CN113612810B - 基于dht的集群节点间性能优化方法、电子设备及存储介质 - Google Patents

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CN113612810B CN202110539008.5A CN202110539008A CN113612810B CN 113612810 B CN113612810 B CN 113612810B CN 202110539008 A CN202110539008 A CN 202110539008A CN 113612810 B CN113612810 B CN 113612810B
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Abstract

本申请公开了一种基于DHT的集群节点间性能优化方法、电子设备及存储介质，该基于DHT的集群节点间性能优化方法包括：获取在第一目标时刻待加入Chord集群环中第一目标位置的第一待加入区块链节点的加入请求；若第一待加入区块链节点的数量大于或等于预设数量，则将第一待加入区块链节点按顺时针方向构成第一Chord内切环，第一Chord内切环以内切的形式在第一目标位置加入Chord集群环；若第一待加入区块链节点的数量小于预设数量，则将第一待加入区块链节点直接加入Chord集群环。本申请通过多节点组成内切环的形式加入Chord集群环的方式来解决多节点加入的冲突，采用Chord环集群方案来进行DHT集群节点存储的负载均衡，有效提高了多节点加入的效率。

Description

基于DHT的集群节点间性能优化方法、电子设备及存储介质
技术领域
本申请涉及区块链技术领域，具体涉及一种基于DHT的集群节点间性能优化方法、电子设备及存储介质。
背景技术
在数字货币交易领域，区块链是去中心化防止篡改的共享数据库，是数字货币的底层技术。区块链技术有单个节点不可信任问题，其使用的解决方法是同步全部数据到全部的节点，随着节点的不断增加工作量会越来越大。
一种分布式存储技术DHT(Distributed Hash Table)运用到区块链后，每个数据节点只存储部分数据。确权只需要同步部分节点的数据。其原理为DHT网络的部分N个节点也是可信任的，那么就可以把DHT分为N个部分，每个部分节点维护一个用户帐户。当用户帐户发生变更的时候只要找到DHT网络上对应的N个节点就可以快速确权用户数据。
DHT的优点：我们在实现每个节点只保存部分数据并且只同步部分节点之后就可以实现快速交易。这解决了区块链每个节点记录全部交易数据的难题，也解决了需要全部节点同步之后才能查询到数据速度缓慢问题。
DHT被视为区块链分片的一种思路，而Chord是DHT技术的一种拓扑结构，Chord是把所有节点按ID由小到大排序并首尾向连成一个环，主要是为了解决“节点动态变化”这个难题。但是Chord环节点加入时，新的单一节点较容易实现加入Chord环。但是当较多新节点同时在同一位置加入节点时容易引发冲突和延时，例如当节点1、节点2和节点3同时加入Chord的同一位置时，可能产生不可预测的冲突或延时，严重的影响了节点加入的效率。
发明内容
本申请实施例提供一种基于DHT的集群节点间性能优化方法、电子设备及存储介质，通过多节点组成内切环的形式加入Chord集群环的方式来解决多节点加入的冲突，采用Chord环集群方案来进行DHT集群节点存储的负载均衡，有效提高了多节点加入的效率。
一方面，本申请提供一种基于DHT的集群节点间性能优化方法，应用于区块链系统，所述区块链系统中包括多个区块链节点，所述多个区块链节点形成一个基于DHT的集群，所述多个区块链节点按首尾向连成一个Chord集群环，每个区块链节点维护一个Finger表，所述基于DHT的集群节点间性能优化方法包括：
获取在第一目标时刻待加入所述Chord集群环中第一目标位置的多个第一待加入区块链节点的加入请求；
若所述第一待加入区块链节点的数量大于或等于预设数量，则将所述第一待加入区块链节点按顺时针方向构成第一Chord内切环，所述第一Chord内切环以内切的形式在所述第一目标位置加入所述Chord集群环；
若所述第一待加入区块链节点的数量小于预设数量，则将所述第一待加入区块链节点直接加入所述Chord集群环。
在本申请一些实施例中，所述方法还包括：
扫描所述第一待加入区块链节点中目标区块链节点加入所述Chord集群环前后的目标Finger表中信息，所述目标Finger表为所述目标区块链节点对应的Finger表；
判断所述目标Finger表是否存在重复的数据项；
若所述目标Finger表存在重复的数据项，将所述目标区块链节加入所述Chord集群环前的信息修改到所述目标Finger表中。
在本申请一些实施例中，在所述获取在第一目标时刻待加入所述Chord集群环中第一目标位置的第一待加入区块链节点的加入请求之前，所述方法还包括：
收集目标区域内的全节点信息与轻量节点信息；
根据所述全节点信息构建区块链全节点网络；
根据所述轻量节点信息组建Chord集群环；
将所述Chord集群环加入到所述区块链全节点网络中。
在本申请一些实施例中，所述方法还包括：
获取在第二目标时刻待加入所述Chord集群环中第二目标位置的多个第二待加入区块链节点的加入请求；
若所述第二待加入区块链节点的数量大于或等于预设数量，则将所述第二待加入区块链节点按顺时针方向构成第二Chord内切环，所述第二Chord内切环以内切的形式在所述第二目标位置加入所述Chord集群环；
若所述第二待加入区块链节点的数量小于预设数量，则将所述第二待加入区块链节点直接加入所述Chord集群环。
在本申请一些实施例中，所述方法还包括：
统计多个待加入区块链节点加入所述Chord集群环时的第一统计数据；
获取多个待加入区块链节点加入传统Chord集群环时的第二统计数据；
基于所述第一统计数据和第二统计数据，分析所述Chord集群环的性能。
另一方面，本申请提供一种基于DHT的集群节点间性能优化装置，应用于区块链系统，所述区块链系统中包括多个区块链节点，所述多个区块链节点形成一个基于DHT的集群，所述多个区块链节点按首尾向连成一个Chord集群环，每个区块链节点维护一个Finger表，所述基于DHT的集群节点间性能优化装置包括：
第一获取模块，用于获取在第一目标时刻待加入所述Chord集群环中第一目标位置的第一待加入区块链节点的加入请求；
第一节点加入模块，用于若所述第一待加入区块链节点的数量大于或等于预设数量，则将所述第一待加入区块链节点按顺时针方向构成第一Chord内切环，所述第一Chord内切环以内切的形式在所述第一目标位置加入所述Chord集群环；
第二节点加入模块，用于若所述第一待加入区块链节点的数量小于预设数量，则将所述第一待加入区块链节点直接加入所述Chord集群环。
在本申请一些实施例中，所述装置还包括：
扫描模块，用于扫描所述第一待加入区块链节点中目标区块链节点加入所述Chord集群环前后的目标Finger表中信息，所述目标Finger表为所述目标区块链节点对应的Finger表；
重复数据处理模块，用于判断所述目标Finger表是否存在重复的数据项；若所述目标Finger表存在重复的数据项，将所述目标区块链节加入所述Chord集群环前的信息修改到所述目标Finger表中。
在本申请一些实施例中，所述装置还包括：
收集模块，用于在所述获取在第一目标时刻待加入所述Chord集群环中第一目标位置的第一待加入区块链节点的加入请求之前，收集目标区域内的全节点信息与轻量节点信息；
构建模块，用于根据所述全节点信息构建区块链全节点网络；
组件模块，用于根据所述轻量节点信息组建Chord集群环；
加入模块，用于将所述Chord集群环加入到所述区块链全节点网络中。
在本申请一些实施例中，所述装置还包括：
第二获取模块，用于获取在第二目标时刻待加入所述Chord集群环中第二目标位置的多个第二待加入区块链节点的加入请求；
第三节点加入模块，若所述第二待加入区块链节点的数量大于或等于预设数量，则将所述第二待加入区块链节点按顺时针方向构成第二Chord内切环，所述第二Chord内切环以内切的形式在所述第二目标位置加入所述Chord集群环；
第四节点加入模块，若所述第二待加入区块链节点的数量小于预设数量，则将所述第二待加入区块链节点直接加入所述Chord集群环。
在本申请一些实施例中，所述装置还包括：
统计模块，用于统计多个待加入区块链节点加入所述Chord集群环时的第一统计数据；获取多个待加入区块链节点加入传统Chord集群环时的第二统计数据；基于所述第一统计数据和第二统计数据，分析所述Chord集群环的性能。
另一方面，本申请还提供一种电子设备，所述电子设备包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个应用程序，其中所述一个或多个应用程序被存储于所述存储器中，并配置为由所述处理器执行以实现第一方面中任一项所述的基于DHT的集群节点间性能优化方法。
第四方面，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器进行加载，以执行第一方面任一项所述的基于DHT的集群节点间性能优化方法中的步骤。
本申请实施例通过获取在第二目标时刻待加入所述Chord集群环中第二目标位置的多个第二待加入区块链节点的加入请求；若所述第二待加入区块链节点的数量大于或等于预设数量，则将所述第二待加入区块链节点按顺时针方向构成第二Chord内切环，所述第二Chord内切环以内切的形式在所述第二目标位置加入所述Chord集群环；若所述第二待加入区块链节点的数量小于预设数量，则将所述第二待加入区块链节点直接加入所述Chord集群环。本申请在Chord集群环中第一目标位置多个待加入区块链节点加入时，通过以多节点组成内切环的形式加入Chord集群环的方式来解决多节点加入的冲突，采用Chord环集群方案来进行DHT集群节点存储的负载均衡，有效提高了多节点加入的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例m为6的Chord集群环及N8的Finger表的实施例示意图；
图2是本申请实施例提供的区块链系统的场景示意图；
图3是本申请实施例中提供的基于DHT的集群节点间性能优化方法的一个实施例流程示意图；
图4是本申请实施例中多节点形成顺时针内切环加入Chord集群环的一个实施例示意图；
图5是本申请实施例中修改Chord集群环中节点的Finger的重复项示意图；
图6是本申请实施例中在图3基础上基于DHT的集群节点间性能优化方法的另一个实施例流程示意图；
图7是本申请实施例中在图3基础上基于DHT的集群节点间性能优化方法的另一个实施例流程示意图；
图8是本申请实施例中传统Chord集群环与改进Chord集群环多节点加入时的冲突频次比较示意图；
图9是本申请实施例中传统Chord集群环与改进Chord集群环的Finger表信息存储利用率的比较示意图；
图10是本申请实施例中Chord集群环中单个节点的所需存储容量的变化示意图；
图11是本申请实施例中提供的基于DHT的集群节点间性能优化装置的一个实施例结构示意图；
图12是本申请实施例中提供的电子设备的一个实施例结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。
下面首先对本申请实施例中涉及到的一些基本概念进行介绍：
DHT(Distributed Hash Table)技术，中文名为分布式哈希表，是一种对分布式资源进行组织、管理与发现服务的技术。采用DHT技术的网络中每一个节点均负责一小部分路由和储存一部分数据，在没有中性化服务器场景中使用特定的查找机制在各节点接力协助下最终获取到特定的存储资源。相应地，DHT技术也可以将特定的资源通过某种映射机制存储的对应的网络节点上。DHT技术有很多P2P协议实现，著名的有CAN，Chord，Pastry，Tapestry，Kademlia。
区块链是一个信息技术领域的术语。从本质上讲，它是一个共享数据库，存储于其中的数据或信息，具有“不可伪造”“全程留痕”“可以追溯”“公开透明”“集体维护”等特征。基于这些特征，区块链技术奠定了坚实的“信任”基础，创造了可靠的“合作”机制，具有广阔的运用前景。
区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。区块链(Blockchain)，是比特币的一个重要概念，它本质上是一个去中心化的数据库，同时作为比特币的底层技术，是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一批次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的有效性(防伪)和生成下一个区块。
区块链节点(Node)：节点是区块链分布式系统中的网络节点，是通过网络连接的服务器、计算机、电话等，针对不同性质的区块链，成为节点的方式也会有所不同，以比特币为例，参与交易或挖矿即构成一个节点。
Chord环：Chord Ring，节点NID和资源KID被分配到一个容量为2^m的环上，用于资源分配(给某一个节点)和节点分布，以及资源定位。首先我们说资源分配，资源被分配到NID>＝KID的节点上，这个节点成为k的后继节点，是环上从k起顺时针方向的第一个节点。而节点分布则顺时针将节点N由大到小放在这个环上。
Finger表：在每个节点N上都维护了最多有m项(m为ID的位数)的finger表(路由表)，用来定位资源。这个表的第i项是该节点的后继节位置，至少包含到2^(i-1)后的位置。如下图1所示表示了m＝6的一个Chord环，它可以容纳2^6＝64个节点。节点N8的finger表中，左边那一栏包含了N8+1到N8+32的位置，右边那一栏每个位置对应的实际存在的节点。比如N8+1∈N14，表示在N8后的第一个位置上的资源由N14来负责。
当在某个节点上查找资源时，首先判断其后继节点是不是就持有该资源，若没有则直接从该节点的finger表从最远处开始查找，看哪一项离持有资源的节点最近(发现后跳转)，若没有则说明本节点自身就有要寻找的资源。如此迭代下去直到找到对应节点。
本申请实施例提供一种基于DHT的集群节点间性能优化方法、电子设备及存储介质，以下分别进行详细说明。
请参阅图2，图2为本申请实施例所提供的区块链系统的场景示意图，该区块链系统可以包括一个或多个Chord集群环，图2中仅示出两个Chord集群环，分别为Chord集群环A和Chord集群环B，所述区块链系统中包括多个区块链节点，所述多个区块链节点形成一个基于DHT的集群，例如所述多个区块链节点按首尾向连成一个Chord集群环A，每个区块链节点维护一个Finger表，所述区块链系统中每个节点对一个电子设备，电子设备中集成有基于DHT的集群节点间性能优化装置。
在本申请实施例的区块链系统中，全节点是是拥有完整区块链账本的节点，全节点需要占用内存同步所有的区块链数据，能够独立校验区块链上的所有交易并实时更新数据，主要负责区块链的交易的广播和验证。
简单支付验证节点即SPV(Simplified Payment Verification)节点，SPV节点只存储了区块头(包含了前一个区块的哈希值，当前区块哈希值等信息)部分，不存储区块体部分，而区块体包含了完整的交易信息，所以虽然SPV节点也有一条区块链，但是当涉及到具体的交易验证时由于没有存储完整的交易信息，SPV节点需要向全节点的请求数据才能实现交易验证的功能，但也仅仅是验证当前交易是否有效。
本申请实施例中方法可以是其中某个节点对应的电子设备，该电子设备主要用于获取在第一目标时刻待加入Chord集群环中第一目标位置的第一待加入区块链节点的加入请求；若第一待加入区块链节点的数量大于或等于预设数量，则将第一待加入区块链节点按顺时针方向构成第一Chord内切环，第一Chord内切环以内切的形式在第一目标位置加入Chord集群环；若第一待加入区块链节点的数量小于预设数量，则将第一待加入区块链节点直接加入Chord集群环。
本申请实施例中，区块链节点可以为电子设备，例如用户终端或服务器，其中，服务器可以是独立的服务器，也可以是服务器组成的服务器网络或服务器集群，例如，本申请实施例中所描述的服务器，其包括但不限于计算机、网络主机、单个网络服务器、多个网络服务器集或多个服务器构成的云服务器。其中，云服务器由基于云计算(Cloud Computing)的大量计算机或网络服务器构成。本申请的实施例中，服务器与用户终端之间可通过任何通信方式实现通信，包括但不限于，基于第三代合作伙伴计划(3rd GenerationPartnership Project，3GPP)、长期演进(Long Term Evolution，LTE)、全球互通微波访问(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX)的移动通信，或基于TCP/IP协议族(TCP/IP Protocol Suite，TCP/IP)、用户数据报协议(User Datagram Protocol，UDP)协议的计算机网络通信等。
可以理解的是，本申请实施例中所使用的用户终端既包括接收和发射硬件的设备，即具有能够在双向通信链路上，执行双向通信的接收和发射硬件的设备。这种用户终端设备可以包括：蜂窝或其他通信设备，其具有单线路显示器或多线路显示器或没有多线路显示器的蜂窝或其他通信设备。具体的用户终端具体可以是台式终端或移动终端，用户终端具体可以手机、平板电脑、笔记本电脑等中的一种。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的应用环境，仅仅是与本申请方案一种应用场景，并不构成对本申请方案应用场景的限定，其他的应用环境还可以包括比图1中所示更多或更少的节点，具体此处不作限定。
需要说明的是，图1所示的区块链系统的场景示意图仅仅是一个示例，本申请实施例描述的区块链系统以及场景是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着区块链系统的演变和新业务场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
首先，本申请实施例中提供一种基于DHT的集群节点间性能优化方法，该基于DHT的集群节点间性能优化方法的执行主体为基于DHT的集群节点间性能优化装置，该基于DHT的集群节点间性能优化装置应用于电子设备，该基于DHT的集群节点间性能优化方法包括：获取在第一目标时刻待加入所述Chord集群环中第一目标位置的多个第一待加入区块链节点的加入请求；若所述第一待加入区块链节点的数量大于或等于预设数量，则将所述第一待加入区块链节点按顺时针方向构成第一Chord内切环，所述第一Chord内切环以内切的形式在所述第一目标位置加入所述Chord集群环；若所述第一待加入区块链节点的数量小于预设数量，则将所述第一待加入区块链节点直接加入所述Chord集群环。
首先，描述本申请实施例中基于Chord集群环的多节点加入改进，当较多节点同时加入Chord集群环中某一位置时，容易产生冲出，影响加入效率，因此本申请实施例中针对此种情况进行改进。如图3所示，为本申请实施例中基于DHT的集群节点间性能优化方法的一个实施例流程示意图，该基于DHT的集群节点间性能优化方法包括如下步骤301～303：
301、获取在第一目标时刻待加入所述Chord集群环中第一目标位置的多个第一待加入区块链节点的加入请求。
302、若所述第一待加入区块链节点的数量大于或等于预设数量，则将所述第一待加入区块链节点按顺时针方向构成第一Chord内切环。
其中，所述第一Chord内切环以内切的形式在所述第一目标位置加入所述Chord集群环，预设数量可以基于实际场景预先设定，例如2等，具体此处不作限定。
303、若所述第一待加入区块链节点的数量小于预设数量，则将所述第一待加入区块链节点直接加入所述Chord集群环。
本申请实施例通过获取在第二目标时刻待加入所述Chord集群环中第二目标位置的多个第二待加入区块链节点的加入请求；若所述第二待加入区块链节点的数量大于或等于预设数量，则将所述第二待加入区块链节点按顺时针方向构成第二Chord内切环，所述第二Chord内切环以内切的形式在所述第二目标位置加入所述Chord集群环；若所述第二待加入区块链节点的数量小于预设数量，则将所述第二待加入区块链节点直接加入所述Chord集群环。本申请在Chord集群环中第一目标位置多个待加入区块链节点加入时，通过以多节点组成内切环的形式加入Chord集群环的方式来解决多节点加入的冲突，采用Chord环集群方案来进行DHT集群节点存储的负载均衡，有效提高了多节点加入的效率。
下面以m为6的一个Chord拓扑环为例进行说明，如下图4所示。为了解决这一问题，本申请实施例中将同时加入Chord集群环某一位置的n个节点，这里是N33、N34和N35看作是一个小集群从而组成顺时针方向Chord内切环，加入到原Chord集群环中从而避免冲突、降低延迟、提高效率。
本申请实施例中，在Chord集群环中部分节点的Finger表内的数据存在重复项，如图5所示，节点N32 Finger表中的N32+1、N32+2、N32+4同被N38持有或称属于N38，以及节点N35 Finger表中的N35+1、N35+2。本申请实施例中可以通过在多节点加入Chord环时修改重复项，来减少节点Finger表的存储冗余。具体的，如图6所示，所述方法还可以包括进一步包括如下步骤601～603：
601、扫描所述第一待加入区块链节点中目标区块链节点加入所述Chord集群环前后的目标Finger表中信息。
其中，所述目标Finger表为所述目标区块链节点对应的Finger表。
602、判断所述目标Finger表是否存在重复的数据项。
603、若所述目标Finger表存在重复的数据项，将所述目标区块链节加入所述Chord集群环前的信息修改到所述目标Finger表中。
如下图5所示，将N32+1∈N38和N32+2∈N38改进为N32+1∈N33和N32+2∈N34，将N35+1∈N38改进为N35+1∈N33。这样改进了Finger表中的重复项，降低了存储冗余，提高了资源利用。
经过对Finger表的改进，Finger表的信息存储利用提高率如下公式所示：
Figure GDA0004097428220000121
对于上述公式中的变量解释为：其中Incratio为Finger表的信息存储利用提高率，capacity为节点的存储容量，occupy为Finger表存储单个后续节点信息的空间占用量，repeat为Finger表存储后续节点信息的重复数量，modify为Finger表经修改的存储后续节点信息的数量，i和j为Finger表改进前后的标号。
本申请实施例中，在修改Chord的Finger表的重复项之后，可以将其运用到轻量集群节点之间，以降低轻量节点所需的存储容量。具体的，如图7所示，在所述获取在第一目标时刻待加入所述Chord集群环中第一目标位置的第一待加入区块链节点的加入请求之前，所述方法还可以进一步包括如下步骤701～704：
701、收集目标区域内的全节点信息与轻量节点信息。
702、根据所述全节点信息构建区块链全节点网络。
703、根据所述轻量节点信息组建Chord集群环。
704、将所述Chord集群环加入到所述区块链全节点网络中。
对于轻量节点SPV的英文全称为“Simplified Payment Verification”，意思是简单支付验证，一种即使没有完整交易记录，也能便捷、安全地验证支付的方法。具有这样特点的节点成为SPV节点。
在现有技术方案中，如果用户想要独立地知道交易是否包含在区块链中，则用户应该操作完整节点。当用户操作SPV节点时，如果SPV节点依赖的完整节点伪造了块头和标记树，则用户将无法正确处理验证。但是，全节点需要足够的存储容量来存储整个区块链。另一方面，由于区块链的仅追加数据结构的性质，用户无法估计足够的存储容量。因此，用户无法在存储资源受限的设备上操作完整节点。为了解决此问题，应满足两个要求；
一种是减小所需的存储大小。通常，资源受限的设备的存储是内置的，并且很难扩展。因此，无法限制存储资源受限的设备(如智能手机)的存储容量。此外，从仅追加特性来看，区块链最终将耗尽存储空间。因此，为了保持节点正常工作，存储需要可扩展以容纳整个区块链。
另一个要求是独立的验证交易。现有的轻量级方案SPV节点依赖于完整节点。因此，SPV节点的可用性取决于完整节点。此外，即使完整节点恶意发送Markle树的伪造部分，SPV节点也无法检测到。恶意的完整节点可以发送伪造交易和Markle树的伪造部分，就像伪造交易包含在区块链中一样。为了检测虚假交易，节点需要与整个区块链进行独立检查。
进一步的，本申请提出一个Chord集群环方案。通过将整个区块链保存在DHT集群区块链节点之间，负载分担每个节点所需的存储容量。如图4所示，操作受存储资源限制的设备的用户彼此协作，并在区块链网络中形成DHT群集。集群中的每个区块链节点都拥有根据DHT算法分配的一部分区块链。验证新的交易和块时，每个节点都会向DHT集群查询所需的块。因此，群集中的每个节点都可以验证新交易，并阻止与完整节点相同的交易。
使用Chord集群环实现节点拓扑：一些资源受限的设备形成Chord-Chord群集。Chord集群环节点可以像完整节点一样加入区块链网络。每个Chord集群环节点通过引用存储在Chord集群环中的分布式区块链来验证新区块和新交易。如图4仅显示了两个Chord环群集。
在这里估计了Chord集群环节点所需的存储容量。当全节点存储整个区块链时，全节点的存储容量为：
StorageCapacityFullNode≈BlockCount×BlockSize
其中，FullNode表示全节点，StorageCapacity表示存储容量，BlockCount表示整个区块链中区块数量，BlockSize表示每个区块的大小。
在具体实施的方案中，每个Chord集群环节点都保留了区块链的一部分。其中区块的ID时加密哈希函数的结果，密码哈希函数的结果是由均匀分布组成的。因此，在此方案中，节点持有的许多区块也是由均匀分布组成的。所以Chord集群环节点的存储容量为：
StorageCapacityChordRingNode≈(BlockCount×BlockSize)/N
其中，ChordRingNode表示Chord集群环节点，N表示Chord集群环中节点数量。
本申请采用的模拟仿真的方法进行验证，这里选用Oversim模拟器进行模拟实验。现在计算机上安装Ubantu操作系统，在其上安装OMNetT++和INET框架，最后安装Oversim,经过编译成可执行文件，然后进行模拟测试。
进一步的，本申请可以通过本发明采用模拟仿真的方法进行验证。在电子设备上安装Ubantu操作系统；然后安装OMNetT++和INET框架；安装Oversim,经过编译成可执行文件，然后进行模拟测试。具体可以模拟区块链系统中活动节点以100为间隔从100至1000变化为变量条件时，传统Chord集群环与改进Chord集群环的性能差异，具体的，所述方法还包括：统计多个待加入区块链节点加入所述Chord集群环时的第一统计数据；获取多个待加入区块链节点加入传统Chord集群环时的第二统计数据；基于所述第一统计数据和第二统计数据，分析所述Chord集群环的性能。
在一个具体场景实施例中，传统Chord集群环与改进Chord集群环多节点加入时的冲突频次的比较如图8所示，传统Chord集群环与改进Chord集群环的Finger表信息存储利用率的比较如图9所示，Chord集群环中单个节点的所需存储容量的变化如图10所示。
本申请改进Chord集群环多节点加入方式下节点的冲突频次明显比传统Chord环低，且改进Chord集群环中节点的Finger表的信息存储利用率显然要比传统的Chord环高；在DHT集群节点负载均衡的实现方面，采用Chord集群环方案后，Chord集群环中单个节点所需的容量随节点的增多而逐渐减少，达到了较好的预期结果。
为了更好实施本发明实施例中基于DHT的集群节点间性能优化方法，在基于DHT的集群节点间性能优化方法基础之上，本发明实施例中还提供一种基于DHT的集群节点间性能优化装置，应用于区块链系统，所述区块链系统中包括多个区块链节点，所述多个区块链节点形成一个基于DHT的集群，所述多个区块链节点按首尾向连成一个Chord集群环，每个区块链节点维护一个Finger表，如图11所示，所述基于DHT的集群节点间性能优化装置1100包括：
第一获取模块1101，用于获取在第一目标时刻待加入所述Chord集群环中第一目标位置的第一待加入区块链节点的加入请求；
第一节点加入模块1102，用于若所述第一待加入区块链节点的数量大于或等于预设数量，则将所述第一待加入区块链节点按顺时针方向构成第一Chord内切环，所述第一Chord内切环以内切的形式在所述第一目标位置加入所述Chord集群环；
第二节点加入模块1103，用于若所述第一待加入区块链节点的数量小于预设数量，则将所述第一待加入区块链节点直接加入所述Chord集群环。
本申请实施例通过获取在第二目标时刻待加入所述Chord集群环中第二目标位置的多个第二待加入区块链节点的加入请求；若所述第二待加入区块链节点的数量大于或等于预设数量，则将所述第二待加入区块链节点按顺时针方向构成第二Chord内切环，所述第二Chord内切环以内切的形式在所述第二目标位置加入所述Chord集群环；若所述第二待加入区块链节点的数量小于预设数量，则将所述第二待加入区块链节点直接加入所述Chord集群环。本申请在Chord集群环中第一目标位置多个待加入区块链节点加入时，通过以多节点组成内切环的形式加入Chord集群环的方式来解决多节点加入的冲突，采用Chord环集群方案来进行DHT集群节点存储的负载均衡，有效提高了多节点加入的效率。
在本申请一些实施例中，所述装置还包括：
扫描模块，用于扫描所述第一待加入区块链节点中目标区块链节点加入所述Chord集群环前后的目标Finger表中信息，所述目标Finger表为所述目标区块链节点对应的Finger表；
重复数据处理模块，用于判断所述目标Finger表是否存在重复的数据项；若所述目标Finger表存在重复的数据项，将所述目标区块链节加入所述Chord集群环前的信息修改到所述目标Finger表中。
在本申请一些实施例中，所述装置还包括：
收集模块，用于在所述获取在第一目标时刻待加入所述Chord集群环中第一目标位置的第一待加入区块链节点的加入请求之前，收集目标区域内的全节点信息与轻量节点信息；
构建模块，用于根据所述全节点信息构建区块链全节点网络；
组件模块，用于根据所述轻量节点信息组建Chord集群环；
加入模块，用于将所述Chord集群环加入到所述区块链全节点网络中。
在本申请一些实施例中，所述装置还包括：
第二获取模块，用于获取在第二目标时刻待加入所述Chord集群环中第二目标位置的多个第二待加入区块链节点的加入请求；
第三节点加入模块，若所述第二待加入区块链节点的数量大于或等于预设数量，则将所述第二待加入区块链节点按顺时针方向构成第二Chord内切环，所述第二Chord内切环以内切的形式在所述第二目标位置加入所述Chord集群环；
第四节点加入模块，若所述第二待加入区块链节点的数量小于预设数量，则将所述第二待加入区块链节点直接加入所述Chord集群环。
在本申请一些实施例中，所述装置还包括：
统计模块，用于统计多个待加入区块链节点加入所述Chord集群环时的第一统计数据；获取多个待加入区块链节点加入传统Chord集群环时的第二统计数据；基于所述第一统计数据和第二统计数据，分析所述Chord集群环的性能。
本申请实施例还提供一种电子设备，其集成了本申请实施例所提供的任一种基于DHT的集群节点间性能优化装置，所述电子设备包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个应用程序，其中所述一个或多个应用程序被存储于所述存储器中，并配置为由所述处理器执行上述基于DHT的集群节点间性能优化方法实施例中任一实施例中所述的基于DHT的集群节点间性能优化方法中的步骤。
本申请实施例还提供一种电子设备，其集成了本申请实施例所提供的任一种基于DHT的集群节点间性能优化装置。如图12所示，其示出了本申请实施例所涉及的电子设备的结构示意图，具体来讲：
该电子设备可以包括一个或者一个以上处理核心的处理器1201、一个或一个以上计算机可读存储介质的存储器1202、电源1203和输入单元1204等部件。本领域技术人员可以理解，图12中示出的电子设备结构并不构成对电子设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。其中：
处理器1201是该电子设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器1202内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器1202内的数据，执行电子设备的各种功能和处理数据，从而对电子设备进行整体监控。可选的，处理器1201可包括一个或多个处理核心；优选的，处理器1201可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器1201中。
存储器1202可用于存储软件程序以及模块，处理器1201通过运行存储在存储器1202的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。存储器1202可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据电子设备的使用所创建的数据等。此外，存储器1202可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。相应地，存储器1202还可以包括存储器控制器，以提供处理器1201对存储器1202的访问。
电子设备还包括给各个部件供电的电源1203，优选的，电源1203可以通过电源管理系统与处理器1201逻辑相连，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。电源1203还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电系统、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。
该电子设备还可包括输入单元1204，该输入单元1204可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与用户设置以及功能控制有关的键盘、鼠标、操作杆、光学或者轨迹球信号输入。
尽管未示出，电子设备还可以包括显示单元等，在此不再赘述。具体在本实施例中，电子设备中的处理器1201会按照如下的指令，将一个或一个以上的应用程序的进程对应的可执行文件加载到存储器1202中，并由处理器1201来运行存储在存储器1202中的应用程序，从而实现各种功能，如下：
获取在第一目标时刻待加入所述Chord集群环中第一目标位置的多个第一待加入区块链节点的加入请求；
若所述第一待加入区块链节点的数量大于或等于预设数量，则将所述第一待加入区块链节点按顺时针方向构成第一Chord内切环，所述第一Chord内切环以内切的形式在所述第一目标位置加入所述Chord集群环；
若所述第一待加入区块链节点的数量小于预设数量，则将所述第一待加入区块链节点直接加入所述Chord集群环。
本领域普通技术人员可以理解，上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤可以通过指令来完成，或通过指令控制相关的硬件来完成，该指令可以存储于一计算机可读存储介质中，并由处理器进行加载和执行。
为此，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，该存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器进行加载，以执行本申请实施例所提供的任一种基于DHT的集群节点间性能优化方法中的步骤。例如，所述计算机程序被处理器进行加载可以执行如下步骤：
获取在第一目标时刻待加入所述Chord集群环中第一目标位置的多个第一待加入区块链节点的加入请求；
若所述第一待加入区块链节点的数量大于或等于预设数量，则将所述第一待加入区块链节点按顺时针方向构成第一Chord内切环，所述第一Chord内切环以内切的形式在所述第一目标位置加入所述Chord集群环；
若所述第一待加入区块链节点的数量小于预设数量，则将所述第一待加入区块链节点直接加入所述Chord集群环。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。
具体实施时，以上各个单元或结构可以作为独立的实体来实现，也可以进行任意组合，作为同一或若干个实体来实现，以上各个单元或结构的具体实施可参见前面的方法实施例，在此不再赘述。
以上各个操作的具体实施可参见前面的实施例，在此不再赘述。
以上对本申请实施例所提供的一种基于DHT的集群节点间性能优化方法、电子设备及存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种基于DHT的集群节点间性能优化方法，其特征在于，应用于区块链系统，所述区块链系统中包括多个区块链节点，所述多个区块链节点形成一个基于DHT的集群，所述多个区块链节点按首尾向连成一个Chord集群环，每个区块链节点维护一个Finger表，所述基于DHT的集群节点间性能优化方法包括：
获取在第一目标时刻待加入所述Chord集群环中第一目标位置的多个第一待加入区块链节点的加入请求；
若所述第一待加入区块链节点的数量大于或等于预设数量，则将所述第一待加入区块链节点按顺时针方向构成第一Chord内切环，所述第一Chord内切环以内切的形式在所述第一目标位置加入所述Chord集群环；
若所述第一待加入区块链节点的数量小于预设数量，则将所述第一待加入区块链节点直接加入所述Chord集群环。
2.根据权利要求1所述的基于DHT的集群节点间性能优化方法，其特征在于，所述方法还包括：
扫描所述第一待加入区块链节点中目标区块链节点加入所述Chord集群环前后的目标Finger表中信息，所述目标Finger表为所述目标区块链节点对应的Finger表；
判断所述目标Finger表是否存在重复的数据项；
若所述目标Finger表存在重复的数据项，将所述目标区块链节加入所述Chord集群环前的信息修改到所述目标Finger表中。
3.根据权利要求1所述的基于DHT的集群节点间性能优化方法，其特征在于，在所述获取在第一目标时刻待加入所述Chord集群环中第一目标位置的第一待加入区块链节点的加入请求之前，所述方法还包括：
收集目标区域内的全节点信息与轻量节点信息；
根据所述全节点信息构建区块链全节点网络；
根据所述轻量节点信息组建Chord集群环；
将所述Chord集群环加入到所述区块链全节点网络中。
4.根据权利要求1至3中任一所述的基于DHT的集群节点间性能优化方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取在第二目标时刻待加入所述Chord集群环中第二目标位置的多个第二待加入区块链节点的加入请求；
若所述第二待加入区块链节点的数量大于或等于预设数量，则将所述第二待加入区块链节点按顺时针方向构成第二Chord内切环，所述第二Chord内切环以内切的形式在所述第二目标位置加入所述Chord集群环；
若所述第二待加入区块链节点的数量小于预设数量，则将所述第二待加入区块链节点直接加入所述Chord集群环。
5.根据权利要求1所述的基于DHT的集群节点间性能优化方法，其特征在于，所述方法还包括：
统计多个待加入区块链节点加入所述Chord集群环时的第一统计数据；
获取多个待加入区块链节点加入传统Chord集群环时的第二统计数据；
基于所述第一统计数据和第二统计数据，分析所述Chord集群环的性能。
6.一种基于DHT的集群节点间性能优化装置，其特征在于，应用于区块链系统，所述区块链系统中包括多个区块链节点，所述多个区块链节点形成一个基于DHT的集群，所述多个区块链节点按首尾向连成一个Chord集群环，每个区块链节点维护一个Finger表，所述基于DHT的集群节点间性能优化装置包括：
第一获取模块，用于获取在第一目标时刻待加入所述Chord集群环中第一目标位置的第一待加入区块链节点的加入请求；
第一节点加入模块，用于若所述第一待加入区块链节点的数量大于或等于预设数量，则将所述第一待加入区块链节点按顺时针方向构成第一Chord内切环，所述第一Chord内切环以内切的形式在所述第一目标位置加入所述Chord集群环；
第二节点加入模块，用于若所述第一待加入区块链节点的数量小于预设数量，则将所述第一待加入区块链节点直接加入所述Chord集群环。
7.根据权利要求6所述的基于DHT的集群节点间性能优化装置，其特征在于，所述装置还包括：
扫描模块，用于扫描所述第一待加入区块链节点中目标区块链节点加入所述Chord集群环前后的目标Finger表中信息，所述目标Finger表为所述目标区块链节点对应的Finger表；
重复数据处理模块，用于判断所述目标Finger表是否存在重复的数据项；若所述目标Finger表存在重复的数据项，将所述目标区块链节加入所述Chord集群环前的信息修改到所述目标Finger表中。
8.根据权利要求6所述的基于DHT的集群节点间性能优化装置，其特征在于，所述装置还包括：
收集模块，用于在所述获取在第一目标时刻待加入所述Chord集群环中第一目标位置的第一待加入区块链节点的加入请求之前，收集目标区域内的全节点信息与轻量节点信息；
构建模块，用于根据所述全节点信息构建区块链全节点网络；
组件模块，用于根据所述轻量节点信息组建Chord集群环；
加入模块，用于将所述Chord集群环加入到所述区块链全节点网络中。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个应用程序，其中所述一个或多个应用程序被存储于所述存储器中，并配置为由所述处理器执行以实现权利要求1至5中任一项所述的基于DHT的集群节点间性能优化方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器进行加载，以执行权利要求1至5任一项所述的基于DHT的集群节点间性能优化方法中的步骤。
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