CN115150395A - 一种基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器 - Google Patents
一种基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器，包括防护加速器以及配套的控制台。防护加速器包括：加速模块，基于批量调度思想将符合条件的交易合并成批量交易发送至区块链网络；防护模块，基于流量管理思想使最终到达区块链网络的流量是均匀且在网络承受范围内的。控制台包括：监控信息查询模块，提供监控以及事件的查询以及可视化；规则配置管理模块，提供规则以及配置的查询和编辑功能。本发明提供的防护加速器及其控制台提供了便捷、易用的方案帮助区块链应用开发者在不更改HyperledgerFabric区块链平台配置的前提下实现对更大吞吐量以及更高稳定性表现的支持。
Description
技术领域
本发明涉及区块链、批量调度、流量管理领域，具体为一种基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器，用于提高区块链平台吞吐量以及稳定性表现。
背景技术
区块链技术作为一种多方信任问题的解决方案，其应用范围随着数字经济的蓬勃发展不断扩展到各个领域。但由于区块链技术是为没有受信任方和中央管理的场景设计的，所以为了保证数据的不变性和安全性，区块链的交易必须通过共识协议达成信息的一致。而在这一流程中又包含了广播通信、信息加解密、交易验证等环节，这些环节最终不可避免地导致了相较于传统存储系统区块链系统中交易的吞吐量和延迟处于劣势。
而交易的吞吐量和延迟一直是评估系统性能的关键指标。在将区块链技术尝试应用到不同领域的过程中，相较于延迟，吞吐量指标成为了更大的问题。同时吞吐量上的劣势也使得区块链技术在应用于具有较高流量的场景时存在着较高的服务宕机隐患，因此其稳定性同样得不到保障。
为了应对这些挑战，出现了许多区块链平台。其中Hyperledger Fabric使用集成架构来构建企业级区块链应用程序和解决方案。该架构具有高度模块化和可配置的特点。并且支持使用通用编程语言编写的智能合约，可以为各行各业的业务提供创新性、多样性和更好的优化。同时由于独特的共识协议和架构，Hyperledger Fabric的各项性能指标也处于较优秀的水平，逐渐成为企业级区块链应用的首选。
即便如此，Hyperledger Fabric也并没有完全解决上述挑战。区块链平台的交易吞吐量依然是制约该技术在各种领域进一步应用的限制性因素。而在稳定性方面，由于区块链平台往往起到存储、共享数据的作用。因此往往位于整个应用系统中的较为关键的位置。加上近年来越来越多的系统出于对敏捷性、可扩展性等特性的追求，转而拥抱微服务架构等更合适但也更复杂的架构，这些复杂的系统架构。使得任何位置的局部故障都有可能会通过调用网络等引起的连锁反应最终将故障传导到区块链平台，出现大量的请求堆积，甚至可能导致平台的崩溃。而一旦区块链平台发生崩溃，由于其所处的位置的关键性往往会使整个系统的关键功能受到影响。因此区块链平台的稳定性问题同样值得关注。
综上，当前的Hyperledger Fabric区块链平台并不能很好地满足当下应用对吞吐量以及稳定性需求。这严重限制了区块链技术的推广使用和大规模落地。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器，在无需更改Hyperledger Fabric区块链平台配置的前提下实现对更大吞吐量以及更高稳定性表现的支持，进一步包括：
规则配置管理模块，用于提供规则以及配置的查询和编辑功能，具体为在用户通过控制台确定了防护加速器的配置和规则之后，将配置和配置下发到防护加速器，由防护加速器加载并实时应用。
加速模块，基于批量调度的思想将符合条件的交易合并成批量交易发送至区块链网络，实现加速功能，具体为将收到的请求依次通过加速处理链的各个插槽，从而将符合条件的请求合并发送并记录信息。
防护模块，基于流量管理思想使最终到达区块链网络的流量是均匀且在网络承受范围内的，具体为将收到的请求依次通过防护处理链的各个插槽，从而依照规则对请求进行通过或拒绝的处理以调控流量并记录信息。
监控信息查询模块，提供监控以及事件的查询以及可视化，具体为将从防护加速器处收集到的监控和事件信息存储至不同的数据库，并提供各种维度的查询与可视化图表展示。
优选的，所述规则配置管理模块包括：
基于控制台网页的规则管理；
基于控制台网页的配置管理；
基于Netty的通讯部分。
优选的，所述加速模块包括：
批量调度处理链；
动态的规则、配置加载功能。
优选的，所述批量调度处理链进一步包括：
数据插槽，实现信息记录；
分类插槽，实现请求分类；
自适应插槽，实现批量值自适应；
聚合插槽，实现合并请求；
路由插槽，实现发送请求。
优选的，所述防护模块包括：
流量管理处理链；
动态的规则、配置加载功能。
优选的，所述流量管理处理链进一步包括：
节点插槽，实现节点树维护；
数据插槽，实现信息记录；
流控插槽，实现限流和匀速排队功能；熔断插槽，实现熔断功能。
优选的，所述监控信息查询模块包括：多维度监控查询；
事件查询；
基于Netty的通讯部分。
一种基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器的使用方法，使用过程如下：
步骤S100，将区块链应用开发者通过控制台确定的配置和规则分发到各个防护加速器中并完成加载。
步骤S100具体包括步骤：
步骤S101，区块链应用开发者通过基于React的控制台前端界面确定配置和规则；
步骤S102，前端界面将请求发送到基于SpringBoot的控制台后端，将配置和规则通过数据库进行持久化存储；
步骤S103，控制台后端将配置和规则通过基于Netty的通讯部分发送到各个防护加速器节点；
步骤S104，防护加速器将收到的配置和规则实时加载进批量调度处理链以及流量管理处理链中。
步骤S200，当已接入防护加速器的应用发送请求时，对请求进行批量调度处理。
步骤S200具体包括步骤：
步骤S201，请求到达加速模块，随后传入批量调度处理链的第一个插槽，数据插槽。该插槽根据请求的信息构建对应的统计结构后并往下传递；
步骤S202，请求到达分类插槽，该插槽根据请求的链码名、函数名、背书策略等将请求分类后并往下传递；
步骤S203，请求到达自适应插槽，该插槽根据规则结合统计结构集合中的当前流量信息自适应地调整批量值并往下传递；
步骤S204，请求到达聚合插槽，该插槽将分类后的同类请求按照批量值合并成一个包含多个请求信息的批量请求并往下传递；
步骤S205，请求到达路由插槽，该插槽将批量请求通过防护模块判断后，通过Hyperledger FabricSDK发送往Hyperledger Fabric区块链网络。
步骤S300，对成批处理后的请求进行基于流量管理的处理。
步骤S300具体包括步骤：
步骤S301，请求到达防护模块，随后传入流量管理处理链的第一个插槽，节点插槽。该插槽根据请求的链码名、函数名构建节点树并往下传递；
步骤S302，请求到达数据插槽，该插槽根据请求的信息构建对应的统计结构后并往下传递；
步骤S303，请求到达流控插槽，该插槽会根据请求信息筛选出对应的规则列表并借助统计结构中的当前流量信息逐一判断规则做出拒绝或是通过的处理，通过后继续往下传递，否则中断流程；
步骤S304，请求到达熔断插槽，该插槽会根据请求信息筛选出熔断器，再根据熔断器的状态做出拒绝或是通过的处理，通过后继续往下传递，否则中断流程；
步骤S400，提供控制台页面，展示防护加速器的流量、配置、规则信息，区块链应用开发者可以通过该网页观察和干预防护加速器的行为。
步骤S400具体包括步骤：
步骤S401，两个处理链中的数据插槽将统计结构中的流量信息整理后上传至InfluxDB数据库。
步骤S402，用户打开网页，选择查看特定维度的监控、事件或是规则、配置。对于监控信息，控制台从InfluxDB数据库中查询对应信息按要求后聚合并以曲线图的形式展示；对于规则信息，控制台从数据库中查询对应规则并展示；对于配置信息，控制台从各个防护加速器节点收集配置信息后展示；
步骤S403，用户修改规则或是配置。对于规则修改，控制台持久化修改后的规则，并将规则下发到各个防护加速节点加载；对于配置修改，控制台不做持久化，直接下发到各个防护加速节点。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果在于：
1、本发明提供便于接入应用的防护加速器及其控制台，以可交互的方式提供防护加速服务，结合Hyperledger Fabric、SpringBoot、Netty、React、InfluxDB等多种技术帮助用户在不更改Hyperledger Fabric区块链平台配置的前提下实现对更大吞吐量以及更高稳定性表现的支持；
2、由于本发明在起到加速防护的同时封装了与Hyperledger Fabric区块链网络的操作，一定程度上降低了Hyperledger Fabric区块链应用的开发门槛；
3、提供了可视化的界面用于展示监控信息，帮助用户了解应用的流量信息，并辅助用户对配置和规则的抉择。
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是本发明一种基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器的流程图；
图2是本发明实施例的总体架构设计图；
图3是本发明实施例的物理部署图。
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。
本文使用术语“Hyperledger Fabric”。Hyperledger Fabric旨在作为开发模块化体系结构的区块链应用程序的基础，以便诸如共识和会员服务等组件可以即插即用。它使用容器技术来托管构成系统应用逻辑的智能合约(也称为链代码)。简而言之，HyperledgerFabric是为企业构建的领先的开源、通用区块链结构
本文使用术语“链码”。链码，指由开发人员编写的应用程序代码，提供分布式账本的状态处理逻辑。
本文使用术语“背书”。背书是指特定节点执行链码交易并返回一个提案响应给客户端应用的过程。
本文使用术语“背书策略”。背书策略定义了在交易被加入账本之前，哪些节点需要进行背书，就交易结果达成一致。
本文使用术语“InflusDB数据库”。InfluxDB是一款开源的时序数据库，用于存储大规模的时序数据。
本文使用术语“Netty”。Netty是开源的一个高性能、异步事件驱动的NIO框架，提供了对TCP、UDP和文件传输的支持。
本文使用术语“React”。React框架是一个用于构建用户界面的JavaScript库，具有声明式、高效以及灵活的优势。
实施例1：一种基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器，在无需更改Hyperledger Fabric区块链平台配置的前提下实现对更大吞吐量以及更高稳定性表现的支持，进一步包括：
规则配置管理模块，用于提供规则以及配置的查询和编辑功能，具体为在用户通过控制台确定了防护加速器的配置和规则之后，将配置和配置下发到防护加速器，由防护加速器加载并实时应用。
加速模块，基于批量调度的思想将符合条件的交易合并成批量交易发送至区块链网络，实现加速功能，具体为将收到的请求依次通过加速处理链的各个插槽，从而将符合条件的请求合并发送并记录信息。
防护模块，基于流量管理思想使最终到达区块链网络的流量是均匀且在网络承受范围内的，具体为将收到的请求依次通过防护处理链的各个插槽，从而依照规则对请求进行通过或拒绝的处理以调控流量并记录信息。
监控信息查询模块，提供监控以及事件的查询以及可视化，具体为将从防护加速器处收集到的监控和事件信息存储至不同的数据库，并提供各种维度的查询与可视化图表展示。
规则配置管理模块包括：
基于控制台网页的规则管理，提供规则的增删改查；
基于控制台网页的配置管理，提供配置的查询和修改；
基于Netty的通讯部分，支持控制台与防护加速器的通讯。
加速模块包括：
批量调度处理链，提供加速功能；
动态的规则、配置加载功能。
批量调度处理链进一步包括：
数据插槽，将请求的实时流量信息记录；
分类插槽，根据请求的链码名、函数名、背书策略等将请求分类；
自适应插槽，根据规则结合当前流量信息自适应地调整批量值；
聚合插槽，在分类后的请求达到批量值后将请求合并成批量请求；
路由插槽，将批量请求通过Hyperledger FabricSDK发送。
防护模块包括：
流量管理处理链，提供防护功能；
动态的规则、配置加载功能。
流量管理处理链进一步包括：
节点插槽，根据请求的链码名、函数名构建节点树；
数据插槽，将请求的实时流量信息记录；
流控插槽，根据规则结合当前流量信息对请求做出通过或拒绝处理；
熔断插槽，根据Hyperledger Fabric区块链网络的状态控制熔断器的状态，从而对请求做出通过或拒绝处理。
监控信息查询模块包括：
基于控制台网页的多维度监控查询，提供全局、特定类型、特定函数等维度的查询；
基于控制台网页的事件查询，提供限流事件、熔断事件、自适应事件的查询；
基于Netty的通讯部分，支持控制台与防护加速器的通讯。
实施例2：请参阅图1，本实施例的技术方案提出了一种基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器，该防护加速器从用户侧出发，帮助用户在无需更改Hyperledger Fabric区块链平台配置的前提下实现对更大吞吐量以及更高稳定性表现的支持，具体使用过程包括如下步骤：
步骤S100，将区块链应用开发者通过控制台确定的配置和规则分发到各个防护加速器中并完成加载。
步骤S100具体包括步骤：
步骤S101，区块链应用开发者通过基于React的控制台前端界面确定配置和规则；
步骤S102，前端界面将请求发送到基于SpringBoot的控制台后端，将配置和规则通过数据库进行持久化存储；
步骤S103，控制台后端将配置和规则通过基于Netty的通讯部分发送到各个防护加速器节点；
步骤S104，防护加速器将收到的配置和规则实时加载进批量调度处理链以及流量管理处理链中。
步骤S200，当已接入防护加速器的应用发送请求时，对请求进行批量调度处理。
步骤S200具体包括步骤：
步骤S201，请求到达加速模块，随后传入批量调度处理链的第一个插槽，数据插槽。该插槽根据请求的信息构建对应的统计结构后并往下传递；
步骤S202，请求到达分类插槽，该插槽根据请求的链码名、函数名、背书策略等将请求分类后并往下传递；
步骤S203，请求到达自适应插槽，该插槽根据规则结合统计结构集合中的当前流量信息自适应地调整批量值并往下传递；
步骤S204，请求到达聚合插槽，该插槽将分类后的同类请求按照批量值合并成一个包含多个请求信息的批量请求并往下传递；
步骤S205，请求到达路由插槽，该插槽将批量请求通过防护模块判断后，通过Hyperledger FabricSDK发送往Hyperledger Fabric区块链网络。
步骤S300，对成批处理后的请求进行基于流量管理的处理。
步骤S300具体包括步骤：
步骤S301，请求到达防护模块，随后传入流量管理处理链的第一个插槽，节点插槽。该插槽根据请求的链码名、函数名构建节点树并往下传递；
步骤S302，请求到达数据插槽，该插槽根据请求的信息构建对应的统计结构后并往下传递；
步骤S303，请求到达流控插槽，该插槽会根据请求信息筛选出对应的规则列表并借助统计结构中的当前流量信息逐一判断规则做出拒绝或是通过的处理，通过后继续往下传递，否则中断流程；
步骤S304，请求到达熔断插槽，该插槽会根据请求信息筛选出熔断器，再根据熔断器的状态做出拒绝或是通过的处理，通过后继续往下传递，否则中断流程；
步骤S400，提供控制台页面，展示防护加速器的流量、配置、规则信息，区块链应用开发者可以通过该网页观察和干预防护加速器的行为。
步骤S400具体包括步骤：
步骤S401，两个处理链中的数据插槽将统计结构中的流量信息整理后上传至InfluxDB数据库。
步骤S402，用户打开网页，选择查看特定维度的监控、事件或是规则、配置。对于监控信息，控制台从InfluxDB数据库中查询对应信息按要求后聚合并以曲线图的形式展示；对于规则信息，控制台从数据库中查询对应规则并展示；对于配置信息，控制台从各个防护加速器节点收集配置信息后展示；
步骤S403，用户修改规则或是配置。对于规则修改，控制台持久化修改后的规则，并将规则下发到各个防护加速节点加载；对于配置修改，控制台不做持久化，直接下发到各个防护加速节点。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。
最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)
1.一种基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器，其特征在于，所述加速器包括：
规则配置管理模块，用于提供规则以及配置的查询和编辑功能；
加速模块，基于批量调度的思想将符合条件的交易合并成批量交易发送至区块链网络，实现加速功能；
防护模块，基于流量管理思想通过流量限流、匀速排队、熔断功能，使得最终到达区块链网络的流量是均匀且在承受范围内；
监控信息查询模块，用于提供监控以及事件的查询以及可视化。
2.根据权利要求1所述的一种基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器，其特征在于，所述规则配置管理模块，包括规则的管理、配置的管理以及基于Netty的通讯部分。
3.根据权利要求1所述的一种基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器，其特征在于，所述加速模块包括：批量调度处理链，将符合要求的请求合并成批量请求发送，并记录信息；动态的规则、配置加载功能，所述批量调度处理链，包括实现信息记录的数据插槽、实现请求分类的分类插槽、实现批量值自适应的自适应插槽、实现合并请求的聚合插槽以及实现发送请求的路由插槽。
4.根据权利要求1所述的一种基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器，其特征在于，所述防护模块包括：
流量管理处理链，将流量根据规则进行通过或是拒绝处理；
动态的规则、配置加载功能；所述流量管理处理链，包括实现节点树维护的节点插槽、实现信息记录的数据插槽、实现限流和匀速排队功能的流控插槽以及实现熔断功能的熔断插槽。
5.根据权利要求1所述的一种基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器，其特征在于，所述监控信息查询模块，包括多维度监控查询、事件查询以及基于Netty的通讯部分。
6.一种基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器的使用方法，其特征在于，采用权利要求1-5任意一项所述的基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器，具体步骤如下：
步骤S100，将区块链应用开发者通过控制台确定的配置和规则分发到各个防护加速器中并完成加载；
步骤S200，当已接入防护加速器的应用发送请求时，对请求进行批量调度处理；
步骤S300，对成批处理后的请求进行基于流量管理的处理；
步骤S400，提供控制台页面，展示防护加速器的流量、配置、规则信息，区块链应用开发者可以通过该网页观察和干预防护加速器的行为。
7.根据权利要求6所述的基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器的使用方法，其特征在于，步骤S100实现过程如下：
步骤S101，区块链应用开发者通过基于React的控制台前端界面确定配置和规则；
步骤S102，前端界面将请求发送到基于SpringBoot的控制台后端，将配置和规则通过数据库进行持久化存储；
步骤S103，控制台后端将配置和规则通过基于Netty的通讯部分发送到各个防护加速器节点；
步骤S104，防护加速器将收到的配置和规则实时加载进批量调度处理链以及流量管理处理链中。
8.根据权利要求6所述的基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器的使用方法，其特征在于，步骤S200实现过程如下：
步骤S201，请求到达加速模块，随后传入批量调度处理链的第一个插槽，数据插槽，该插槽根据请求的信息构建对应的统计结构后并往下传递；
步骤S202，请求到达分类插槽，该插槽根据请求的链码名、函数名、背书策略等将请求分类后并往下传递；
步骤S203，请求到达自适应插槽，该插槽根据规则结合统计结构集合中的当前流量信息自适应地调整批量值并往下传递；
步骤S204，请求到达聚合插槽，该插槽将分类后的同类请求按照批量值合并成一个包含多个请求信息的批量请求并往下传递；
步骤S205，请求到达路由插槽，该插槽将批量请求通过防护模块判断后，通过Hyperledger FabricSDK发送往Hyperledger Fabric区块链网络。
9.根据权利要求6所述的基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器的使用方法，其特征在于，步骤S300实现过程如下：
步骤S301，请求到达防护模块，随后传入流量管理处理链的第一个插槽，节点插槽，该插槽根据请求的链码名、函数名构建节点树并往下传递；
步骤S302，请求到达数据插槽，该插槽根据请求的信息构建对应的统计结构后并往下传递；
步骤S303，请求到达流控插槽，该插槽会根据请求信息筛选出对应的规则列表并借助统计结构中的当前流量信息逐一判断规则做出拒绝或是通过的处理，通过后继续往下传递，否则中断流程；
步骤S304，请求到达熔断插槽，该插槽会根据请求信息筛选出熔断器，再根据熔断器的状态做出拒绝或是通过的处理，通过后继续往下传递，否则中断流程。
10.根据权利要求6所述的基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器的使用方法，其特征在于，
步骤S400实现过程如下：
步骤S401，两个处理链中的数据插槽将统计结构中的流量信息整理后上传至InfluxDB数据库,
步骤S402，用户打开网页，选择查看特定维度的监控、事件或是规则、配置,对于监控信息，控制台从InfluxDB数据库中查询对应信息按要求后聚合并以曲线图的形式展示；对于规则信息，控制台从数据库中查询对应规则并展示；对于配置信息，控制台从各个防护加速器节点收集配置信息后展示；
步骤S403，用户修改规则或是配置，对于规则修改，控制台持久化修改后的规则，并将规则下发到各个防护加速节点加载；对于配置修改，控制台不做持久化，直接下发到各个防护加速节点。
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| CN202210641441.4A CN115150395B (zh) | 2022-06-08 | 2022-06-08 | 一种基于批量调度的Hyperledger Fabric防护加速器 |
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|---|---|---|---|---|
| CN110443710A (zh) * | 2019-08-02 | 2019-11-12 | 中国工商银行股份有限公司 | 一种批量签名的区块链系统及方法 |
| CN112398946A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-02-23 | 国网天津市电力公司 | 源网荷储调度控制系统及配置方法 |
| CN112733134A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 陈建英 | 基于大数据和区块链的信息安全防护方法及数字金融平台 |
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2022
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