CN113743949B - 在区块链中执行交易的方法、区块链、主节点和从节点 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例提供了一种在区块链中执行交易的方法，区块链、主节点和从节点，所述方法包括：所述主节点预执行接收的多个交易，得到各个交易的预执行读写集；所述主节点基于所述预执行读写集对所述多个交易进行分组；所述主节点将所述多个交易、所述多个交易的分组结果及各个交易的预执行读写集发送给从节点；所述从节点基于所述多个交易的分组结果并行执行所述多个交易。

Description

在区块链中执行交易的方法、区块链、主节点和从节点

技术领域

本说明书实施例涉及区块链技术领域，更具体地，涉及一种在区块链中执行交易的方法、区块链、主节点和从节点。

背景技术

区块链（Blockchain）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。区块链系统中按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成链式数据结构，并以密码学方式保证数据区块不可篡改和不可伪造。区块链节点在执行区块中的多个交易时，可通过并行执行交易加快交易执行速度。然而，由于调用智能合约的交易在执行前不能预知访问的变量，因此通常不能并行执行。

发明内容

本说明书实施例旨在提供一种在区块链中执行交易的方法、区块链、主节点和从节点，提高了区块链中的交易执行速度。

为实现上述目的，本说明书第一方面提供一种在区块链中执行交易的方法，所述区块链包括主节点和从节点，所述方法包括：

所述主节点预执行接收的多个交易，得到各个交易的预执行读写集；

所述主节点基于所述预执行读写集对所述多个交易进行分组；

所述主节点将所述多个交易和所述多个交易的分组结果发送给所述从节点；

所述从节点基于所述多个交易的分组结果并行执行所述多个交易。

本说明书第二方面提供一种在区块链中执行交易的方法，所述区块链包括主节点和从节点，所述方法由所述主节点执行，包括：

预执行接收的多个交易，得到各个交易的预执行读写集；

基于所述预执行读写集对所述多个交易进行分组；

将所述多个交易和所述多个交易的分组结果发送给所述从节点；

基于所述多个交易的分组结果并行执行所述多个交易。

本说明书第三方面提供一种在区块链中执行交易的方法，所述区块链包括主节点和从节点，所述方法由所述从节点执行，包括：

从所述主节点接收多个交易和所述多个交易的分组结果，所述分组结果基于所述多个交易的预执行读写集获得，所述预执行读写集通过由所述主节点预执行各个交易得到；

基于所述多个交易的分组结果并行执行所述多个交易。

本说明书第四方面提供一种区块链，包括主节点和从节点，

所述主节点用于：预执行接收的多个交易，得到各个交易的预执行读写集；基于所述预执行读写集对所述多个交易进行分组；将所述多个交易和所述多个交易的分组结果发送给从节点；

所述从节点用于：基于所述多个交易的分组结果并行执行所述多个交易。

本说明书第五方面提供一种区块链主节点，包括：

预执行单元，用于预执行接收的多个交易，得到各个交易的预执行读写集；

分组单元，用于基于所述预执行读写集对所述多个交易进行分组；

发送单元，用于将所述多个交易和所述多个交易的分组结果发送给所述区块链的从节点；

并行执行单元，用于基于所述多个交易的分组结果并行执行所述多个交易。

本说明书第六方面提供一种区块链从节点，包括：

接收单元，用于从所述区块链的主节点接收多个交易和所述多个交易的分组结果，所述分组结果基于所述多个交易的预执行读写集获得，所述预执行读写集通过由所述主节点预执行各个交易得到；

并行执行单元，用于基于所述多个交易的分组结果并行执行所述多个交易。

本说明书第七方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行上述第二方面所述的方法。

本说明书第八方面提供一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可执行代码，所述处理器执行所述可执行代码时，实现上述第二方面所述方法。

本说明书第九方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行上述第三方面所述的方法。

本说明书第十方面提供一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可执行代码，所述处理器执行所述可执行代码时，实现上述第三方面所述方法。

通过本说明书实施例提供的方案，从节点不需要预执行交易，可以基于主节点发送的多个交易的分组结果，立即开始并行执行多个交易，区块链中的各个节点基于相同的世界状态并行执行多个交易，并对交易执行结果与预执行结果不同的交易采用相同的方法进行处理，最终各个节点得到的世界状态一致。在多个交易中的冲突交易较少、且主节点不作恶的情况中，可提高区块链中的交易执行速度。

附图说明

通过结合附图描述本说明书实施例，可以使得本说明书实施例更加清楚：

图1为本说明书一实施例所应用的区块链架构图；

图2为本说明书一实施例中的区块链的主节点和从节点的结构图；

图3为本说明书一实施例中的主节点和从节点执行交易的方法流程图；

图4为本说明书一实施例中的区块链的主节点和从节点的另一结构图；

图5为本说明书一实施例中的主节点和从节点执行交易的另一方法流程图；

图6为本说明书一实施例中的一种区块链主节点的架构图；

图7为本说明书一实施例中的一种区块链从节点的架构图。

具体实施方式

下面将结合附图描述本说明书实施例。

图1示出本说明书实施例所应用的区块链架构图。如图1中，区块链中例如包含主节点1、从节点2～从节点5共6个节点。节点之间的连线示意性的表示P2P（Peer to Peer，点对点）连接。这些节点上都存储全量的账本，即存储全部区块和全部账户的状态。其中，区块链中的每个节点通过执行相同的交易而产生区块链中的相同的状态，区块链中的每个节点存储相同的状态数据库。所不同的是，主节点1可负责从客户端接收交易，并向各个从节点发起共识提议，该共识提议中例如包括将要成块的区块（例如区块B1）中的多个交易及各个交易的提交顺序等信息。在区块链中的节点对共识提议共识成功之后，各个节点可根据共识提议中的提交顺序执行该多个交易，从而生成区块B1。

可以理解，图1所示的区块链仅仅是示例性的，本说明书实施例不限于应用于图1所示的区块链，例如还可以应用于包括分片的区块链系统中。

另外，图1中虽然示出了区块链中包括6个节点，本说明书实施例不限于此，而是可以包括其他数目的节点。具体是，区块链中包含的节点可以满足拜占庭容错（ByzantineFault Tolerance，BFT）要求。所述的拜占庭容错要求可以理解为在区块链内部可以存在拜占庭节点，而区块链对外不体现拜占庭行为。一般的，一些拜占庭容错算法中要求节点个数大于3f+1，f为拜占庭节点个数，例如实用拜占庭容错算法PBFT（Practical ByzantineFault Tolerance）。

在相关技术中，为了提高区块链中的每秒执行交易（TPS）指标，需要加快交易的执行速度。为此，区块链节点中可通过并行执行交易来加快交易的执行速度。在一种实施方式中，区块链节点可通过单机中的多个进程并行执行交易，在另一种实施方式中，区块链节点可部署在服务器集群中，通过多台服务器并行执行交易。通常，对于转账交易，区块链节点首先根据交易访问的账户将多个交易划分为多个交易组，各个交易组之间不访问相同的账户，从而可并行执行各个交易组。然而，当交易中调用智能合约时，在执行该交易之前不能预知该交易中访问的变量，从而无法对多个交易进行有效的分组，也就无法对并行执行交易。

本说明书实施例提供了一种在图1所示区块链中并行执行交易的方案，可有效提高所述区块链中的TPS。

图2示出了本说明书实施例提供的区块链的主节点1和从节点（例如从节点2）的一种结构图。如图2所示，主节点1中包括预执行模块11、共识模块12、计算模块13，从节点2中包括共识模块22和计算模块23。主节点1例如可以与客户端连接，从而可以从客户端接收到多个交易。主节点1在接收到多个交易之后，预执行模块11预执行各个交易，得到各个交易的预执行读写集。其中，预执行读写集包括预执行读集和预执行写集，预执行读集具体可以为在预执行交易的过程中生成的读取的变量的键值对，预执行写集具体可以为在预执行交易的过程中生成的写入的变量的键值对。

共识模块12中包括分组子模块121，分组子模块121可根据各个交易的预执行读写集将多个交易划分为多个交易组，各个交易组之间不存在冲突交易。其中两个交易组之间存在冲突交易的情况通常包括如下种情况：第一交易组中的交易读取第一变量（即第一交易组读取第一变量），第二交易组写入第一变量；第一交易组写入第一变量，第二交易组写入第一变量；第一交易组读取第一变量且写入第一变量，第二交易组写入第一变量；第一交易组读取第一变量且写入第一变量，第二交易组读取第一变量且写入第一变量。其中，如果两个交易组读取相同的变量可以认为是不存在冲突交易。通常，为了简化方案，分组子模块121可按照各个交易组之间不访问相同的变量的要求对多个交易进行分组。

共识模块12还根据接收到的交易向各个从节点的共识模块（例如共识模块22）发起共识提议，该共识提议中包括多个交易、该多个交易的提交顺序、分组结果及各个交易的预执行读写集，以确定将生成的区块中包括所述多个交易及该多个交易的提交顺序。

在区块链中的多个共识节点共识成功之后，主节点和各个从节点中的计算模块可以开始执行所述多个交易。其中，主节点1的计算模块13中包括多个执行子模块（图中示意示出执行子模块132、执行子模块133和执行子模块134）和重新执行子模块135。从节点2的计算模块23中包括多个执行子模块（图中示意示出执行子模块232、执行子模块233和执行子模块234）、重新执行子模块235和验证子模块236。

具体是，在主节点1中，多个执行子模块可并行执行所述多个交易组。各个执行子模块在执行交易的过程中，生成交易的执行读写集，其中，执行读写集包括执行读集和执行写集，执行读集具体可以为在执行交易的过程中生成的读取的变量的键值对，执行写集具体可以为在执行交易的过程中生成的写入的变量的键值对。如果确定该交易的执行读集与预执行的读集不一致，则对该交易的执行进行回滚，并由重新执行子模块135在各个执行子模块处理完成全部交易之后重新执行该经回滚的交易，以保证分组的正确性。

在从节点2中，多个执行子模块可并行执行所述多个交易组。各个执行子模块在执行交易的过程中，如果确定该交易的执行读写集与预执行读写集不一致，则对该交易的执行进行回滚。验证子模块236可在各个执行子模块执行交易的同时，进行对交易组信息的验证，以验证主节点的分组正确性，即验证主节点是否作恶提供了错误的分组结果。如果验证主节点作恶，则各个从节点可停止对该区块的执行，并在区块链中重新确定主节点。如果验证分组正确，重新执行子模块235在各个执行子模块处理完成全部所述多个交易之后重新执行经回滚的交易，以保证分组的正确性。

通过如上所述的过程，从节点不需要对多个交易进行预执行，可以基于主节点发送的交易组信息，立即开始并行执行多个交易组中的交易，并在执行交易的同时进行对交易组信息的验证。另外，通过比较交易的执行读写集和预执行读写集，确定执行和预执行时变量状态不一致的交易，回滚该交易的执行，并在处理完全部交易之后再重新执行该交易，保证了各个节点在执行多个交易之后的状态一致性。通过该方案，在不同交易访问相同变量的概率较小的情况中，回滚的交易数量较少，从而提高了交易执行速度。

下文将参考图3所示的执行交易的方法流程图详细描述上述过程。在图3中仅示出了主节点1和从节点2执行的流程，可以理解，区块链中的其他从节点与从节点2执行相同的流程。

首先，在步骤S301，主节点1预执行多个交易，得到各个交易的预执行读写集。

在一种实施方式中，主节点1可以在每接收到一个交易之后，就立即对该交易进行预执行，在对多个接收的交易完成预执行之后，对该多个交易进行分组，并对该多个交易进行共识，以确定将要生成的区块包括该多个交易，并确定该多个交易的提交顺序。在该情况中，主节点1可基于各个交易对应的最新区块的世界状态来预执行各个交易。该预执行的读写集对其它交易不可见，并且该预执行的读写集也不改变世界状态。由于主节点在不同的时间接收各个交易，该不同时间的最新区块有可能是不同的区块，因此该多个交易有可能对应不同区块的世界状态。例如，在主节点1流水线地执行多个区块的情况中，主节点1在预执行属于区块B2的交易的同时还执行区块B1（假设区块B1为区块B2之前的区块），从而，在生成区块B1之前预执行的交易基于区块B0对应的世界状态（假设区块B0为区块B1之前的区块）预执行，在生成区块B1之后预执行的交易基于区块B1对应的世界状态预执行。

在另一种实施方式中，主节点1可以在接收多个交易之后，再基于相同的当前最新区块对应的世界状态预执行该多个交易中的每个交易。在该情况中，该多个交易分别基于相同的世界状态进行预执行。

由于在预执行各个交易时不会改变世界状态，即各个交易的预执行不会存在交易冲突，因此，预执行模块11中可包括多个预执行单元，以并行执行对多个交易的预执行，从而加速交易预执行的速度。

主节点1在预执行多个交易中的每个交易之后，得到各个交易的预执行读写集。在一种实施方式中，该预执行读写集中包括读集和写集，其中，读集包括预执行该交易时读取的变量的键值对（key-value），写集包括预执行该交易时写入的变量的键值对。在另一种实施方式中，该预执行读写集的读集中可包括预执行该交易时读取的变量的版本号，写集中可包括写入的变量的版本号，其中，在状态数据库中例如存储了变量的各个写入值及各个写入值对应的版本号，从而通过在读写集中包括变量的版本号即可以确定交易读取和写入的值。

在交易中调用合约的情况中，区块链节点在执行该交易调用的合约的过程中，有可能根据读取的变量的值来对不同的变量进行写入。例如，当读取的变量的值为1时，对变量a写入10，当读取的变量的值为2时，对变量b写入20等等。因此，对于调用合约的交易，区块链节点必须通过执行该交易，才能确定该交易读取的变量和写入的变量，从而得到该交易的读写集。为此，主节点1通过预执行多个交易中的每个交易，得到每个交易的预执行读写集，该预执行的过程与执行交易的过程基本相同，不同在于，在预执行交易的过程中所基于的世界状态如上所述是根据预设规则确定的，不一定是执行交易时的世界状态，在预执行交易之后并不根据预执行交易的结果更新世界状态。由于主节点1在预执行交易时所基于的世界状态不一定是执行交易时的世界状态，从而使得交易预执行读写集与后面的执行读写集不一致。另外，在另一种情况中，也有可能是主节点故意作恶导致交易预执行读写集与后面的执行读写集不一致。

在步骤S303，主节点1基于预执行读写集对多个交易进行分组。

主节点1可基于各个交易的预执行读写集中包括的读取的变量key和写入的变量key，对多个交易进行分组。如上文所述，该分组可使得不同交易组中的交易不访问相同的变量，该访问包括读操作和写操作，在达到该分组条件的情况下，各个交易组之间不会存在冲突交易，因此，各个交易组可以并行执行。

步骤S305，主节点1将多个交易、多个交易的分组结果及各个交易的预执行读写集发送给从节点2。

在一个实施方式中，主节点1可仅将多个交易、其分组结果及其预执行读写集发送给从节点2。在该实施方式中，从节点无法验证主节点是否发送了错误的预执行读写集，但是通过后续的步骤可以将主节点作恶的交易挑选出来，从而区块链中的多个节点仍然可以得出一致的执行结果。

在另一个实施方式中，主节点1还可以将各个预执行读写集相关的区块高度发送给从节点2。所述相关的区块高度即为该预执行读写集所基于的世界状态对应的区块高度，通过将各个预执行读写集相关的区块高度发送给各个从节点，从节点可基于该预执行读写集相关的区块高度对各个预执行读写集进行验证，从而确定主节点是否作恶。在确定主节点作恶的情况中，区块链中可重新确定主节点，并重新执行该多个交易。

在步骤S307，主节点1基于分组结果并行执行多个交易，其中对于执行读集与预执行读集不一致的交易进行回滚。

参考图2，主节点1可通过多个执行子模块并行地执行多个交易组中的交易。假设分组子模块121将多个交易分为6个组g1～组g6，分组子模块121可将组g1和组g2发送给执行子模块132，将组g3和组g4发送给执行子模块133，将组g5和组g6发送给执行子模块134，从而各个执行子模块可并行执行其分到的组中的交易。

以执行子模块132为例，执行子模块132可串行或者并行地执行其分到的组g1和组g2。由于一个组中的交易之间可能存在冲突，执行子模块132串行执行单个组中的交易。执行子模块132在执行组g1的某个交易（例如交易Tx1）之后，仅需要得到该交易Tx1的执行读集。执行子模块132可比较该交易Tx1的执行读集与预执行读写集中的读集是否一致，如果一致，由于主节点1信任其自身预执行交易Tx1得到的预执行写集，因此，执行子模块132可直接将该交易Tx1的预执行的写集用作为该交易的执行写集，并根据该写集更新缓存中的各个变量的状态，该缓存中维护的状态也即为当前最新的世界状态。

如果该交易Tx1的执行读集与预执行读写集中的读集不一致，说明该交易Tx1在执行时的世界状态与其在预执行时的世界状态发生了改变，该交易Tx1的预执行读写集是错误的读写集。尤其是，如上文所述，在交易Tx1的预执行读集与执行读集不一致的情况中，交易Tx1在预执行时写入的变量有可能与在执行时写入的变量是不同的变量，从而使得分组子模块121基于预执行读写集进行分组得到的分组结果是错误的分组结果。为了使得执行子模块132、执行子模块133和执行子模块134仍可以根据已有的分组结果继续并行地执行各个交易组，执行子模块132回滚对该交易Tx1的执行，具体可以是删除执行该交易Tx1得到的读集，并将该交易Tx1从组g1中移出放入组g7中，该组g7用于汇集执行读集与预执行读集不同的交易。也就是说，通过回滚对交易Tx1的执行，使得交易Tx1不会影响当前的世界状态，造成其他交易的回滚，通过将交易Tx1移出组g1，使得交易Tx1访问的变量不会影响对其它交易的分组，使得各个执行子模块可以继续并行执行各个交易组。

可选地，在步骤S309，主节点1重新执行回滚的交易。

主节点1在执行完全部所述多个交易（其中包括执行之后回滚的交易）之后，可根据缓存中维护的变量状态重新执行组g7中的交易，即从所述多个交易组中移出的已回滚的一个或多个交易。其中，缓存中维护的变量状态是根据多个交易中未回滚的交易的写集得到的变量状态。可根据预设规则确定重新执行组g7中的多个交易的执行顺序。例如，可根据组g7中多个交易的交易编号的顺序串行执行该多个交易。

在另一种实施方式中，主节点1在对交易进行回滚之后，可直接向客户端返回交易执行失败，而不用重新执行该交易。

在步骤S311，主节点1在完成对多个交易的执行之后，生成区块。

主节点1在完成对多个交易的执行之后，或者主节点1在完成对多个交易的执行及对回滚的交易的重新执行之后，根据缓存中的状态数据更新状态数据库，并生成区块。该区块包括区块头和区块体。其中，区块体中例如包括所述多个交易各自的交易体、收据等数据。区块头中可以包括状态根、收据根、交易根等数据。

在一种实施方式中，该区块中还可以包括所述多个交易的预执行读写集，通过在区块中包括多个交易的预执行读写集，当其它节点由于故障等原因丢失数据时，可基于该主节点1中的该区块的预执行读写集重新执行该区块中的多个交易，从而获得与主节点1一致的世界状态。

在另一种实施方式中，该区块中除了包括各个交易的预执行读写集之外，还可以包括所述多个交易的分组结果，从而当其它节点由于故障等原因丢失数据时，可基于预执行读写集和交易组信息重新执行该区块中的多个交易，其中可基于交易组信息直接并行执行各个交易组中的交易，从而加速交易执行速度。

在步骤S313,从节点2基于分组结果并行执行多个交易，其中对于执行读写集与预执行读写集不一致的交易进行回滚。

与步骤S307类似地，从节点2在从主节点1接收到组g1～组g6的交易组信息之后，执行子模块232、执行子模块233和执行子模块234可并行执行组g1～g6中的交易。

以执行子模块232为例，执行子模块232在执行组g1的某个交易Tx1之后，得到该交易Tx1的执行读写集。执行子模块232可比较交易Tx1的执行读写集与预执行读写集是否一致。其中，交易Tx1的执行读写集与预执行读写集中不一致的情况包括以下任一种情况：交易Tx1的执行读集与预执行读集不一致；交易Tx1的执行写集与预执行写集不一致；交易Tx1的执行读集与预执行读集不一致，且交易Tx1的执行写集与预执行写集不一致。这里，由于可能存在主节点作恶故意提供错误的写集的情况，执行子模块232即使确定了交易Tx1的执行读集与预执行读集是一致的，也需要继续比较交易Tx1的执行写集与预执行写集是否一致。

如果交易Tx1的执行读写集与预执行读写集一致，执行子模块232可根据交易Tx1的执行写集更新缓存中的各个变量的状态。

如果交易Tx1的执行读写集与预执行读写集中不一致，可能存在两种情况中。在第一种情况中，该交易Tx1在执行时依据的世界状态与其在预执行时依据的世界状态发生了改变，导致该交易的执行读集与预执行读集不同，即该交易的预执行读写集是错误的读写集。在该第一种情况中，如上文所述，如果根据该交易的写集更新缓存中维护的世界状态，有可能导致分组不正确，从而影响后续交易的执行。

在第二种情况中，主节点1有可能作恶使得交易的预执行读写集是错误的读写集。

在上述两种情况中，执行子模块232都可以回滚对该交易的执行，具体可以是删除执行该交易得到的读写集，并将该交易从组g1中移出放入组g7中，该组g7用于汇集执行读写集与预执行读集不同的交易，从而解决上述两种情况带来的问题。

可选地，在步骤S315，从节点2在执行交易的同时或者在开始执行所述多个交易之后，还对交易组信息进行验证。

具体是，从节点2可基于预执行读写集重新对多个交易进行分组，以验证主节点1发送的交易组信息是否为正确的分组结果。

如果验证通过，由于该验证过程需要的时长较短，通常从节点2还未结束对多个交易的执行，因此继续并行执行多个交易组中的交易。通过并行地执行交易和对交易组信息进行验证，加速了从节点执行交易的速度。如果验证交易组信息是错误的分组结果，则从节点2可与其他从节点一起重新确定主节点，以重新对所述多个交易进行共识和分组。可以理解，如果不执行该步骤，从节点同样可以通过比较各个交易的执行读写集与预执行读写集将主节点作恶的交易挑出来，达到一致的状态，因此，该步骤S315是可选的。

可选地，在步骤S317，从节点2重新执行回滚的交易，即组g7中的交易。

该步骤可参考上文对步骤S309的描述，在此不再赘述。

通过如上所述执行交易，各个从节点与主节点在执行交易的过程中对相同的交易进行回滚，并基于相同的世界状态以相同的顺序执行回滚的交易，从而各个节点最后得到对多个交易的相同的执行结果，并得到相同的与包括该多个交易的区块对应的世界状态。在交易冲突较少，且主节点不作恶的情况中，回滚的交易的数量较少，各个节点通过并行执行交易提高了交易执行速度。

在步骤S319，从节点2生成区块。

从节点2在完成对多个交易的执行之后，或者从节点2在完成对多个交易的执行及对回滚的交易的重新执行之后，根据缓存中的状态数据更新状态数据库，即提交上述并行执行交易产生的执行结果，并生成区块。该区块包括区块头和区块体。其中，区块体中例如包括所述多个交易各自的交易体、收据等数据。区块头中可以包括状态根、收据根、交易根等数据。

可选地，从节点2可在该区块中包括所述多个交易的预执行读写集。通过在区块中包括多个交易的预执行读写集，当其它节点由于故障等原因丢失数据时，可基于该从节点2中的该区块的预执行读写集重新执行该区块中的多个交易，从而获得与从节点2一致的世界状态。

可选地，该区块中除了包括各个交易的预执行读写集之外，还可以包括所述多个交易的分组结果。

通过图3所示的方法，区块链中的各个节点基于相同的世界状态并行执行多个交易组的交易，并对交易执行结果与预执行结果不同的交易采用相同的方法进行处理，最终各个节点得到的世界状态一致。在多个交易中的冲突交易较少、且主节点不作恶的情况中，可提高区块链中的交易执行速度。

图4示出了本说明书实施例提供的区块链的主节点1和从节点（例如从节点2）的一种结构图。如图4所示，主节点1为可信主节点，例如主节点1为可信任机构提供的节点，或者主节点1在安全执行环境（TEE）中部署各个模块，由于在TEE中的各个操作都是可验证的，因此主节点1为可信任的节点。主节点1中包括预执行模块31、共识模块32、计算模块33，从节点2中包括共识模块42和计算模块43。主节点1在接收到多个交易之后，预执行模块31预执行各个交易，得到各个交易的预执行读写集。共识模块32中包括分组子模块321，分组子模块321可根据各个交易的预执行读写集将多个交易划分为多个交易组，各个交易组之间不存在冲突交易。

共识模块32还根据接收到的交易向各个从节点的共识模块（例如共识模块42）发起共识提议，以确定将生成的区块中包括所述多个交易、其分组结果及该多个交易的提交顺序。

在共识成功之后，主节点和各个从节点中的计算模块可以开始执行所述多个交易。其中，主节点1的计算模块33中包括多个执行子模块（图中示意示出执行子模块332、执行子模块333和执行子模块334）和重新执行子模块335。从节点2的计算模块43中包括多个执行子模块（图中示意示出执行子模块432、执行子模块433和执行子模块434）和重新执行子模块435。

具体是，在主节点1中，多个执行子模块可并行执行所述多个交易组。各个执行子模块在执行交易的过程中，如果确定该交易的执行读集与预执行的读集不一致，则对该交易的执行进行回滚，并由重新执行子模块335在各个执行子模块处理完成全部交易之后重新执行该经回滚的交易，以保证分组的正确性。

在从节点2中，多个执行子模块可并行执行所述多个交易组。各个执行子模块在执行交易的过程中，如果确定该交易的执行读集与预执行读集不一致，则对该交易的执行进行回滚，并由重新执行子模块435在各个执行子模块处理完成全部交易之后重新执行该经回滚的交易，以保证分组的正确性。

通过如上所述的过程，从节点不需要对多个交易进行预执行，可以基于主节点发送的交易组信息，立即开始并行执行多个交易组中的交易。另外，通过比较交易的执行读集和预执行读集，确定执行和预执行时变量状态不一致的交易，回滚该交易的执行，并在处理完全部交易之后再重新执行该交易，保证了各个节点在执行多个交易之后的状态一致性。通过该方案，在不同交易访问相同变量的概率较小的情况中，回滚的交易数量较少，从而提高了交易执行速度。另外，主节点只需要将预执行读集发送给各个从节点，减少了数据传输量和数据传输时间，提高了交易执行速度。

下文将参考图5所示的执行交易的方法流程图详细描述上述过程。在图5中仅示出了主节点1和从节点2执行的流程，可以理解，区块链中的其他从节点与从节点2执行相同的流程。

首先，在步骤S501，主节点1预执行多个交易，得到各个交易的预执行读写集。

该步骤可参考上文对步骤S301的描述，在此不再赘述。

在步骤S503，主节点1基于预执行读写集对多个交易进行分组。

该步骤可参考上文对步骤S303的描述，在此不再赘述。

步骤S305，主节点1将多个交易、多个交易的分组结果及各个交易的预执行读集发送给从节点2。

由于主节点1为可信节点，从节点2不需要对由主节点1发送的交易组信息及各个交易的读写集进行验证，因此，主节点1只需要将多个交易、多个交易组的交易组信息及各个交易的预执行读集发送给从节点2。即，主节点1不需要将预执行写集发送给从节点2。

在步骤S507，主节点1基于分组结果并行执行多个交易，其中对于执行读集与预执行读集不一致的交易进行回滚。

该步骤可参考上文对步骤S307的描述，在此不再赘述。

可选地，在步骤S509，主节点1重新执行回滚的交易。

该步骤可参考上文对步骤S309的描述，在此不再赘述。

在步骤S311，主节点1在完成对多个交易的执行之后，生成区块。

主节点1在完成对多个交易的执行之后，或者主节点1在完成对多个交易的执行及对回滚的交易的重新执行之后，根据缓存中的状态数据更新状态数据库，并生成区块。该区块包括区块头和区块体。其中，区块体中例如包括所述多个交易各自的交易体、收据等数据。区块头中可以包括状态根、收据根、交易根等数据。

在一种实施方式中，该区块中还可以包括所述多个交易的预执行读集和所述多个交易的分组结果，从而当其它节点由于故障等原因丢失数据时，可基于预执行读集和交易组信息重新执行该区块中的多个交易，其中可基于交易组信息直接并行执行各个交易组中的交易，从而加速交易执行速度。

在步骤S513,从节点2基于分组结果并行执行多个交易，其中对于执行读集与预执行读集不一致的交易进行回滚。

与步骤S507类似地，从节点2在从主节点1接收到组g1～组g6的交易组信息之后，执行子模块432、执行子模块433和执行子模块434可并行执行组g1～g6中的交易。

以执行子模块432为例，执行子模块432在执行组g1的某个交易Tx1之后，得到该交易Tx1的执行读集，该执行读集中例如包括执行交易Tx1的过程中读取的变量的键值对。执行子模块432可比较交易Tx1的执行读集与预执行读集是否一致。

如果交易Tx1的执行读集与预执行读集一致，执行子模块432可根据交易Tx1的执行写集更新缓存中的各个变量的状态。

如果交易Tx1的执行读集与预执行读集中不一致，表示该交易Tx1在执行时依据的世界状态与其在预执行时依据的世界状态发生了改变，导致该交易的执行读集与预执行读集不同。在该情况中，如上文所述，如果根据该交易的写集更新缓存中维护的世界状态，有可能导致分组不正确，从而影响后续交易的执行。因此，需要对该交易Tx1的执行进行回滚，具体是，删除执行Tx1产生的执行读写集，并将该交易从组g1中移出放入组g7中，该组g7用于汇集执行读写集与预执行读集不同的交易，从而解决上述问题。

在步骤S515，从节点2重新执行回滚的交易，即组g7中的交易。

该步骤可参考上文对步骤S509的描述，在此不再赘述。

通过如上所述执行交易，各个从节点与主节点在执行交易的过程中对相同的交易进行回滚，并基于相同的世界状态以相同的顺序执行回滚的交易，从而各个节点最后得到对多个交易的相同的执行结果，并得到相同的与包括该多个交易的区块对应的世界状态。在交易冲突较少，且主节点不作恶的情况中，回滚的交易的数量较少，各个节点通过并行执行交易提高了交易执行速度。

在步骤S517，从节点2生成区块。

可选地，从节点2可在该区块中包括所述多个交易的预执行读集和多个交易组的交易组信息（即多个交易的分组结果）。从而当其它节点由于故障等原因丢失数据时，可基于该从节点2中的该区块的预执行读集和分组结果重新执行该区块中的多个交易，从而获得与从节点2一致的世界状态。

通过图5所示的方法，区块链中的各个节点基于相同的世界状态并行执行多个交易组的交易，并对交易执行结果与预执行结果不同的交易采用相同的方法进行处理，最终各个节点得到的世界状态一致。在多个交易中的冲突交易较少、且主节点不作恶的情况中，可提高区块链中的交易执行速度。

在上文参考图2和图3描述的实施例中，主节点将预执行读写集作为共识提议发送给各个从节点，从而各个从节点可以基于预执行读写集对交易的执行进行验证。在上文参考图4和图5描述的实施例中，主节点将预执行读集作为共识提议发送给各个从节点，从而各个从节点可以基于预执行读集对交易的执行进行验证。可以理解，本说明书实施例不限于此。在另一种实施方式中，主节点在预执行多个交易时对多个交易的预执行进行冲突检测，从而使得各个交易在预执行时读取的变量状态值与在执行时读取的变量状态值是相同的，在该情况下，在主节点可信的情况下，主节点发送给从节点的分组结果肯定是正确的，因此，主节点可仅对从节点发送多个交易及该多个交易的分组结果，而不需要发送预执行读集或者预执行读写集。从节点可基于接收的分组结果并行执行该多个交易，而不需要基于预执行读集或者预执行读写集对各个交易的执行进行验证。

图6示出根据本说明书实施例的区块链主节点的架构图，该主节点用于执行图3或图5所示方法，包括：

预执行单元61，用于预执行接收的多个交易，得到各个交易的预执行读写集；

分组单元62，用于基于所述预执行读写集对所述多个交易进行分组；

发送单元63，用于将所述多个交易、所述多个交易的分组结果及各个交易的预执行读集发送给从节点；

并行执行单元64，用于基于所述多个交易的分组结果并行执行所述多个交易。

图7示出根据本说明书实施例的区块链从节点的架构图，该从节点用于执行图3或图5所示方法，包括：

接收单元71，用于从所述主节点接收多个交易和所述多个交易的分组结果，所述分组结果基于所述多个交易的预执行读写集获得，所述预执行读写集通过由所述主节点预执行各个交易得到；

并行执行单元72，用于基于所述多个交易的分组结果并行执行所述多个交易。

需要理解，本文中的“第一”，“第二”等描述，仅仅为了描述的简单而对相似概念进行区分，并不具有其他限定作用。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本领域普通技术人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域普通技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。其中，软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (23)

1.一种在区块链中执行交易的方法，所述区块链包括主节点和从节点，所述方法包括：

所述主节点预执行接收的多个交易，得到各个交易的预执行读写集；

所述主节点基于所述预执行读写集对所述多个交易进行分组；

所述主节点将所述多个交易和所述多个交易的分组结果,以及所述多个交易的预执行读写集中的预执行读集,发送给所述从节点；

所述从节点基于所述多个交易的分组结果并行执行所述多个交易；其中，所述从节点在执行所述多个交易中的第一交易之后，确定所述第一交易在执行后得到的执行读集与所述第一交易的预执行读集是否一致，在确定不一致时不基于所述第一交易在执行后得到的执行写集更新世界状态。

2.根据权利要求1所述的方法，所述主节点为可信节点。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述主节点将所述多个交易的预执行读写集中的预执行读集,发送给所述从节点，包括，所述主节点将所述多个交易的预执行读写集发送给所述从节点；

所述第一交易在执行后得到的执行读集与所述第一交易的预执行读集不一致，包括，所述第一交易在执行后得到的执行读写集与所述第一交易的预执行读写集不一致。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括：所述从节点基于所述预执行读写集对所述多个交易的分组结果进行验证。

5.根据权利要求3所述的方法，还包括：所述从节点在完成对所述多个交易的执行之后，重新执行一个或多个所述第一交易。

6.根据权利要求5所述的方法，所述从节点在执行完成所述多个交易之后，重新执行一个或多个所述第一交易包括，所述从节点在执行完成所述多个交易之后基于最新的世界状态重新执行一个或多个所述第一交易。

7.根据权利要求3所述的方法，还包括，所述从节点在完成对所述多个交易的执行之后，生成第一区块，所述第一区块中包括所述多个交易的预执行读写集和所述多个交易的分组结果。

8.根据权利要求3所述的方法，其中，各个交易的预执行读写集中包括相关的区块高度。

9.一种在区块链中执行交易的方法，所述区块链包括主节点和从节点，所述方法由所述主节点执行，包括：

预执行接收的多个交易，得到各个交易的预执行读写集；

基于所述预执行读写集对所述多个交易进行分组；

将所述多个交易和所述多个交易的分组结果,以及所述多个交易的预执行读写集中的预执行读集,发送给所述从节点，用于使得所述从节点在执行多个交易中的第二交易之后，在确定所述第二交易在执行后得到的执行读集与所述第二交易的预执行读集不一致时不基于所述第二交易在执行后得到的执行写集更新世界状态；

基于所述多个交易的分组结果并行执行所述多个交易。

10.根据权利要求9所述的方法，所述主节点为可信节点。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述主节点将所述多个交易的预执行读写集中的预执行读集,发送给所述从节点，包括，所述主节点将所述多个交易的预执行读写集发送给所述从节点；

所述第二交易在执行后得到的执行读集与所述第二交易的预执行读集不一致，包括，所述第二交易在执行后得到的执行读写集与所述第二交易的预执行读写集不一致。

12.一种在区块链中执行交易的方法，所述区块链包括主节点和从节点，所述方法由所述从节点执行，包括：

从所述主节点接收多个交易和所述多个交易的分组结果、以及所述多个交易的预执行读集，所述分组结果基于所述多个交易的预执行读写集获得，所述预执行读写集通过由所述主节点预执行各个交易得到；

基于所述多个交易的分组结果并行执行所述多个交易；其中，在执行所述多个交易中的第一交易之后，确定所述第一交易在执行后得到的执行读集与所述第一交易的预执行读集是否一致，在确定不一致时不基于所述第一交易的在执行后得到的执行写集更新世界状态。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，从所述主节点接收所述多个交易的预执行读集，包括，从所述主节点接收所述多个交易的预执行读写集；

所述确定所述第一交易在执行后得到的执行读集与所述第一交易的预执行读集是否一致，包括，确定所述第一交易在执行后得到的执行读写集与所述第一交易的预执行读写集是否一致。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：基于所述预执行读写集对所述分组结果进行验证。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括：在执行完成所述多个交易之后，重新执行一个或多个所述第一交易。

16.根据权利要求13所述的方法，还包括，在完成对所述多个交易的执行之后，生成第一区块，所述第一区块中包括所述多个交易的预执行读写集和所述多个交易的分组结果。

17.一种区块链，包括主节点和从节点，

所述主节点用于：预执行接收的多个交易，得到各个交易的预执行读写集；基于所述预执行读写集对所述多个交易进行分组；将所述多个交易和所述多个交易的分组结果,以及所述多个交易的预执行读写集中的预执行读集,发送给从节点；

所述从节点用于：基于所述多个交易的分组结果并行执行所述多个交易，在执行所述多个交易中的第一交易之后，确定所述第一交易在执行后得到的执行读集与所述第一交易的预执行读集是否一致，在确定不一致时不基于所述第一交易在执行后得到的执行写集更新世界状态。

18.一种区块链主节点，包括：

预执行单元，用于预执行接收的多个交易，得到各个交易的预执行读写集；

分组单元，用于基于所述预执行读写集对所述多个交易进行分组；

发送单元，用于将所述多个交易和所述多个交易的分组结果,以及所述多个交易的预执行读写集中的预执行读集,发送给所述区块链的从节点，用于使得所述从节点在执行多个交易中的第二交易之后，在确定所述第二交易在执行后得到的执行读集与所述第二交易的预执行读集不一致时不基于所述第二交易在执行后得到的执行写集更新世界状态；

并行执行单元，用于基于所述多个交易的分组结果并行执行所述多个交易。

19.根据权利要求18所述的区块链主节点，所述发送单元还用于将所述多个交易的预执行读写集发送给所述从节点；所述并行执行单元还用于在执行所述多个交易中的第二交易之后回滚对所述第二交易的执行，所述第二交易在执行后得到的执行读集与所述第二交易的预执行读集不一致。

20.一种区块链从节点，包括：

接收单元，从主节点接收多个交易和所述多个交易的分组结果、以及所述多个交易的预执行读集，所述分组结果基于所述多个交易的预执行读写集获得，所述预执行读写集通过由所述主节点预执行各个交易得到；

并行执行单元，用于基于所述多个交易的分组结果并行执行所述多个交易；在执行所述多个交易中的第一交易之后，确定所述第一交易在执行后得到的执行读集与所述第一交易的预执行读集是否一致，在确定不一致时不基于所述第一交易的在执行后得到的执行写集更新世界状态。

21.根据权利要求20所述的区块链从节点，所述接收单元还用于从所述主节点接收所述多个交易的预执行读写集；

所述并行执行单元还用于确定所述第一交易在执行后得到的执行读写集与所述第一交易的预执行读写集是否一致。

22.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行权利要求9-16中任一项的所述的方法。

23.一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可执行代码，所述处理器执行所述可执行代码时，实现权利要求9-16中任一项所述的方法。

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