CN114390097A - 基于消息队列的区块链运行方法、系统及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于区块链技术领域，尤其为一种基于消息队列的区块链运行方法、系统及其应用，该基于消息队列的区块链运行方法通过创建与区块链网络通信的消息队列服务器，使得区块链网络能够将消息打包成指定格式的数据传送到消息队列服务器，再由消息队列服务器将打包成指定格式的数据传送到对消息有需求的客户端，提高了获取消息的及时性，而在多个客户端都需要同一消息的情况下，避免区块链网络的网络开销和算力开销增高，降低区块链网络的运行压力。
Description
技术领域
本发明属于区块链技术领域，具体涉及一种基于消息队列的区块链运行方法、系统及其应用。
背景技术
区块链具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集体维护、公开透明等特点，其可以看作是一个分布式的共享账本和数据库，以区块链作为底层平台，能够开发出丰富的应用场景。
在日益复杂的区块链项目的使用场景中，用户对于获取上链消息的及时性以及多用户场景下同时获取消息的需求被频繁提出，一些使用场景对区块链的消息外传造成较大压力，导致区块链负担较重，并且传送消息效率较低。
发明内容
本发明旨在提供一种基于消息队列的区块链运行方法、系统及其应用，解决现有技术中区块链中的消息传送不具有实时性，以及在多个客户端都需要同一消息时，需要发送多笔相同的消息，导致增加区块链网络的网络开销和算力开销的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
提供一种基于消息队列的区块链运行方法，该方法用于客户端从区块链网络上获取消息，包括：
(1)创建与区块链网络通信的消息队列服务器；
(2)启动所述消息队列服务器；
(3)客户端和区块链的网络节点分别创建和所述消息队列服务器的连接；
(4)所述区块链网络将所述消息打包成指定格式的数据，然后指定消息主题，再发送到所述消息队列服务器；
(5)所述消息队列服务器根据不同的消息主题，将相应的打包成指定格式的数据传送到对该消息有需求的客户端。
优选的，所述消息队列服务器采用发布/订阅模式传送所述消息，其中，
区块链的各网络节点在所述消息队列服务器中注册消息发布用户端；
对所述消息有需求的客户端在所述消息队列服务器中注册消息订阅用户端；
对所述消息有需求的客户端通过相应的消息订阅用户端，指定该客户端需要在所述消息队列服务器中监听的消息主题；
区块链的网络节点通过消息发布用户端，将所述消息打包成指定格式的数据发送到所述消息队列服务器；
所述消息队列服务器根据客户端所订阅的消息主题，将收到的相应消息主题下的指定格式的数据发送到已经监听该消息主题的客户端。
优选的，所述消息为传送到所述区块链网络上的一个普通交易或智能合约调用交易。
优选的，当所述消息为智能合约调用交易，所述消息的传送方式如下：
原始请求客户端封装一笔智能合约调用交易发送到所述区块链网络，所述区块链网络对该比智能合约调用交易进行执行和共识，并执行相应智能合约得到智能合约执行结果；
所述区块链网络将所述智能合约执行结果打包成指定格式的数据发送到所述消息队列服务器；
所述消息队列服务器将所述智能合约执行结果传送到对该智能合约执行结果有需求的客户端。
优选的，所述区块链网络直接将所述智能合约执行结果返回给所述原始请求客户端。
本发明的第二方面是：
提供一种基于消息队列的区块链系统，包括区块链网络、与所述区块链网络通信的消息队列服务器，以及多个与所述区块链网络连接的客户端，所述区块链网络的各网络节点注册有与所述消息队列服务器交互的消息发布用户端，所述客户端注册有与所述消息队列服务器交互的消息订阅用户端。
本发明的第三方面是：
提供一种本发明第二方面基于消息队列的区块链系统的应用，用于供多个客户端获取智能合约执行结果，包括：原始请求客户端封装一笔智能合约调用交易发送到所述区块链网络，所述区块链网络对该比智能合约调用交易进行执行和共识，并执行相应智能合约得到智能合约执行结果；所述区块链网络将所述智能合约执行结果打包成指定格式的数据发送到所述消息队列服务器；所述消息队列服务器将所述智能合约执行结果传送到对该智能合约执行结果有需求的客户端。
本发明的第四方面是：
提供一种本发明第二方面基于消息队列的区块链系统的应用，用于供第一客户端获取第二客户端的位置信息，包括：所述第二客户端每隔一段时间向所述区块链网络发送自己当前位置信息的普通交易并在所述区块链网络进行共识后存储；所述第一客户端在所述消息队列服务器订阅有关所述第二客户端的位置信息的消息主题；在所述区块链网络每次完成所述第二客户端发送的关于所述第二客户端位置信息的普通交易共识后，通过所述消息队列服务器直接将所述第二客户端的位置信息发送给所述第一客户端，免去了所述第一客户端向所述区块链发起查询所述第二客户端位置信息的请求。
本发明的第五方面是：提供一种本发明第二方面基于消息队列的区块链系统的应用，用于供客户端获取所述区块链网络中的网络节点当前状态信息，包括：所述区块链网络中某网络节点每隔一段时间将自己当前状态信息发送到所述所述消息队列服务器，客户端在所述消息队列服务器订阅有关该网络节点的当前状态信息的消息主题，在该网络节点每次将当前状态信息发送到所述消息队列服务器后，通过所述消息队列服务器直接将该网络节点的当前状态信息发送给客户端。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于消息队列的区块链运行方法通过创建与区块链网络通信的消息队列服务器，使得区块链网络能够将消息打包成指定格式的数据传送到消息队列服务器，再由消息队列服务器将打包成指定格式的数据传送到对消息有需求的客户端，提高了获取消息的及时性，而在多个客户端都需要同一智能合约的执行结果情况下，避免区块链网络的网络开销和算力开销增高，降低区块链的运行压力，特别适于在密集型消息查询场景、智能合约执行结果的获取场景中使用。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明基于消息队列的区块链运行方法一实施例的流程图。
图2为本发明基于消息队列的区块链系统一实施例的架构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种基于消息队列的区块链运行方法，请参阅图1和图2。
该方法用于客户端从区块链网络上获取消息，如图1所示，该基于消息队列的区块链运行方法包括：
步骤S100、创建与区块链网络通信的消息队列服务器。
消息队列服务器为一个独立的数据库软件，可以用于存放区块链网络中的网络节点发送过来的数据，根据需求，消息队列服务器可以设置一个，也可以设置多个，区块链网络节点需要能够与消息队列服务器通信。
步骤S200、启动消息队列服务器。
步骤S300、客户端和区块链的网络节点分别创建和消息队列服务器的连接。
结合图2所示，本实施例中，消息队列服务器采用发布/订阅模式传送消息，其中，区块链的各网络节点在消息队列服务器中注册消息发布用户端，对消息有需求的客户端在消息队列服务器中注册消息订阅用户端，客户端为区块链下的各终端设备，通过这种方式，客户端和区块链的网络节点创建和消息队列服务器的连接。
这里的消息发布用户端、消息订阅用户端是指位于终端的操作软件，分别能够执行消息发布和消息订阅的功能。
步骤S400、区块链网络将消息打包成指定格式的数据，然后指定消息主题，再发送到消息队列服务器。
结合图2所示，在本步骤中，对消息有需求的客户端通过相应的消息订阅用户端，指定该客户端需要在消息队列服务器中监听的消息主题；区块链的网络节点通过消息发布用户端将消息打包成指定格式的数据发送到消息队列服务器。
这里的消息主题为消息服务器的某消息统一汇集地，消息队列服务器中设有多个用于存储不同消息的消息主题，相应的消息存储在对应的消息主题中，使得消息有序存储和取出。网络节点所打包的指定格式的数据可以为Key-Value数据。
步骤S500、消息队列服务器根据不同的消息主题，将相应的打包成指定格式的数据传送到对该消息有需求的客户端。
结合图2所示，本步骤具体执行中，消息队列服务器根据客户端所订阅的消息主题，将收到的相应消息主题下的指定格式的数据发送到已经监听该消息主题的客户端，而后，各个客户端可对接收的数据进行解析，并根据获得到的数据内容在业务层面做进一步的处理。
客户端属于被动的接受到指定消息主题的内容，使得客户端一旦指定消息主题后，后续就能够自动接收消息，提高消息接收的效率。
进一步的，该基于消息队列的区块链运行方法中，客户端从区块链网络上获取消息为传送到区块链网络上的一个普通交易或智能合约调用交易。
这里的普通交易或智能合约调用交易均为区块链上的数据。
当区块链网络中通过消息队列服务器传送的消息为传送到区块链网络上的一个普通交易，这种情况下，区块链网络相当于一个有很高安全性的数据库，普通交易存储在区块链网络中，供有需求的客户端调用。对于普通交易，目的是将想要存储的东西包装成交易发送到区块链网络进行存储，其存储流程如下：
(1)客户端发起一笔普通交易，发送到任一区块链网络节点(假如为网络节点A)上；
(2)区块链网络节点接收到该普通交易后，对该普通交易进行验证，确认该普通交易是否有效；
(3)确认有效后，节点将该普通交易广播发送给区块链网络上的其他网络节点；
(4)随后，区块链网络中的某个网络节点发起包含该笔普通交易的共识，并完成共识；
(5)各个网络节点将共识完成的普通交易存储在自己的数据库中。
对于智能合约调用交易，其目的是调用区块链网络上的某个智能合约，并得到智能合约的执行结果，智能合约调用交易的流程和普通交易类似，只是多了执行智能合约的步骤，具体如下：
(1)客户端发起一笔智能合约调用交易，发送到任一区块链网络节点(设为节点A)上；
(2)区块链网络节点接收到该智能合约调用交易后，对该智能合约调用交易进行验证，确认该智能合约调用交易是否有效；
(3)确认有效后，节点将该智能合约调用交易广播发送给区块链网络上的其他网络节点；
(4)各个网络节点发现这是一笔智能合约调用交易，便根据交易数据执行智能合约，得到智能合约执行结果，如果区块链网络中的网络节点对智能合约的执行结果达成一致，那么共识完成；
这里，区块链网络对智能合约调用交易共识过程中，解析该智能合约调用交易的参数得到需要调用的智能合约的名称和该智能合约所需的参数信息，区块链网络中的各网络节点将调用的信息和参数信息传入到虚拟机这一执行环境中执行，之后得到智能合约的执行结果并进行共识。
(5)随后，区块链网络中的某个网络节点发起包含该笔智能合约调用交易的共识；
(6)各个网络节点将共识完成的智能合约调用交易存储在自己的数据库中。
具体的，以消息为智能合约执行结果为例，消息的传送方式如下：
原始请求客户端封装一笔调用指定智能合约的交易发送到区块链网络，区块链网络对该比交易进行共识和执行，得到智能合约的执行结果；
区块链网络将执行结果打包成指定格式的数据发送到消息队列服务器；
消息队列服务器将执行结果传送到对该执行结果有需求的客户端。
这里，由区块链网络直接将执行结果返回给原始请求客户端，也可以由消息队列服务器将执行结果返回给原始请求客户端。
实施例2
一种基于消息队列的区块链系统，请参阅图2。
如图2所示，该基于消息队列的区块链系统包括区块链网络、与区块链网络通信的消息队列服务器，以及多个能够与消息队列服务器通信的客户端，其中，区块链网络的各网络节点注册有与消息队列服务器交互的消息发布用户端，客户端注册与与消息队列服务器交互的消息订阅用户端。
这里，客户端位于区块链网络的链下，网络节点位于区块链网络上组成区块链网络。
该基于消息队列的区块链系统可用于向客户端传送数据，这里的数据可以为一个普通交易或智能合约调用交易。
实施例3
一种基于消息队列的区块链系统的应用，用于供多个客户端获取智能合约调用交易，包括：原始请求客户端封装一笔智能合约调用交易发送到区块链网络，区块链网络对该比智能合约调用交易进行执行和共识；区块链网络将智能合约执行结果打包成指定格式的数据发送到消息队列服务器；消息队列服务器将智能合约执行结果传送到对该智能合约执行结果有需求的客户端。
传统的智能合约调用交易的获取场景是：某客户端发起智能合约调用交易，只有该客户端能够得到合约执行结果。而对于多个客户端都需要得到该智能合约执行结果的情况，传统的模式就需要各个客户端都发送一笔一模一样的智能合约调用交易，区块链的网络节点就会重复执行多次该合约，耗时且耗资源。
在本应用中，使用消息队列服务器后，将智能合约调用交易执行结果通过消息队列发出去，发起交易的客户端仍可以用原本方式获取智能合约调用交易的执行结果，其他的客户端可以通过消息队列服务器得到智能合约调用交易的执行结果，无需再次发送一样的交易。
实施例4
一种基于消息队列的区块链系统的应用，用于供第一客户端获取第二客户端的位置信息，包括：第二客户端每隔一段时间向区块链网络发送自己当前位置信息的普通交易并在区块链网络进行共识后存储；第一客户端在消息队列服务器订阅有关第二客户端的位置信息的消息主题；在区块链网络每次完成第二客户端发送的关于第二客户端位置信息的普通交易共识后，通过消息队列服务器直接将第二客户端的位置信息发送给第一客户端，免去了第一客户端向区块链发起查询第二客户端位置信息的请求。
对于该应用，以下面的场景来进行具体说明：
以汽车的实时位置为例，汽车A每隔10毫秒向区块链网络发送自己当前位置信息的普通交易并进行共识后存储，汽车B若要获取汽车A的实时位置信息，传统的方式是：汽车B向区块链网络中某一网络节点发起对汽车A的位置信息的数据查询请求，该网络节点读取自己本地的数据库得到结果，然后将该查询结果返回给汽车B。在汽车A高密度发送位置信息的情况下，汽车B就需要高密度地向区块链网络节点请求数据，会造成区块链网络节点高密度地读取数据库，其数据库负载会增加。
在本应用中，使用消息队列服务器，汽车B只需要订阅有关汽车A位置信息的队列，就可以在完成汽车A发送的关于自己位置信息的普通交易共识后，通过消息队列直接发送给汽车B，免去了汽车B发起查询请求。
实施例5
一种基于消息队列的区块链系统的应用，用于供客户端获取区块链网络中的网络节点当前状态信息，包括：区块链网络中某网络节点每隔一段时间将自己当前状态信息发送到消息队列服务器，客户端在消息队列服务器订阅有关该网络节点的当前状态信息的消息主题，在该网络节点每次将当前状态信息发送到消息队列服务器后，通过消息队列服务器直接将该网络节点的当前状态信息发送给客户端。
这里，网络节点当前状态信息包括网络节点当前连接的其他网络节点列表，或者某一网络节点连接的网络节点列表变化情况。对于该应用，其意义在于能够监控区块链的运行情况。
这是由于，区块链网络中的节点通过点对点的形式相互连接，构成一个区块链网络，每个网络节点都各自维护了自己目前所连接的网络节点列表，由于区块链网络中的网络节点随时可能发生变化(例如与区块链网络断开连接、网络节点突然崩溃)，因此每个网络节点维护的网络节点列表也是随时变化的。
当客户端需要知道某一网络节点当前连接的其他网络节点列表，或者客户端需要知道某一网络节点连接的网络节点列表变化情况的需求的时候，使用消息队列服务器，能够将某网络节点所维护的网络节点列表在变化的时候及时地发送到消息队列服务器的消息队列中，供客户端使用。
使用这样的方式有两个好处：第一，使客户端从外部获取区块链网络连接状况提供了可能；第二，该实现方式是由区块链网络节点内部向外部主动推送的消息，消息的内容及权限掌握在网络节点自己手中，避免出现从客户端角度做查询造成的数据泄露或者权限设置不明确等问题。
当然，网络节点当前状态信息不仅仅包括网络节点当前连接的其他网络节点列表，或者某一网络节点连接的网络节点列表变化情况，对于想要获取网络节点其他当前状态信息，都可以使用这种方式。
上述基于消息队列的区块链运行方法及系统具有以下特性：
1、消息及时性：
通过设置消息队列服务器，使得区块链网络具有消息外推机制，给客户端获取区块链网络的数据和消息提供了及时性，其具体体现主要有以下两点：(1)从单一客户端角度来看，在传统的交易执行流程中，客户端从发起交易请求到获取到执行结果的回复，需要至少经历共识、执行、同步、数据落盘等一些列操作，而在区块链中加入消息外推机制后，客户端执行相同的操作后，只需要等待共识、执行等操作后即可及时拿到返回结果。使用消息外推机制后，区块链客户端只需要注册消息队列的消息发布用户端，并监听相应的消息主题后，便可以被动地、及时地接收到区块链网络中的已经改变或者更新的消息或数据，免去了主动查找的费时操作，也降低了数据库的查询压力。
(2)从多客户端角度来看，在传统的交易执行流程中，若多个客户端都想要得到某个交易的执行结果(共识结果)，其方法无非两种：一种是链上的多次操作，即多个客户端分别向区块链网络发送交易的请求，而后分别获得相应的交易执行结果，这无疑增加了区块链网络的负载；另一种是链下的多次操作，即指定其中一个客户端向区块链发起一次交易请求，该客户端获取到该交易共识后的结果，将该共识后的结果分别发送给其他需要该结果的客户端，这增加了整个链下客户端的时间开销，消息及时性较低。而在区块链网络中加入消息外推机制后，多个客户端只需要实现决定好需要监听的消息队列的主题，然后指定其中一个客户端向区块链发起一次交易共识的请求，然后由区块链网络将消息通过消息队列服务器发送给所有监听该消息主题的客户端即可。这种模式不仅解决了传统方式多次重复的区块链网络请求，同时也解决了传统方式下的链下客户端消息分发造成的消息不及时问题。
2、架构通用性：
消息队列服务器形成的消息外推机制的设计，是提供一个独立于区块链网络的可插拔组件，因此消息队列服务器也可以为区块链网络中的其他组件提供定制化的服务，体现其设计架构上的通用性，也就是消息队列服务器能够实现多种应用形式。
3、数据保密性
在消息外推机制中，消息队列服务器本身只是作为了一个区块链网络和客户端之间消息分发的角色，不对数据进行保存和解析。客户端若想及时获取到区块链上的数据，都需要在消息队列服务器中注册一个消息接收客户端，同时需要指定自己需要订阅的消息主题，而对于所订阅的消息主题，消息队列服务没有特定的命名规则，只要消息发布客户端和消息接收客户端所指定的消息主题能够匹配即可分发相应的消息到相应的客户端。因此，作为链下的客户端，需要他们私下事先商量好自己需要通过消息外推共享的即时消息的消息主题的名称，然后通过交易的形式发送到区块链网络当中；同时也只有知道指定消息主题的客户端才能获取到指定的消息内容，没有指定消息主题的客户端不会接收到这些消息，完成了消息的隔离。因此，在对区块链网络加入消息外推机制后，数据保密性仍然会得到保障。
需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种基于消息队列的区块链运行方法，其特征在于，该方法用于客户端从区块链网络上获取消息，包括：
（1）创建与区块链网络通信的消息队列服务器；
（2）启动所述消息队列服务器；
（3）客户端和区块链的网络节点分别创建和所述消息队列服务器的连接；
（4）所述区块链网络将所述消息打包成指定格式的数据，然后指定消息主题，再发送到所述消息队列服务器；
（5）所述消息队列服务器根据不同的消息主题，将相应的打包成指定格式的数据传送到对该消息有需求的客户端。
2.根据权利要求1所述的基于消息队列的区块链运行方法，其特征在于：
所述消息队列服务器采用发布/订阅模式传送所述消息，其中，
区块链的各网络节点在所述消息队列服务器中注册消息发布用户端；
对所述消息有需求的客户端在所述消息队列服务器中注册消息订阅用户端；
对所述消息有需求的客户端通过相应的消息订阅用户端，指定该客户端需要在所述消息队列服务器中监听的消息主题；
区块链的网络节点通过消息发布用户端，将所述消息打包成指定格式的数据发送到所述消息队列服务器；
所述消息队列服务器根据客户端所订阅的消息主题，将收到的相应消息主题下的指定格式的数据发送到已经监听该消息主题的客户端。
3.根据权利要求1所述的基于消息队列的区块链运行方法，其特征在于：所述消息为传送到所述区块链网络上的一个普通交易的附带信息或智能合约调用交易的智能合约执行结果。
4.根据权利要求3所述的基于消息队列的区块链运行方法，其特征在于：
当所述消息为智能合约调用交易，所述消息的传送方式如下：
原始请求客户端封装一笔智能合约调用交易发送到所述区块链网络，所述区块链网络对该比智能合约调用交易进行执行和共识，并执行相应智能合约得到智能合约执行结果；
所述区块链网络将所述智能合约执行结果打包成指定格式的数据发送到所述消息队列服务器；
所述消息队列服务器将所述智能合约执行结果传送到对该智能合约执行结果有需求的客户端。
5.根据权利要求4所述的基于消息队列的区块链运行方法，其特征在于：所述区块链网络直接将所述智能合约执行结果返回给所述原始请求客户端。
6.一种基于消息队列的区块链系统，其特征在于，包括区块链网络、与所述区块链网络通信的消息队列服务器，以及多个与所述区块链网络连接的客户端，所述区块链网络的各网络节点注册有与所述消息队列服务器交互的消息发布用户端，所述客户端注册有与所述消息队列服务器交互的消息订阅用户端。
7.权利要求6所述的基于消息队列的区块链系统的应用，其特征在于，用于供多个客户端获取智能合约执行结果，包括：原始请求客户端封装一笔智能合约调用交易发送到所述区块链网络，所述区块链网络对该比智能合约调用交易进行执行和共识，并执行相应智能合约得到智能合约执行结果；所述区块链网络将所述智能合约执行结果打包成指定格式的数据发送到所述消息队列服务器；所述消息队列服务器将所述智能合约执行结果传送到对该智能合约执行结果有需求的客户端。
8.权利要求6所述的基于消息队列的区块链系统的应用，其特征在于，用于供第一客户端获取第二客户端的位置信息，包括：所述第二客户端每隔一段时间向所述区块链网络发送自己当前位置信息的普通交易并在所述区块链网络进行共识后存储；所述第一客户端在所述消息队列服务器订阅有关所述第二客户端的位置信息的消息主题；在所述区块链网络每次完成所述第二客户端发送的关于所述第二客户端位置信息的普通交易共识后，通过所述消息队列服务器直接将所述第二客户端的位置信息发送给所述第一客户端，免去了所述第一客户端向所述区块链发起查询所述第二客户端位置信息的请求。
9.权利要求6所述的基于消息队列的区块链系统的应用，其特征在于，用于供客户端获取所述区块链网络中的网络节点当前状态信息，包括：所述区块链网络中某网络节点每隔一段时间将自己当前状态信息发送到所述所述消息队列服务器，客户端在所述消息队列服务器订阅有关该网络节点的当前状态信息的消息主题，在该网络节点每次将当前状态信息发送到所述消息队列服务器后，通过所述消息队列服务器直接将该网络节点的当前状态信息发送给客户端。
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