CN114331711A - 一种基于关联语义的区块链交易并行执行方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于区块链技术领域，提供了一种基于关联语义的区块链交易并行执行方法与装置。其中，该方法包括根据同一交易对象间以及不同交易对象间存在的关联语义，构建出基于语义的交易依赖图；根据所述交易依赖图中的偏序关系，从各个交易对象分支中选取当前前置依赖交易已经执行完成的未执行交易，作为一组交易且并行执行该组的交易；上一组交易执行完成后，再从各个交易对象分支中选取当前前置依赖交易已经执行完成的未执行交易，作为下一组交易且并行执行，直到所有交易执行完成。

Description

一种基于关联语义的区块链交易并行执行方法与装置

技术领域

本发明属于区块链技术领域，尤其涉及一种基于关联语义的区块链交易并行执行方法与装置。

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。

现有区块链模型，为了保证区块链的一致性，区块中的交易是作为一个串行序列顺序执行的，导致交易吞吐量低、延时高、性能差、机器资源无法充分利用等。在保证一致性的前提下，实现交易的并行执行是解决区块链性能问题的重要途径。

现有技术中提供了一种基于交易依赖关系的智能合约调用交易并行执行方法，然而，随着区块链面临的实际应用场景更加复杂，表现在对区块链的应用诉求中往往包含语义的表达，区块链中的交易也并不仅仅包含智能合约调用交易。例如，在语义关系表达上，包含主体与资产的权属关系，合约与资产的语义规则定义关系；在交易类型上，包含主体权限变更类交易，包含智能合约规则或状态变更类交易，包含主体调用智能合约执行资产语义规则的资产交易。发明人发现，上述场景下，不同交易之间往往存在关联性，具有关联语义的交易执行顺序不同无法保证一致性。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于关联语义的区块链交易并行执行方法与装置，其能够根据交易间存在的关联语义，构建基于语义的交易依赖图，形成交易执行的偏序关系，将串行交易执行序列，变为并行交易执行序列，通过并行执行交易来提高交易执行效率，提升性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种基于关联语义的区块链交易并行执行方法，其包括：

根据同一交易对象间以及不同交易对象间存在的关联语义，构建出基于语义的交易依赖图；

根据所述交易依赖图中的偏序关系，从各个交易对象分支中选取当前前置依赖交易已经执行完成的未执行交易，作为一组交易且并行执行该组的交易；

上一组交易执行完成后，再从各个交易对象分支中选取当前前置依赖交易已经执行完成的未执行交易，作为下一组交易且并行执行，直到所有交易执行完成。

作为一种实施方式，所述基于语义的交易依赖图中包含同一交易对象内交易间的执行依赖关系、交易和以交易的发起方作为交易对象的交易间的执行依赖关系以及交易和以交易的合约作为交易对象的交易间的执行依赖关系。

作为一种实施方式，同一交易对象内交易间的执行依赖关系的构建过程为：

将区块中包含的串行化交易列表，按照交易对象分成多个分支，每个分支内交易，按照交易在原始的串行化交易列表中的序号从小到大排序，每相邻两笔交易间有一个偏序关系，排在前面的先执行，排在后面的后执行，形成一个串行化执行序列。

作为一种实施方式，交易和以交易的发起方作为交易对象的交易间的执行依赖关系的构建过程为：

依次判断分支内每笔交易的发起方是否是另一分支的交易对象，如果是，找到另一分支中比该交易序号小的最大交易序号对应的交易并建立相应偏序关系，再找到另一分支中比该交易序号大的最小交易序号对应的交易并建立相应偏序关系。

作为一种实施方式，交易的合约作为交易对象的交易间的执行依赖关系的构建过程为：

依次判断分支内每笔交易的合约是否是另一分支的交易对象，如果是，找到另一分支中比该交易序号小的最大交易序号对应的交易并建立相应偏序关系，再找到另一分支中比该交易序号大的最小交易序号对应的交易并建立相应偏序关系。

作为一种实施方式，有偏序关系的交易，先执行排在前面的交易，后执行排在后面的交易。

作为一种实施方式，从各个交易对象分支中选取当前前置依赖交易已经执行完成的未执行交易时，先找出各个分支中未执行的第一笔交易，再从中选择其中前置依赖交易已经执行完成的交易作为当前组并行执行交易。

本发明的第二个方面提供一种基于关联语义的区块链交易并行执行装置，其包括：

交易依赖图构建模块，其用于：根据同一交易对象间以及不同交易对象间存在的关联语义，构建出基于语义的交易依赖图；

交易并行执行模块，其用于：

根据所述交易依赖图中的偏序关系，从各个交易对象分支中选取当前前置依赖交易已经执行完成的未执行交易，作为一组交易且并行执行该组的交易；

上一组交易执行完成后，再从各个交易对象分支中选取当前前置依赖交易已经执行完成的未执行交易，作为下一组交易且并行执行，直到所有交易执行完成。

作为一种实施方式，交易依赖图构建模块包括：相同交易对象下交易间依赖关系建立模块、交易与交易发起方交易间依赖关系建立模块和交易与交易合约对象交易间依赖关系建立模块。

本发明的第三个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，该程序被处理器执行时实现如上述所述的基于关联语义的区块链交易并行执行方法中的步骤。

本发明的第四个方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的基于关联语义的区块链交易并行执行方法中的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明根据交易间的关联语义关系，构建出基于语义且具有交易执行的偏序关系的交易依赖图，在保证区块链一致性的前提下，将全局串行化交易序列变为并行执行序列，实现了交易的并行执行，充分利用了计算资源，提升了交易的执行效率，提高了交易吞吐量，避免了交易阻塞、交易延迟、交易确认时间长、影响即时性交易业务的用户体验等问题，实现了区块链服务的高效能。

(2)本发明提供的基于关联语义关系的交易并行执行方法，具有通用性，而且支持面向复杂语义模型的区块链系统，参照此方法构建基于关联语义的交易依赖图，实现了交易并行执行，而不限制交易类型，可广泛适用于各种交易模型的区块链系统。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

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是本发明实施例的基于关联语义的区块链交易并行执行方法流程图；

图2是本发明实施例的全局串行化交易序列；

图3是基于图2所示的串行化序列建立的交易依赖图；

图4是基于图3建立的交易依赖图进行交易并行执行路径图；

图5是本发明实施例的基于关联语义的区块链交易并行执行装置结构示意图。

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。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种基于关联语义的区块链交易并行执行方法，其具体包括如下步骤：

步骤1：根据同一交易对象间以及不同交易对象间存在的关联语义，构建出基于语义的交易依赖图。

此处需要说明的是，有关联语义的交易包括两种：一种是区块内交易对象相同的交易，交易执行时会对同一交易对象的状态进行校验或变更，具有语义状态上的关联性；另一种是区块中交易的关联对象是其他交易的交易对象的情况，交易的执行需要校验交易关联对象语义状态的正确性。

为保证一致性，具有关联语义的交易需要按照顺序串行执行，无关联语义的交易可并行执行。

在具体实施中，所述基于语义的交易依赖图中包含同一交易对象内交易间的执行依赖关系、交易和以交易的发起方作为交易对象的交易间的执行依赖关系以及交易和以交易的合约作为交易对象的交易间的执行依赖关系。

针对所述交易的关联对象包括交易的发起方和交易调用的智能合约的情况进行公开阐释。例如，在一个区块中交易tx₁的交易发起方为a，执行校验条件为a的语义状态为s1；a同时作为tx₂的交易对象，执行时将变更a的语义状态，此时tx₁与tx₂是有关联语义的，需要按照特定顺序执行。又例如，在一个区块中，tx₃调用了合约c中定义的语义规则，在tx₄中合约c作为交易对象将对c的语义规则进行变更，此时，tx₃与tx₄是有关联语义的，需要按照特定顺序执行。如果有区块链交易场景涉及其他关联对象类型，可以参照本发明的发起方依赖关系、合约依赖关系建立方式，建立依赖关系，以实现基于关联语义的并行执行。

偏序关系是用来定义交易的执行顺序关系，有偏序关系的交易，先执行排在前面的交易，后执行排在后面的交易。例如：偏序关系用“<”来表示，如tx₁<tx₂，表示tx₁先执行，tx₂后执行。

其中，有偏序关系的交易，先执行排在前面的交易，后执行排在后面的交易。

具体地，同一交易对象内交易间的执行依赖关系的构建过程为：

将区块中包含的串行化交易列表，按照交易对象分成多个分支，每个分支内交易，按照交易在原始的串行化交易列表中的序号从小到大排序，每相邻两笔交易间有一个偏序关系，排在前面的先执行，排在后面的后执行，形成一个串行化执行序列。

具体地，交易和以交易的发起方作为交易对象的交易间的执行依赖关系的构建过程为：

依次判断分支内每笔交易tx的发起方是否是另一分支的交易对象，如果是，找到另一分支中比该交易序号小的最大交易序号对应的交易tx_i，建立偏序关系tx_i<tx，表示tx要在tx_i之后执行；找到另一分支中比该交易序号大的最小交易序号对应的交易tx_j，建立偏序关系tx<tx_j，表示tx_j要在tx之后执行。

具体地，交易的合约作为交易对象的交易间的执行依赖关系的构建过程为：

依次判断分支内每笔交易tx的合约是否是另一分支的交易对象，如果是，找到另一分支中比该交易序号小的最大交易序号对应的交易tx_i，建立偏序关系tx_i<tx，表示tx要在tx_i之后执行；找到另一分支中比该交易序号大的最小交易序号对应的交易tx_j，建立偏序关系tx<tx_j，表示tx_j要在tx之后执行。

步骤2：根据所述交易依赖图中的偏序关系，从各个交易对象分支中选取当前前置依赖交易已经执行完成的未执行交易，作为一组交易且并行执行该组的交易。

其中，前置依赖交易是指和本交易有偏序关系且排在本交易前面的交易。步骤3：上一组交易执行完成后，再从各个交易对象分支中选取当前前置依赖交易已经执行完成的未执行交易，作为下一组交易且并行执行，直到所有交易执行完成。

需要说明的是，该步骤中直至所有交易执行完成中所提及的所有交易，指的当前区块中的所有交易。

此处理解的是，选择当前前置依赖交易已经执行完成的所有交易时，可以先找出各个分支中未执行的第一笔交易，再从中选择其中前置依赖交易已经执行完成的交易作为当前组并行执行交易。

例如：在图2中包含11笔交易，第一行表示交易序号，第二行表示交易对象ID，第三行表示交易发送方ID，第四行表示交易合约ID，箭头表示两笔交易间的执行顺序，箭头前面的先于后面的。图中所示包含3个交易对象的交易，分别是id₁\id₂\id₃，其中交易3的发起方是id₁，交易8的合约是id₃，其余斜杠表示交易的发起方和交易合约是id₁\id₂\id₃之外的账户，没有作为本序列中交易的交易对象出现，不作明确标示。

如图3所示，是基于图2所示的串行化序列建立的交易依赖图，包含以下步骤：

第一步，按照交易对象划分分支，形成三个串行化序列id₁:{0<5<6<9}，id₂:{1<3<8<11}，id₃:{2<4<7<10}；

第二步，建立交易和以交易发起方作为交易对象的交易间的依赖关系。本示例中只有交易3的发起方id₁是其它分支的交易对象，找到id₁分支下比交易3小的最大交易序号0，建立偏序关系0<3，找到id₁分支下比交易3大的最小交易序号5，建立偏序关系3<5；

第三步，建立交易和以交易合约对象作为交易对象的交易间的依赖关系。本示例中只有交易8的合约对象id₃是其它分支的交易对象，找到id₃分支下比交易8小的最大交易序号7，建立偏序关系7<8，找到id₃分支下比交易8大的最小交易序号10，建立偏序关系8<10。

如图4所示，基于图3构建的交易依赖图进行交易并行执行的路径图，包含以下步骤：

第一轮，找出当前各分支未执行的第一笔交易，得到集合{0,1,2}，0,1,2都没有前置依赖交易，并行执行0,1,2；

第二轮，找出当前各分支未执行的第一笔交易，得到集合{5,3,4}，其中3,4的前置交易都已经执行完成，并行执行3,4；

第三轮，找出当前各分支未执行的第一笔交易，得到集合{5,8,7}，5,7的前置交易都已经执行完成，并行执行5,7；

第四轮，找出当前各分支未执行的第一笔交易，得到集合{6,8,10}，其中6,8的前置交易都已经执行完成，并行执行6,8；

第五轮，找出当前各分支未执行的第一笔交易，得到集合{9,11,10}，其中9,11,10的前置交易都已经执行完成，并行执行9,11,10。

此处可以理解的是，为了方便找出前置依赖交易全部执行完成的且未执行的交易时，只需要在每个分支的未执行的第一笔中，找前置依赖交易全部执行完成的即可。

在其他实施例中，找出前置依赖交易全部执行完成的且未执行的交易时，也可通过遍历所有的未执行交易的方式来查找。本领域技术人员可根据实际情况来具体选择，此处不再累述。

实施例二

如图5所示，本实施例提供了一种基于关联语义的区块链交易并行执行装置，其具体包括如下模块：

交易依赖图构建模块201，其用于：根据同一交易对象间以及不同交易对象间存在的关联语义，构建出基于语义的交易依赖图；

交易并行执行模块202，其用于：

根据所述交易依赖图中的偏序关系，从各个交易对象分支中选取当前前置依赖交易已经执行完成的未执行交易，作为一组交易且并行执行该组的交易；

上一组交易执行完成后，再从各个交易对象分支中选取当前前置依赖交易已经执行完成的未执行交易，作为下一组交易且并行执行，直到所有交易执行完成。

其中，前置依赖交易是指和本交易有偏序关系且排在本交易前面的交易。

具体地，交易依赖图建立模块201，负责将串行交易执行序列，变为并行交易执行序列。交易依赖图构建模块201包括：相同交易对象下交易间依赖关系建立模块2011、交易与交易发起方交易间依赖关系建立模块2012和交易与交易合约对象交易间依赖关系建立模块2013。

相同交易对象下交易间依赖关系建立模块2011，负责将区块中包含的串行化交易列表，按照交易对象分成多个分支，每个分支内交易，按照交易在原始的串行化交易列表中的顺序排序，形成一个串行化执行序列。

交易与交易发起方交易间依赖关系建立模块2012，负责给各分支中的交易和以交易的发起方作为交易对象的交易间建立依赖关系。

交易与交易合约对象交易间依赖关系建立模块2013，负责给各分支中的交易和以交易的合约对象作为交易对象的交易间建立依赖关系。

其中，所述交易并行执行模块202，负责基于交易依赖图，也即建立偏序关系后的并行分支，进行交易的并行执行。

实施例三

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的基于关联语义的区块链交易并行执行方法中的步骤。

实施例四

本实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的基于关联语义的区块链交易并行执行方法中的步骤。

本发明是参照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。

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。

Claims (10)

1.一种基于关联语义的区块链交易并行执行方法，其特征在于，包括：

根据同一交易对象间以及不同交易对象间存在的关联语义，构建出基于语义的交易依赖图；

根据所述交易依赖图中的偏序关系，从各个交易对象分支中选取当前前置依赖交易已经执行完成的未执行交易，作为一组交易且并行执行该组的交易；

上一组交易执行完成后，再从各个交易对象分支中选取当前前置依赖交易已经执行完成的未执行交易，作为下一组交易且并行执行，直到所有交易执行完成。

2.如权利要求1所述的基于关联语义的区块链交易并行执行方法，其特征在于，所述基于语义的交易依赖图中包含同一交易对象内交易间的执行依赖关系、交易和以交易的发起方作为交易对象的交易间的执行依赖关系以及交易和以交易的合约作为交易对象的交易间的执行依赖关系。

3.如权利要求2所述的基于关联语义的区块链交易并行执行方法，其特征在于，同一交易对象内交易间的执行依赖关系的构建过程为：

将区块中包含的串行化交易列表，按照交易对象分成多个分支，每个分支内交易，按照交易在原始的串行化交易列表中的序号从小到大排序，每相邻两笔交易间有一个偏序关系，排在前面的先执行，排在后面的后执行，形成一个串行化执行序列。

4.如权利要求2所述的基于关联语义的区块链交易并行执行方法，其特征在于，交易和以交易的发起方作为交易对象的交易间的执行依赖关系的构建过程为：

依次判断分支内每笔交易的发起方是否是另一分支的交易对象，如果是，找到另一分支中比该交易序号小的最大交易序号对应的交易并建立相应偏序关系，再找到另一分支中比该交易序号大的最小交易序号对应的交易并建立相应偏序关系。

5.如权利要求2所述的基于关联语义的区块链交易并行执行方法，其特征在于，交易的合约作为交易对象的交易间的执行依赖关系的构建过程为：

依次判断分支内每笔交易的合约是否是另一分支的交易对象，如果是，找到另一分支中比该交易序号小的最大交易序号对应的交易并建立相应偏序关系，再找到另一分支中比该交易序号大的最小交易序号对应的交易并建立相应偏序关系。

6.如权利要求1所述的基于关联语义的区块链交易并行执行方法，其特征在于，有偏序关系的交易，先执行排在前面的交易，后执行排在后面的交易；

或

从各个交易对象分支中选取当前前置依赖交易已经执行完成的未执行交易时，先找出各个分支中未执行的第一笔交易，再从中选择其中前置依赖交易已经执行完成的交易作为当前组并行执行交易。

7.一种基于关联语义的区块链交易并行执行装置，其特征在于，包括：

交易依赖图构建模块，其用于：根据同一交易对象间以及不同交易对象间存在的关联语义，构建出基于语义的交易依赖图；

交易并行执行模块，其用于：

根据所述交易依赖图中的偏序关系，从各个交易对象分支中选取当前前置依赖交易已经执行完成的未执行交易，作为一组交易且并行执行该组的交易；

上一组交易执行完成后，再从各个交易对象分支中选取当前前置依赖交易已经执行完成的未执行交易，作为下一组交易且并行执行，直到所有交易执行完成。

8.如权利要求7所述的基于关联语义的区块链交易并行执行装置，其特征在于，交易依赖图构建模块包括：相同交易对象下交易间依赖关系建立模块、交易与交易发起方交易间依赖关系建立模块和交易与交易合约对象交易间依赖关系建立模块。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的基于关联语义的区块链交易并行执行方法中的步骤。

10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-6中任一项所述的基于关联语义的区块链交易并行执行方法中的步骤。

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