CN113377864A - 一种用于区块链的同步接力出块系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于区块链的同步接力出块系统及方法，包括矿工管理器、区块管理器、交易管理器；系统通过A节点打块，启动B节点，B节点运用矿工管理器获取当前打块矿工，提取矿工信息，进入同步接力出块模块；提取当前矿工的位置信息，与A节点连接，通过交易管理器完成A节点和B节点的交易处理；通过区块管理器管理交易的处理情况，并在网络上进行广播保存处理结果，完成A节点和B节点同步接力出块完成。实现了解决了区块在传播过程中浪费时间的问题，实现了无等待连续出块的提高区块利用时间的作用，实现了提高区块中交易吞吐量的作用。

Description

一种用于区块链的同步接力出块系统及方法

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，特别是一种用于区块链的同步接力出块系统及方法。

背景技术

区块链是未来信用时代的重要基础设施，这个设施将为这个时代提供最重要的信用基础服务，信用基础服务是整个社会一切活动的根基，所以在这个基础设施之上必将面临高性能的压力，而在区块链中，直接影响区块链性能的最主要因素是出块速度，再加上区块链是由无数个区块串联而成，这要求每一个区块的生成都依赖于上一个区块的完成，这个过程中往往会占用大量的消耗区块链性能的时间。

一般情况下，区块链上每一个区块的处理都有一定的时间周期，如何尽可能的将这些所有时间都花在处理交易上，是提升区块链性能的关键。但在实际的应用中，由于每一个区块都需要等待上一个区块的完成，所以除了区块在网络中的传输时间消耗外，还需要额外支出收到区块链后对上一个区块的处理时间，上一个区块处理完成后才能再处理下一个区块，而收到上一个区块时已经进入下一个区块的时间，让下一个区块的实际处理时间实际要减去上一个区块的处理时间，让实际能处理交易的时间大幅缩水，从而进一步的制约了区块链性能的提升。如果下一个区块不等带上一个区块结束、或者收到上一个区块时不进行计算就开始处理下一个区块，又会导致下一个区块计算结果不正确的问题。那么，如何既能保证区块计算结果的正确性，又能不浪费区块链处理交易的时间，成为一个急需解决的问题。

发明内容

本发明旨在提出一种用于区块链的同步接力出块系统及方法。

一种用于区块链的同步接力出块系统，包括矿工管理器、区块管理器、交易管理器；所述矿工管理器用于管理区块的矿工；所述区块管理器用于管理区块信息；所述交易管理器用于常规交易处理外，还包括与其它矿工的指定交易；

系统通过A节点打块，启动B节点，B节点运用矿工管理器获取当前打块矿工，提取矿工信息，进入同步接力出块模块；提取当前矿工的位置信息，与A节点连接，通过交易管理器完成A节点和B节点的交易处理；通过区块管理器管理交易的处理情况，并在网络上进行广播保存处理结果，完成A节点和B节点同步接力出块完成。

进一步，所述矿工管理器包含矿工信息模块、矿工位置模块、矿工轮次模块；

所述矿工信息模块用于管理矿工的信息，包括新增和存储矿工信息，当有新的矿工加入将保存信息，并为其它模块提供矿工信息的查询；

所述矿工位置模块用于记录矿工的位置，不同的矿工之间根据位置信息进行互联和通信；

所述矿工轮次模块用于计算与记录矿工的轮次信息，轮次信息用于区分当前进入预备打块队列的矿工。

进一步，所述的矿工信息模块只包含矿工信息的新增，在上层应用有需求时才提供删除和修改。

进一步，所述的矿工位置模块中的位置通过下层网络通信协议进行同步，可以采用IP地址，WebRTC通信的通道ID，MAC地址或设备句柄。

进一步，所述区块管理器包含区块信息模块、区块锻造模块、区块同步模块；

所述区块信息模块用于管理和保存当前的区块信息，并为其它模块提供信息查询；

所述区块锻造模块用于锻造新区块外，还提供区块同步处理，让矿工进入与上一个区块的锻造矿工同步出块的模式中，并接收所述锻造矿工的同步数据；

所述区块同步模块用于保持本地区块始终最新，所述始终最新是从网络下载最新区块数据。

进一步，所述交易管理器包含交易信息模块、交易处理模块、交易同步模块；

所述交易信息模块用于管理与保存交易信息，所述交易信息包含已处理的交易和未处理的交易，已处理的交易供其它模块查询，未处理的交易供交易处理模块使用；

所述交易处理模块用于在区块锻造时处理交易使用，还在接收交易时校验交易使用；

所述交易同步模块用于向网络同步未处理交易，以及在进入同步接力出块模式时向上一个区块的锻造矿工同步交易处理指令，接收其发送来的最新交易处理进展，并将数据校验后转发给交易处理模块进行同步处理，同时也接收上一个矿工发来的区块头或签名信息，并在校验后转发给区块锻造模块处理。

进一步，所述交易管理模块的处理方式为自己锻造区块时对未处理的交易根据自己的时间和处理能力进行处理，或者根据交易同步模块的指令处理交易。

一种用于区块链的同步接力出块方法，包括下述步骤：

S1 A节点打块

S2 B节点完成启动，矿工管理器：B节点获取当前打块矿工，提取当前轮次矿工列表，循环矿工列表，提取矿工信息，比对是否为当前打块矿工，如果不是，继续循环，如果是，提取下一个矿工信息，比对是否为自己，如果不是，结束当前块的同步接力出块等待，结束循环；如果是进入同步接力出块模块，结束循环，完成该矿工信息检查，完成矿工列表循环；进入S3；

S3区块管理器判断是否已进入同步接力出块模式，如果不是，结束当前块的等待；如果是，通过矿工管理器提取当前矿工的位置信息，尝试与该矿工建立连接，如果不能连接，结束进入同步接力出块模式；如果能连接，进入S4；

S4通过矿工管理器向该A节点发送自己的身份签名，A节点接收到B节点发来的签名，A节点校验签名是否为下一位矿工，如果不是则丢弃该请求，结束与B节点的连接，如果是，进入S5；

S5交易管理器：A节点检查自己的处理进度，如果在B节点发请求之前已经有处理的交易，将这部分交易提取出来，循环交易列表，A节点完成所有交易处理；A节点继续开始处理自己的未处理交易；A节点完成所有交易的处理；

S6区块管理器：A节点生成区块头，A节点将本次已处理的交易放入这个区块头中，对整个区块进行签名，将签名后的区块头或签名发送给B节点；B节点接收到该区块头或签名，将本次累积接收到的交易放入区块头中，将A节点发来的签名打到区块上，将该区块保存到本地，完成该区块的同步处理；区块管理器：A节点将区块完整广播到网络，将区块保存到本地，完成区块锻造；A节点和B节点同步接力出块完成。

进一步，所述步骤S5的循环交易列表具体为：

S511 A节点将交易发送给B节点，B节点接收到交易；

S512 B节点校验交易的合法性，执行该交易，将该交易放入自己的已处理列表中，B节点完成该交易的处理；

S513 A节点完成该交易处理。

进一步，所述步骤S5的A节点循环未处理交易具体为：

S521交易管理器：A节点提取交易信息，A节点校验校验内容，A节点执行该交易，A节点将该交易放入已处理交易中，A节点将该交易发送给B节点；

S522 B节点接收到交易，校验交易的合法性，执行该交易，将该交易放入自己的已处理列表中，完成该交易的处理；

S523交易管理器：A节点完成该交易的处理，A节点完成所有交易的处理。

相比现有的技术方案，本发明实现了解决了区块在传播过程中浪费时间的问题，实现了无等待连续出块的提高区块利用时间的作用，实现了提高区块中交易吞吐量的作用。

说明书附图

图1是本发明所提及用于区块链的同步接力出块系统的组成示意图

图2是本发明所提及矿工管理器的组成示意图；

图3是本发明所提及区块管理器的组成示意图；

图4是本发明所提及交易管理器的组成示意图；

图5是本发明所提及用于区块链的同步接力出块方法的流程示意图；

图6是本发明所提及的S5的进入循环交易列表处理的流程示意图；

图7是本发明所提及的S5的A节点循环未处理交易处理的流程示意图；

其中：100矿工管理器、200区块管理器、300交易管理器；101矿工信息模块、102矿工位置模块、103矿工轮次模块；201区块信息模块、202区块锻造模块、203区块同步模块；301交易信息模块、302交易处理模块、303交易同步模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。在此需要说明的是，下面所描述的本发明各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种用于区块链的同步接力出块系统，包括矿工管理器100、区块管理器200、交易管理器300；所述矿工管理器100用于管理区块的矿工；所述区块管理器200用于管理区块信息；所述交易管理器300用于常规交易处理外，还包括与其它矿工的指定交易；

系统通过A节点打块，启动B节点，B节点运用矿工管理器100获取当前打块矿工，提取矿工信息，进入同步接力出块模块；提取当前矿工的位置信息，与A节点连接，通过交易管理器300完成A节点和B节点的交易处理；通过区块管理器200管理交易的处理情况，并在网络上进行广播保存处理结果，完成A节点和B节点同步接力出块完成。

系统中的矿工发现自己是下一个出块者时，向网络广播只有上一个区块的矿工可以看懂的信息，告知其自己所在的位置，然后由上一区块的矿工主动连接上下一个区块的矿工，并将自己当前块的处理进度以及中间数据同步给下一个区块的矿工，下一个区块的矿工接收到同步消息时开始同步处理上一区块，当两个同者同步完成区块中交易的处理后，上一个区块的矿工只需要将区块头或区块签名发送给下一个区块的矿工即可，此时上一个区块的矿工不需要重新去寻找下一个区块的矿工，也不需要发送完整区块信息，下一个区块的矿工也不需要使用额外的时间再次去处理交易，极大的提升了区块时间的利用率。

如图2所示，所述矿工管理器100包含矿工信息模块101、矿工位置模块102、矿工轮次模块103；矿工信息模块100只包含矿工信息的新增，在上层应用有需求时才提供删除和修改。

所述矿工信息模块101用于管理矿工的信息，包括新增和存储矿工信息，当有新的矿工加入将保存信息，并为其它模块提供矿工信息的查询；

所述矿工位置模块102用于记录矿工的位置，不同的矿工之间根据位置信息进行互联和通信；所述的矿工位置模块102中的位置通过下层网络通信协议进行同步，可以采用IP地址，WebRTC通信的通道ID，MAC地址或设备句柄；

所述矿工轮次模块103用于计算与记录矿工的轮次信息，轮次信息用于区分当前进入预备打块队列的矿工。

如图3所示，所述区块管理器200包含区块信息模块201、区块锻造模块202、区块同步模块203；

所述区块信息模块201用于管理和保存当前的区块信息，并为其它模块提供信息查询；

所述区块锻造模块202用于锻造新区块外，还提供区块同步处理，让矿工进入与上一个区块的锻造矿工同步出块的模式中，并接收所述锻造矿工的同步数据；

所述区块同步模块203用于保持本地区块始终最新，所述始终最新是从网络下载最新区块数据。

如图4所示，所述交易管理器300包含交易信息模块301、交易处理模块302、交易同步模块303；

所述交易信息模块301用于管理与保存交易信息，所述交易信息包含已处理的交易和未处理的交易，已处理的交易供其它模块查询，未处理的交易供交易处理模块使用；

所述交易处理模块302用于在区块锻造时处理交易使用，还在接收交易时校验交易使用；所述交易管理模块的处理方式为自己锻造区块时对未处理的交易根据自己的时间和处理能力进行处理，或者根据交易同步模块的指令处理交易；

自己锻造区块时对未处理的交易根据自己的时间和处理能力进行处理的具体的处理逻辑，这时交易处理模块从交易信息模块提取未处理的交易，根据自己的时间和处理能力尽可能的处理交易，处理哪些交易以及什么时候结束由自己说了算。

根据交易同步模块的指令处理交易具体为，这里的交易可能是交易同步模块提供过来的数据，也可能是交易同步模块指定的本地已经存在的处理，在根据交易同步模块的指令处理交易时，自己不能选择处理哪些交易，也不能自己控制停止处理的时间，只有当交易同步模块指示已处理结束时才结束。

所述交易同步模块303用于向网络同步未处理交易，以及在进入同步接力出块模式时向上一个区块的锻造矿工同步交易处理指令，接收其发送来的最新交易处理进展，并将数据校验后转发给交易处理模块进行同步处理，同时也接收上一个矿工发来的区块头或签名信息，并在校验后转发给区块锻造模块处理。

如图5-7所示，一种用于区块链的同步接力出块方法，包括下述步骤：

S1 A节点打块

S2 B节点完成启动，矿工管理器：B节点获取当前打块矿工，提取当前轮次矿工列表，循环矿工列表，提取矿工信息，比对是否为当前打块矿工，如果不是，继续循环，如果是，提取下一个矿工信息，比对是否为自己，如果不是，结束当前块的同步接力出块等待，结束循环；如果是进入同步接力出块模块，结束循环，完成该矿工信息检查，完成矿工列表循环；进入S3；

S3区块管理器判断是否已进入同步接力出块模式，如果不是，结束当前块的等待；如果是，通过矿工管理器提取当前矿工的位置信息，尝试与该矿工建立连接，如果不能连接，结束进入同步接力出块模式；如果能连接，进入S4；

S4通过矿工管理器向该A节点发送自己的身份签名，A节点接收到B节点发来的签名，A节点校验签名是否为下一位矿工，如果不是则丢弃该请求，结束与B节点的连接，如果是，进入S5；

S5交易管理器：A节点检查自己的处理进度，如果在B节点发请求之前已经有处理的交易，将这部分交易提取出来，循环交易列表，S511 A节点将交易发送给B节点，B节点接收到交易；512B节点校验交易的合法性，执行该交易，将该交易放入自己的已处理列表中，B节点完成该交易的处理；S513 A节点完成该交易处理；A节点完成所有交易处理；A节点继续开始处理自己的未处理交易；A节点完成所有交易的处理；S521交易管理器：A节点提取交易信息，A节点校验校验内容，A节点执行该交易，A节点将该交易放入已处理交易中，A节点将该交易发送给B节点；S522 B节点接收到交易，校验交易的合法性，执行该交易，将该交易放入自己的已处理列表中，完成该交易的处理；S523交易管理器：A节点完成该交易的处理，A节点完成所有交易的处理；

S6区块管理器：A节点生成区块头，A节点将本次已处理的交易放入这个区块头中，对整个区块进行签名，将签名后的区块头或签名发送给B节点；B节点接收到该区块头或签名，将本次累积接收到的交易放入区块头中，将A节点发来的签名打到区块上，将该区块保存到本地，完成该区块的同步处理；区块管理器：A节点将区块完整广播到网络，将区块保存到本地，完成区块锻造；A节点和B节点同步接力出块完成。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于区块链的同步接力出块系统，包括矿工管理器、区块管理器、交易管理器；所述矿工管理器用于管理区块的矿工；所述区块管理器用于管理区块信息；所述交易管理器用于常规交易处理外，还包括与其它矿工的指定交易；

系统通过A节点打块，启动B节点，B节点运用矿工管理器获取当前打块矿工，提取矿工信息，进入同步接力出块模块；提取当前矿工的位置信息，与A节点连接，通过交易管理器完成A节点和B节点的交易处理；通过区块管理器管理交易的处理情况，并在网络上进行广播保存处理结果，完成A节点和B节点同步接力出块完成。

2.如权利要求1所述的用于区块链的同步接力出块系统，其特征在于：所述矿工管理器包含矿工信息模块、矿工位置模块、矿工轮次模块；

所述矿工信息模块用于管理矿工的信息，包括新增和存储矿工信息，当有新的矿工加入将保存信息，并为其它模块提供矿工信息的查询；

所述矿工位置模块用于记录矿工的位置，不同的矿工之间根据位置信息进行互联和通信；

所述矿工轮次模块用于计算与记录矿工的轮次信息，轮次信息用于区分当前进入预备打块队列的矿工。

3.如权利要求2所述的用于区块链的同步接力出块系统，其特征在于：所述的矿工信息模块只包含矿工信息的新增，在上层应用有需求时才提供删除和修改。

4.如权利要求2所述的用于区块链的同步接力出块系统，其特征在于：所述的矿工位置模块中的位置通过下层网络通信协议进行同步，可以采用IP地址，WebRTC通信的通道ID，MAC地址或设备句柄。

5.如权利要求1所述的用于区块链的同步接力出块系统，其特征在于：所述区块管理器包含区块信息模块、区块锻造模块、区块同步模块；

所述区块信息模块用于管理和保存当前的区块信息，并为其它模块提供信息查询；

所述区块锻造模块用于锻造新区块外，还提供区块同步处理，让矿工进入与上一个区块的锻造矿工同步出块的模式中，并接收所述锻造矿工的同步数据；

所述区块同步模块用于保持本地区块始终最新，所述始终最新是从网络下载最新区块数据。

6.如权利要求1所述的用于区块链的同步接力出块系统，其特征在于：所述交易管理器包含交易信息模块、交易处理模块、交易同步模块；

所述交易信息模块用于管理与保存交易信息，所述交易信息包含已处理的交易和未处理的交易，已处理的交易供其它模块查询，未处理的交易供交易处理模块使用；

所述交易处理模块用于在区块锻造时处理交易使用，还在接收交易时校验交易使用；

所述交易同步模块用于向网络同步未处理交易，以及在进入同步接力出块模式时向上一个区块的锻造矿工同步交易处理指令，接收其发送来的最新交易处理进展，并将数据校验后转发给交易处理模块进行同步处理，同时也接收上一个矿工发来的区块头或签名信息，并在校验后转发给区块锻造模块处理。

7.如权利要求6所述的用于区块链的同步接力出块系统，其特征在于：所述交易管理模块的处理方式为自己锻造区块时对未处理的交易根据自己的时间和处理能力进行处理，或者根据交易同步模块的指令处理交易。

8.一种用于区块链的同步接力出块方法，包括下述步骤：

S1 A节点打块；

S2 B节点完成启动，矿工管理器：B节点获取当前打块矿工，提取当前轮次矿工列表，循环矿工列表，提取矿工信息，比对是否为当前打块矿工，如果不是，继续循环，如果是，提取下一个矿工信息，比对是否为自己，如果不是，结束当前块的同步接力出块等待，结束循环；如果是进入同步接力出块模块，结束循环，完成该矿工信息检查，完成矿工列表循环；进入S3；

S3区块管理器判断是否已进入同步接力出块模式，如果不是，结束当前块的等待；如果是，通过矿工管理器提取当前矿工的位置信息，尝试与该矿工建立连接，如果不能连接，结束进入同步接力出块模式；如果能连接，进入S4；

S4通过矿工管理器向该A节点发送自己的身份签名，A节点接收到B节点发来的签名，A节点校验签名是否为下一位矿工，如果不是则丢弃该请求，结束与B节点的连接，如果是，进入S5；

S5交易管理器：A节点检查自己的处理进度，如果在B节点发请求之前已经有处理的交易，将这部分交易提取出来，循环交易列表，A节点完成所有交易处理；A节点继续开始处理自己的未处理交易；A节点完成所有交易的处理；

S6区块管理器：A节点生成区块头，A节点将本次已处理的交易放入这个区块头中，对整个区块进行签名，将签名后的区块头或签名发送给B节点；B节点接收到该区块头或签名，将本次累积接收到的交易放入区块头中，将A节点发来的签名打到区块上，将该区块保存到本地，完成该区块的同步处理；区块管理器：A节点将区块完整广播到网络，将区块保存到本地，完成区块锻造；A节点和B节点同步接力出块完成。

9.如权利要求8所述的一种用于区块链的同步接力出块方法，所述步骤S5的循环交易列表具体为：

S511 A节点将交易发送给B节点，B节点接收到交易；

S512 B节点校验交易的合法性，执行该交易，将该交易放入自己的已处理列表中，B节点完成该交易的处理；

S513 A节点完成该交易处理。

10.如权利要求8所述的一种用于区块链的同步接力出块方法，所述步骤S5的A节点循环未处理交易具体为：

S521交易管理器：A节点提取交易信息，A节点校验校验内容，A节点执行该交易，A节点将该交易放入已处理交易中，A节点将该交易发送给B节点；

S522 B节点接收到交易，校验交易的合法性，执行该交易，将该交易放入自己的已处理列表中，完成该交易的处理；

S523交易管理器：A节点完成该交易的处理，A节点完成所有交易的处理。

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