易u的时间活跃度值F(u)的计算公式具体如下：
F(u)＝τ
其中，F(u)表示交易u的时间活跃度，τ表示交易u进入待处理交易列表的时间，线性增长。
步骤S65根据gas预测算法计算交易gas费，在本发明实施例中，gas_predict(u)计算方法具体如下：
gas_predict(u)表示账户为交易tx所额外支付的费用，账户可以根据对该笔交易打包到区块链上的期限要求，预测支付多少费用。其中，m表示区块内的交易数量，t表示账户想要在t个区块上链，TORmt表示本地当前待处理交易列表中依据交易排序算法排序后排名为mt的交易的TOR值。A(u)为该预测交易发起账户的活跃度。
图3为A2MPT，包含基于MPT(Merkle Patricia Tree)模型构建的账户状态树，以及用于记录系统中存在账户的活跃度值的关于账户活跃度的信息字段Account activity(用于记录系统中存在账户的活跃度值)。当由于引用交易而引发账户的活跃度发生改变时，对应更新A2MPT中的Account activity，并更新区块头中的根哈希State Root。
图4为动态滑动窗口实例图，为保证支付较少的gas而优先打包的交易对应的账户是连续活跃的账户，并使网络内的所有节点无法提前知道生成下一个区块所采用的滑动窗口的大小。本发明提出动态滑动窗口的概念以解决该问题。
需要说明的，在计算完步骤S62、S63、S64之后，要对这三个要素值进行归一化处理，具体方式这里我们使用传统的线性归一化范围放缩法来进行处理。
区块链应用系统矿工节点根据与交易相关的三个要素对本地交易池中的交易进行打分并排名，最终实现交易的动态优化上链。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种区块链交易排序方法，其特征是：包括以下步骤：
获取区块链网络节点的本地交易池中的交易信息，计算交易的发起账户的活跃度值、交易的存在时间及交易花费，进而计算交易的综合优先级排序值，根据所述综合优先级排序值的高低，对对应的交易进行排队，按照排队顺序将所述交易打包进区块；
计算交易发起账户的活跃度的过程包括：根据当前最新区块内涉及账户活跃度改变的账户总数、区块链网络中账户的总数以及当前区块链的高度，计算当前滑动窗口大小；根据账户状态信息和当前滑动窗口大小计算对应交易发起账户的活跃度；
在每个区块被打包时，若新交易使得账户的活跃度发生变化，更新账户的活跃度并更新区块头中的状态树根哈希State Root；
进一步的，账户活跃度的计算公式具体如下：
其中，表示交易u发起账户资产/>的引用交易次数；
进一步的，滑动窗口e内账户活跃度的具体计算方法如下：
其中，b表示当前区块链的高度；
采用动态滑动窗口是为保证支付少的gas而优先打包的交易对应的账户是连续活跃的账户，并使网络内的所有节点无法提前知道生成下一个区块所采用的滑动窗口的大小；
交易花费为账户为交易所额外支付的费用，账户根据对该笔交易打包到区块链上的期限要求，预测支付多少费用；
所述交易花费的计算过程为：
其中，m表示区块内的交易数量，t表示账户想要在t个区块上链，表示本地当前待处理交易列表中依据交易排序算法排序后排名为mt的交易的TOR值，/>为该预测交易发起账户的活跃度，/>、/>为权重系数。
2.如权利要求1所述的一种区块链交易排序方法，其特征是：定时更新账户状态信息，所述账户状态信息包含基于MPT模型构建的账户状态树，以及关于账户活跃度的信息字段，用于记录系统中存在账户的活跃度值。
3.如权利要求1所述的一种区块链交易排序方法，其特征是：定时更新新区块内交易所涉及发起账户的账户活跃度值。
4.如权利要求1所述的一种区块链交易排序方法，其特征是：所述本地交易池的构建过程包括：
当有交易发起账户创建交易时，将交易信息广播至全网；
网络中的其他节点接收到交易信息之后，进行合法性校验，判断交易是否合法，交易合法，则放入本地交易池，若交易不合法，返回错误信息并丢弃该笔交易。
5.如权利要求1所述的一种区块链交易排序方法，其特征是：所述交易的存在时间为相应交易进入待处理交易列表的时间。
6.如权利要求1所述的一种区块链交易排序方法，其特征是：计算交易的综合优先级排序值的具体过程为：根据交易的发起账户的活跃度值、交易的存在时间及交易花费三要素计算交易的综合优先级排序值，且对计算的三要素预先进行归一化处理。
7.一种计算机可读存储介质，其特征是：用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-6中任一项所述的方法中的步骤。
8.一种电子设备，其特征是：包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-6中任一项所述的方法中的步骤。
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