CN115174574A - 区块链系统中的数据广播方法、节点和区块链系统 - Google Patents

区块链系统中的数据广播方法、节点和区块链系统 Download PDF

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Abstract

一种区块链系统中的数据广播方法、节点和区块链系统，所述区块链系统中的多个节点基于节点间的访问时延被划分为多个簇，所述多个簇中包括第一簇，所述第一簇包括第一节点和多个第二节点，所述方法包括：所述第一节点基于待广播的数据得到n个数据块，将所述n个数据块分配给所述第一簇中的m个节点，所述m个节点包括至少一个所述第二节点，向所述m个节点中的各个第二节点分别发送所分配的一个或多个数据块，其中n大于或者等于m；所述m个节点分别将分配给其的一个或多个所述数据块在所述多个第二节点中广播；各个第二节点基于接收到的数据块生成所述数据。

Description

区块链系统中的数据广播方法、节点和区块链系统
技术领域
本说明书实施例属于区块链技术领域，尤其涉及一种区块链系统中的数据广播方法、节点和区块链系统。
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的不可篡改和不可伪造的分布式账本。由于区块链具有去中心化、信息不可篡改、自治性等特性，区块链也受到人们越来越多的重视和应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种区块链系统中的数据广播方法，通过由数据源节点在得到数据的多个分片之后将多个分片发送给簇中的多个节点，以用于进行数据广播，提高了数据分发效率。
本说明书第一方面提供一种区块链系统中的数据广播方法，所述区块链系统中的多个节点基于节点间的访问时延被划分为多个簇，所述多个簇中包括第一簇，所述第一簇包括第一节点和多个第二节点，其中，所述第一节点为数据源节点，所述第二节点为非数据源节点，所述方法包括：
所述第一节点基于待广播的数据得到n个数据块，将所述n个数据块分配给所述第一簇中的m个节点，所述m个节点包括至少一个所述第二节点，向所述m个节点中的各个第二节点分别发送所分配的一个或多个数据块，其中n大于或者等于m；
所述m个节点分别将分配给其的一个或多个所述数据块在所述多个第二节点中广播；
各个第二节点基于接收到的数据块生成所述数据。
本说明书第二方面提供一种区块链系统中的数据广播方法，所述区块链系统中的多个节点基于节点间的访问时延被划分为多个簇，所述多个簇中包括第一簇，所述第一簇包括第一节点和多个第二节点，所述方法由所述第一节点执行，包括：
基于待广播的数据得到n个数据块；
将所述n个数据块分配给所述第一簇中的m个节点，所述m个节点包括至少一个所述第二节点；
向所述m个节点中的各个第二节点分别发送所分配的一个或多个数据块，其中n大于或者等于m。
本说明书第三方面提供一种区块链系统中的数据广播方法，所述区块链系统中的多个节点基于节点间的访问时延被划分为多个簇，所述多个簇中包括第一簇，所述第一簇包括第一节点和多个第二节点，其中，所述第一节点包括待广播的数据、以及基于所述数据得到的n个数据块，所述n个数据块被分配给所述第一簇中的m个节点，所述m个节点包括至少一个所述第二节点，所述方法由所述m个节点中的第二节点执行，包括：
从所述第一节点接收所分配的一个或多个数据块；
在所述多个第二节点中广播所述一个或多个数据块；
从所述m个节点中的其他节点接收所述n个数据块中的除所述一个或多个数据块之外的数据块；
基于接收到的数据块生成所述数据。
本说明书第四方面提供一种区块链系统中的第一节点，所述区块链系统中的多个节点基于节点间的访问时延被划分为多个簇，所述多个簇中包括第一簇，所述第一簇包括所述第一节点和多个第二节点，所述第一节点包括：
获取单元，用于基于待广播的数据得到n个数据块；
分配单元，用于将所述n个数据块分配给所述第一簇中的m个节点，所述m个节点包括至少一个所述第二节点；
发送单元，用于向所述m个节点中的各个第二节点分别发送所分配的一个或多个数据块，其中n大于或者等于m。
本说明书第五方面提供一种区块链系统中的第二节点，所述区块链系统中的多个节点基于节点间的访问时延被划分为多个簇，所述多个簇中包括第一簇，所述第一簇包括第一节点和多个第二节点，其中，所述第一节点包括待广播的数据、以及基于所述数据得到的n个数据块，所述n个数据块被分配给所述第一簇中的m个节点，所述m个节点包括至少一个所述第二节点，所述m个节点中的第二节点包括：
接收单元，用于从所述第一节点接收所分配的一个或多个数据块；
广播单元，用于在所述多个第二节点中广播所述一个或多个数据块；
所述接收单元还用于从所述m个节点中的其他节点接收所述n个数据块中的除所述一个或多个数据块之外的数据块；
生成单元，用于基于接收到的数据块生成所述数据。
本说明书第六方面提供一种区块链系统，所述区块链系统中的多个节点基于节点间的访问时延被划分为多个簇，所述多个簇中包括第一簇，所述第一簇包括第一节点和多个第二节点，
所述第一节点用于基于待广播的数据得到n个数据块，将所述n个数据块分配给所述第一簇中的m个节点，所述m个节点包括至少一个所述第二节点，向所述m个节点中的各个第二节点分别发送所分配的一个或多个数据块，其中n大于或者等于m；
所述m个节点用于分别将分配给其的一个或多个所述数据块在所述多个第二节点中广播；
各个所述第二节点用于基于接收到的数据块生成所述数据。
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，令计算机执行第二方面或第三方面所述的方法。
本说明书第八方面提供一种区块链节点，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，实现第二方面或第三方面所述的方法。
通过本说明书实施例中的数据广播方案，通过根据数据得到多个数据块，将多个数据块分配给簇中的多个节点以分别广播，提高了数据广播的吞吐量和数据分发的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，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说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了一实施例中的区块链系统架构图；
图2为PBFT共识算法中的共识过程示意图；
图3为本说明书实施例中的一种区块链节点分组方法的流程图；
图4为本说明书实施例中的一种数据广播方法的流程图；
图5为本说明书一实施例中的数据广播过程的示意图；
图6为本说明书实施例中的一种区块链中的第一节点的结构图；
图7为本说明书实施例中的一种区块链中的第二节点的结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书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说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通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，都应当属于本说明书保护的范围。
图1示出了一实施例中的区块链系统架构图。在图1所示的区块链架构图中，区块链100中包括N个节点，图1中示意示出节点1-节点8。节点之间的连线示意性的表示P2P(Peer to Peer，点对点)连接，所述连接例如可以为TCP连接等，用于在节点之间传输数据。这些节点上可存储全量的账本，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可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可存储相同的状态数据库。
区块链领域中的交易可以指在区块链中执行并记录在区块链中的任务单元。交易中通常包括发送字段(From)、接收字段(To)和数据字段(Data)。其中，在交易为转账交易的情况中，From字段表示发起该交易(即发起对另一个账户的转账任务)的账户地址，To字段表示接收该交易(即接收转账)的账户地址，Data字段中包括转账金额。在交易调用区块链中的智能合约的情况中，From字段表示发起该交易的账户地址，To字段表示交易所调用的合约的账户地址，Data字段中包括调用合约中的函数名、及对该函数的传入参数等数据，以用于在交易执行时从区块链中获取该函数的代码并执行该函数的代码。
区块链中可提供智能合约的功能。区块链上的智能合约是在区块链系统上可以被交易触发执行的合约。智能合约可以通过代码的形式定义。在区块链中调用智能合约，是发起一笔指向智能合约地址的交易，使得区块链中每个节点分布式地运行智能合约代码。需要说明的是，除了可以由用户创建智能合约，也可以在创世块中由系统设置智能合约。这类合约一般称为创世合约。一般的，创世合约中可以设置一些区块链的数据结构、参数、属性和方法。此外，具有系统管理员权限的账户可以创建系统级的合约，或者修改系统级的合约(简称为系统合约)。其中，所述系统合约可用于在区块链中增加不同业务的数据的数据结构。
在部署合约的场景中，例如，Bob将一个包含创建智能合约信息(即部署合约)的交易发送到如图1所示的区块链中，该交易的data字段包括待创建的合约的代码(如字节码或者机器码)，交易的to字段为空，以表示该交易用于部署合约。节点间通过共识机制达成一致后，确定合约的合约地址“0x6f8ae93…”，各个节点在状态数据库中添加与该智能合约的合约地址对应的合约账户，分配与该合约账户对应的状态存储，并将合约代码保存在该合约的状态存储中，从而合约创建成功。
在调用合约的场景中，例如，Bob将一个用于调用智能合约的交易发送到如图1所示的区块链中，该交易的from字段是交易发起方(即Bob)的账户的地址，to字段中的“0x6f8ae93…”代表了被调用的智能合约的地址，交易的data字段包括调用智能合约的方法和参数。在区块链中对该交易进行共识之后，区块链中的各个节点可分别执行该交易，从而分别执行该合约，基于该合约的执行更新状态数据库。
区块链技术区别于传统技术的去中心化特点之一，就是在各个节点上进行记账，或者称为分布式记账，而不是传统的集中式记账。区块链系统要成为一个难以攻破的、公开的、不可篡改数据记录的去中心化诚实可信系统，需要在尽可能短的时间内做到分布式数据记录的安全、明确及不可逆。不同类型的区块链网络中，为了在各个记录账本的节点中保持账本的一致，通常采用共识算法来保证，即前述提到的共识机制。例如，区块链节点之间可以实现区块粒度的共识机制，比如在节点(例如某个独特的节点)产生一个区块后，如果产生的这个区块得到其它节点的认可，其它节点记录相同的区块。再例如，区块链节点之间可以实现交易粒度的共识机制，比如在节点(例如某个独特的节点)获取一笔区块链交易后，如果这笔区块链交易得到其他节点的认可，认可该区块链交易的各个节点可以分别将该区块链交易添加至自身维护的最新区块中，并且最终能够确保各个节点产生相同的最新区块。共识机制是区块链节点就区块信息(或称区块数据)达成全网一致共识的机制，可以保证最新区块被准确添加至区块链。当前主流的共识机制包括：工作量证明(Proof ofWork，POW)、股权证明(Proof of Stake，POS)、委任权益证明(Delegated Proof of Stake，DPOS)、实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT)算法等。其中，在各种共识算法中，通常在预设数目的节点对待共识的数据(即共识提议)达成一致之后，从而确定对该共识提议的共识成功。具体是，在PBFT算法中，对于N≥3f+1个共识节点，可容忍f个恶意节点，也就是说，当N个共识节点中2f+1个节点达成一致时，可确定共识成功。
图2为PBFT共识算法中的共识过程示意图。如图2所示，根据PBFT共识算法，可将共识过程划分为请求(Request)、预备(Pre-Prepare)、准备(Prepare)和提交(Commit)四个阶段。假设一区块链中包括节点n1-节点n4四个共识节点，其中，节点n1例如为主节点，节点n2-节点n4例如为从节点，根据PBFT算法，在节点n1-节点n4中可容忍f＝1个恶意节点。具体是，在请求阶段，区块链的用户可通过其用户设备向节点n1发送请求，该请求例如为区块链交易的形式。在预备阶段，节点n1在从一个或多个用户设备接收到多个交易之后，可将该多个交易打包为共识提议，将该共识提议及节点n1对该共识提议的签名发送给其他共识节点(即节点n2-节点n4)，以用于生成区块，该共识提议中可包括该多个交易的交易体和该多个交易的提交顺序等信息。在准备阶段，各个从节点可对共识提议进行签名并发送给其他各个节点。假设节点n4为恶意节点，节点n1、节点n2和节点n3在分别接收到2f＝2个其他共识节点的对共识提议的签名之后，可确定准备阶段完成，可进入提交阶段。例如，如图2中所示，节点n1在接收到节点n2和节点n3的签名之后，验证节点n2和节点n3的签名都是正确的对共识提议的签名，则确定准备阶段完成，节点n2在接收到节点n3的签名和预备阶段节点n1的签名并验证通过之后，确定准备阶段完成。在提交阶段，各个共识节点对共识提议进行提交阶段的签名并发送给其他各个共识节点，各个共识节点在接收到2f＝2个其他共识节点的提交阶段的签名之后，可确定提交阶段完成，共识成功。例如，节点n1在接收到节点n2和节点n3的提交阶段的签名并验证之后，确定提交阶段完成，从而，节点n1可执行根据共识提议执行所述多个交易，生成并存储包括所述多个交易的区块(例如区块B1)，根据多个交易的执行结果更新世界状态，并将多个交易的执行结果返回给用户设备。类似地，节点n2和节点n3在确定提交阶段完成之后，执行所述多个交易，生成并存储区块B1，并根据多个交易的执行结果更新世界状态。通过上述过程，实现了节点n1、节点n2和节点n3的存储一致性。也就是说，节点n1-节点n4在存在一个恶意节点的情况下仍可以实现对共识提议的共识成功，完成对区块的执行。
在区块链中存在很多种需要进行数据广播的场景，例如，区块链节点在接收到交易之后，需要将接收的交易广播到区块链中。或者，在图2所示的共识场景中，各个节点在共识过程中需要对其他节点进行共识提议的广播。
另外，对于由大规模节点组建的区块链系统，可以从大规模节点中选取少量节点作为参与执行共识机制的共识节点。由数量相对较少的共识节点参与执行共识机制以对共识提议达成共识，可以由共识节点将达成共识的共识提议分发到大规模节点中未被选取为共识节点的其它非共识节点，从而可以提高区块链系统的共识效率。多个共识节点在通过图2所示的过程对共识提议达成共识之后，每个共识节点可将自身获取的共识提议广播给区块链中的其他非共识节点，也就是说，各个共识节点成为区块链中的数据源，对非共识节点进行数据广播。
在一种相关技术中，通过根据各个节点之间的访问延迟信息对区块链中的多个节点进行聚类，并根据聚类结果进行数据广播。
图3为本说明书实施例中的一种区块链节点分组方法的流程图。其中，在图3中，通过由计算设备根据节点间的访问时延信息对节点进行聚类，从而将区块链中的节点划分为多个节点组。这里，计算设备可以是服务器，或者也可以是区块链中的某个节点，图3中示意示出以图1中的节点1作为计算设备。另外，图3中示出的节点2作为示例，区块链中其他节点都可以与节点2实施类似的方法流程。
如图3所示，首先，在步骤S301，节点2生成局部访问时延信息。
区块链中的每个节点都可以生成本节点与其他节点之间的访问时延信息，从而生成局部访问时延信息。具体是，以节点2为例，节点2可首先获取节点列表。例如，区块链中在特定合约的合约状态中存储区块链中包括的全部节点的节点列表。该节点列表中例如包括各个节点的标识、以及各个节点的连接信息，所述连接信息例如包括IP地址、端口等信息。节点2可通过调用该合约的查询接口，从而获取该节点列表。
之后，节点2可根据该节点列表与区块链中的其他各个节点建立连接。其中，节点2在与另一个节点(下文称为目标节点)无法建立直接连接的情况中，可以通过连接上的节点中查找与目标节点之间的最短路径，该最短路径中的节点数最少，通过该最短路径连接到目标节点。
节点2在如上所述与区块链中的其他节点都建立连接(直接或间接的连接)之后，节点2分别向每个其他节点发送轻量型的数据包，并记录与各个其他节点对应的发送时间。每个其他节点在接收到心跳包之后，立即返回对该心跳包的确认信息(ACK)。节点2在从其他节点接收到ACK之后，记录从各个其他节点接收到ACK的接收时间。之后，可根据各个其他节点对应的发送时间和接收时间计算与各个其他节点对应的访问延时。
例如，对于节点3，节点2记录向节点3发送心跳包的发送时间T1，在从节点3接收到ACK之后，记录接收到该ACK的接收时间T2，然后可计算与节点3之间的访问延时RTT＝T2-T1。其中，节点3可能与节点2直接连接，或者可能通过其他节点与节点2间接的连接。在一种实施方式中，节点2可向节点3多次发送心跳包，以得到多个访问延时RTT1、RTT2、RTT3、…RTTn，节点2可计算该多个访问延时的均值作为与节点3之间的平均访问延时。
节点2通过与各个节点之间重复上述探测过程，从而可以获取与区块链中其他各个节点的访问时延信息，从而可生成局部访问时延信息。该局部访问时延信息例如为局部路由表，该局部路由表中包括节点2与区块链中其他各个节点之间的访问延时信息，该访问延时信息例如为访问延时、或者平均访问延时等。
在步骤S303，节点2将局部访问时延信息发送给计算设备。
以计算设备为节点1为例，节点2可将生成的局部访问时延信息发送给节点1。在一种实施方式中，节点2可通过向区块链中发送调用合约的交易，从而使得区块链中各个节点通过执行该交易将该局部访问时延信息存储到该合约的合约状态中。节点1可通过接收到该交易，从而获取到该局部访问时延信息。区块链中的其他节点也可以通过发送调用该合约的交易，查询到该局部访问时延信息。
在步骤S305，计算设备生成全局访问时延信息。
具体是，节点1在获取到区块链中全部节点各自的局部访问时延信息之后，可对多个局部访问时延信息进行聚合，从而生成全局访问时延信息。其中，节点A的局部访问时延信息中包括与节点B之间的访问时延RTTA-B，节点B的局部访问时延信息中包括与节点A之间的访问时延RTTB-A，可以取RTTA-B与RTTB-A之间的较大值作为节点A与节点B之间的访问延时。
在步骤S307，计算设备根据全局访问时延信息对区块链中的多个节点进行聚类。
节点1可通过多种已知的聚类算法对节点进行聚类。
在一种实施方式中，节点1可首先通过Canopy算法多个节点进行粗聚类，以确定用于聚类的K值。
具体是，节点1设置集合S1，集合S1中初始包括区块链中的全部节点。节点1可预设两个访问延时阈值T3和T4，其中T3>T4。然后，节点1从集合S1中任选一个节点P作为一个类C1，任选另一个节点Q，确定节点Q与类C1之间的时延是否小于或等于时间T3。这里节点Q与类C1之间的时延即节点Q与节点P之间的时延。如果是,则将节点Q也加入类C1中，并确定节点Q与节点P之间的时延是否小于或等于T4，如果是，则在源S1中删除节点Q。如果节点Q与节点P之间的时延大于时间T3，则将节点Q作为一个新的类。当类C1中包括多个节点时，可通过多种方式计算节点与类之间的时延，例如可计算节点与类中包括的多个节点的时延的平均值作为该节点与类之间的时延。
之后，可从集合S1中任选下一个节点以重复上述过程，最终可以将集合S1中的多个节点分为K个类，从而可得到在聚类时用到的K值。通过基于canopy算法基于全局访问时延信息对多个节点进行粗聚类，确定聚类算法的K值，提高了后续对多个节点聚类的正确性。可以理解，本说明书实施例中不限于通过canopy算法来确定用于聚类的K值，例如也可以由业务人员根据经验人工指定K值。
在确定K值之后，节点1例如可通过K-means算法对区块链中的多个节点进行聚类。
具体是，节点1首先在区块链中的多个节点中随机确定K个节点，作为K个簇的初始中心点。之后，节点1可根据全局访问时延信息，将区块链中的其他节点分配到最近的中心点所在的簇，其中，所述最近是指访问延时最短。在节点1如上所述将区块链中的其他节点都分配到K个簇中之后，节点1可以重新计算各个簇的中心点。具体是，例如，对于簇Cr1，节点1可根据全局路由表，计算簇Cr1中每个节点与簇Cr1中其他各个节点的多个时延的统计信息，该统计信息例如可以为多个时延的总和、均值、方差、均方差等。以均值为例，节点1可将簇Cr1中的时延均值最小的节点重新确定为新的中心点，该新的中心点与簇Cr1中其他节点之间的多个时延的均值最小，也就相当于位于簇Cr1的中心。
如果计算得到的中心点的位置与原有的中心点相同，则可以结束聚类过程，否则，则更新各个簇的中心点，并重复上述聚类过程。节点1可通过对聚类过程的多次迭代，从而确定最终的聚类结果，即K个簇，每个簇中包括的节点之间的访问时延较低。
在步骤S309，计算设备将聚类结果发送给节点2。
该聚类结果例如包括上述K个簇的信息，其中包括每个簇中包括的节点标识。
在步骤S311，节点2根据聚类结果进行数据广播。
节点2在接收到聚类结果之后，可从聚类结果中确定节点2所在的簇Cr1，与簇Cr1中包括的其他节点进行连接，并通过该在簇Cr1内的连接进行数据广播。
具体是，在一种实施方式中，假设节点2为共识节点，节点2在与其他共识节点完成共识之后，成为簇Cr1中的数据源节点，将经共识的共识提议发送给簇Cr1中的其他各个节点，从而簇Cr1中的其他各个节点可基于共识提议执行交易，生成新的区块。假设K个簇中簇Cr2中没有共识节点，并且簇Cr2与簇Cr1之间的时延最低。节点2可将共识提议发送给簇Cr2中的任一节点，使得该节点成为簇Cr2中的数据源节点。
然而，在该实施方式中，主要由作为数据源节点的节点2进行数据分发，节点2的带宽限定了整个网络分发的吞吐量，很难进行性能扩展。
本说明书实施例提供一种区块链中的数据广播方案，由数据源节点基于纠删码算法将待广播的数据拆分为多个数据块，将多个数据块分别发送给数据源节点所在簇中的多个节点，从而可由多个节点进行对数据块的分发，提高了数据分发效率。
图4为本说明书实施例中的一种数据广播方法的流程图。下文中将参考图5描述图4所示流程。图5为本说明书一实施例中的数据广播过程的示意图。如图5中所示，假设在上述聚类结果中，节点1、节点2、节点3和节点4被聚类到簇Cr1中，节点5、节点6、节点7和节点8被聚类到簇Cr2中，假设节点2为数据源节点。具体是，节点2可以为共识节点，节点2在共识达成之后，可将共识确定的共识提议广播至其他节点，在该场景中，可假设簇Cr2中没有共识节点。
参考图4，首先，在步骤S401，节点2基于数据得到n个数据块。
节点2可基于簇Cr1可包括的节点数目阈值来确定数据块数目n。例如，簇Cr1的节点数目阈值为10个，则可以确定n＝10。
所述数据例如可以为区块Block1的共识提议，下文将该数据表示为数据D1。节点2可通过多种方式对数据D1进行拆分。在一种实施方式中，节点2可将数据D1划分为n部分，从而得到n个数据块。
在另一种实施方式中，节点2可使用纠删码(Erasure Coding,EC)算法基于数据D1得到n个数据块。具体是，节点2首先将数据D1划分为p个数据分片，然后通过EC算法基于p个数据分片计算得到q个校验分片，其中，n＝p+q。所述p和q确定了该EC算法的冗余度，在后续利用数据块恢复数据时，只需要获取n个数据块中的任意p个数据块既可以恢复出该数据D1。
具体是，参考图5，节点2基于数据D1得到数据块b1～b6，图5中以矩形框示出数据块，其中矩形框中的数字1～6为各个数据块的编号。
在步骤S403，节点2将n个数据块分配给簇中的m个节点。
在一种实施方式中，节点2在得到n个数据块之后，可以将n个数据块分配给簇Cr1中的全部或部分节点。具体是，如图5所示，节点2可将n个数据块分配给簇Cr1中的任意m个节点，其中，n大于或者等于m，从而，m个节点中的每个节点可分到一个或多个数据块。
在另一种实施方式中，节点2可根据预设算法将n个数据块分配给m个节点。例如，如图5所示，在确定将6个数据块分配给节点1～节点3三个节点之后，可通过预设哈希算法计算每个数据块编号对应的哈希值，该哈希值例如对应于簇Cr1中包括的节点编号，从而将数据块b1和b4分配给节点2，将数据块b2和b5分配给节点3，将数据块b3和b6分配给节点1。该哈希函数例如为取模函数。
在步骤S405，节点2对其他节点发送所分配的一个或多个数据块。
具体是，参考图5，节点2将分配给节点3的数据块b3和b6发送给节点3，将分配给节点1的数据块b1和b4发送给节点1。其中，图5中的节点1、节点3和节点4都不是数据源节点。例如，在共识场景中，节点2为共识节点，因此可以作为数据源，节点1、节点3和节点4都是非共识节点。
在步骤S407，节点1向簇Cr1中的其他非数据源节点广播分配给节点1的一个或多个数据块。
参考图4和图5，节点1将分配给其的数据块b1和b4发送给节点3和节点4。
在步骤S409，节点3向簇Cr1中的其他非数据源节点广播分配给节点3的一个或多个数据块。
参考图4和图5，节点3将分配给其的数据块b3和b6发送给节点1和节点4。
在步骤S411，节点2向簇Cr1中的非数据源节点广播分配给节点2的一个或多个数据块。
参考图4和图5，节点2将分配给其的数据块b2和b5发送给节点1、节点3和节点4。
在步骤S413，各个非数据源节点基于接收的数据块生成数据。
具体是，参考图5，在进行上述广播之后，簇Cr1中的节点1、节点3和节点4都可以接收到数据块b1～b6中的至少部分数据块。从而可以基于接收的至少部分数据块生成数据D1。
在一种实施方式中，数据块b1～b6通过对数据D1进行划分而得到，节点1、节点3、节点4中的每个节点在通过广播接收到数据块b1～b6之后，通过对数据块b1～b6进行拼接，从而可得到数据D1。
在另一种实施方式中，数据块b1～b6基于EC算法生成，假设p＝4，从而节点1、节点3、节点4中的每个节点在通过广播接收到数据块b1～b6中的任意4个数据块之后，即可以通过EC算法基于接收到的4个数据块生成数据D1。
在另一种实施方式中，簇Cr1中有可能包括另一个共识节点(图5中未示出)，假设该共识节点为节点9，节点9可基于同样的过程基于数据D1得到数据块b1～b6，并将数据块b3和b6发送给节点3，将数据块b1和b4发送给节点1。在该情况下，节点1和节点3可基于数据块的标识(例如包括“D1”和数据块编号)对接收到的数据块进行去重处理，对于同一个数据块只对其他非数据源节点广播一次。
通过上述过程，由簇Cr1中的m个节点进行对数据块的广播，而不是基于数据源一个节点广播数据D1，大大提高了数据广播的带宽，提高了数据分发的效率。
另外，假设区块链中需要由簇Cr1中的节点将数据广播到区块链中的其他k个簇，此时，可以通过哈希算法将该k个簇分配给簇Cr1中的各个节点。例如，参考图5，将簇Cr2分配给簇Cr1中的节点3。节点3在得到数据D1之后，根据哈希算法确定自身被分配了簇Cr2，从而可将数据D1发送给簇Cr2中的任意节点(例如节点5)。从而节点5成为数据源节点，其可以基于同样的算法从数据D1得到数据块b1～b6，并通过图4所示方法在簇Cr2中广播数据块，使得簇Cr2中的各个其他节点得到数据D1。
图6为本说明书实施例中的一种区块链中的第一节点的结构图，所述区块链中的多个节点基于节点间的访问时延被划分为多个簇，所述多个簇中包括第一簇，所述第一簇包括所述第一节点和多个第二节点，所述第一节点用于执行图4中的如节点2所执行的方法流程，所述第一节点包括：
获取单元61，用于基于待广播的数据得到n个数据块；
分配单元62，用于将所述n个数据块分配给所述第一簇中的m个节点，所述m个节点包括至少一个所述第二节点；
发送单元63，用于向所述m个节点中的各个第二节点分别发送所分配的一个或多个数据块，其中n大于或者等于m。
图7为本说明书实施例中的一种区块链中的第二节点的结构图，所述第二节点用于执行图4中的如节点1或节点3所执行的方法流程，所述区块链中的多个节点基于节点间的访问时延被划分为多个簇，所述多个簇中包括第一簇，所述第一簇包括第一节点和多个第二节点，其中，所述第一节点包括待广播的数据、以及基于所述数据得到的n个数据块，所述n个数据块被分配给所述第一簇中的m个节点，所述m个节点包括至少一个所述第二节点，所述m个节点中的第二节点包括：
接收单元71，用于从所述第一节点接收所分配的一个或多个数据块；
广播单元72，用于在所述多个第二节点中广播所述一个或多个数据块；
所述接收单元71还用于从所述m个节点中的其他节点接收所述n个数据块中的除所述一个或多个数据块之外的数据块；
生成单元73，用于基于接收到的数据块生成所述数据。
本说明书实施例还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，令计算机执行如图3或图4所示的方法。
本说明书实施例还提供一种区块链节点，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，实现如图3或图4所示的方法。
通过本说明书实施例中的数据广播方案，通过根据数据得到多个数据块，将多个数据块分配给簇中的多个节点以分别广播，提高了数据广播的吞吐量和数据分发的效率。
在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为服务器系统。当然，本申请不排除随着未来计算机技术的发展，实现上述实施例功能的计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、车载人机交互设备、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
虽然本说明书一个或多个实施例提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。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、产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、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。例如若使用到第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书一个或多个时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(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。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置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。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供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步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储、石墨烯存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
本领域技术人员应明白，本说明书一个或多个实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书一个或多个实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书一个或多个实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本说明书一个或多个实施例可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本本说明书一个或多个实施例，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
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。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本说明书一个或多个实施例的实施例而已，并不用于限制本本说明书一个或多个实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在权利要求范围之内。

Claims (18)

1.一种区块链系统中的数据广播方法，所述区块链系统中的多个节点基于节点间的访问时延被划分为多个簇，所述多个簇中包括第一簇，所述第一簇包括第一节点和多个第二节点，所述方法包括：
所述第一节点基于待广播的数据得到n个数据块，将所述n个数据块分配给所述第一簇中的m个节点，所述m个节点包括至少一个所述第二节点，向所述m个节点中的各个第二节点分别发送所分配的一个或多个数据块，其中n大于或者等于m；
所述m个节点分别将分配给其的一个或多个所述数据块在所述多个第二节点中广播；
各个第二节点基于接收到的数据块生成所述数据。
2.根据权利要求1所述的方法，所述将所述n个数据块分配给所述第一簇中的m个节点包括：对各个数据块的标识进行哈希计算，根据哈希计算结果将各个数据块分配至m个节点中的一个节点。
3.根据权利要求1或2所述的方法，所述n基于所述第一簇的节点数阈值确定。
4.根据权利要求1或2所述的方法，所述多个簇中还包括第二簇，所述方法还包括：
所述第一节点和所述多个第二节点中的第三节点将所述数据发送给所述第二簇中的第四节点，以用于将所述数据广播至所述第二簇中的每个节点。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括：所述第三节点通过哈希计算确定其被分配为与所述第二簇对应。
6.根据权利要求2所述的方法，所述第一节点为共识节点，所述数据为共识提议，所述第一簇中还包括作为共识节点的第五节点，所述方法还包括：
所述第五节点基于所述数据得到所述n个数据块，基于所述哈希计算将所述所述n个数据块分配给所述m个节点，向所述m个节点中的各个第二节点分别发送所分配的一个或多个数据块；
所述m个节点中的各个第二节点对接收到的数据块进行去重处理。
7.根据权利要求1或2所述的方法，所述区块链系统中还包括作为计算设备的第六节点，所述方法还包括：
所述第六节点获取区块链系统中多个节点之间的访问时延信息；根据所述访问时延信息对所述多个节点进行聚类，以得到所述多个簇。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：所述第六节点将聚类结果发送给所述第一节点，以指示所述第一节点基于所述聚类结果进行数据广播。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一节点基于待广播的数据得到n个数据块包括：所述第一节点使用纠删码算法基于所述数据得到n个数据块；
各个第二节点基于接收到的数据块生成所述数据包括：各个第二节点在接收到至少p个所述数据块之后，使用所述纠删码算法基于所述p个数据块生成所述数据，其中，所述p基于所述纠删码算法的冗余度确定。
10.一种区块链系统中的数据广播方法，所述区块链系统中的多个节点基于节点间的访问时延被划分为多个簇，所述多个簇中包括第一簇，所述第一簇包括第一节点和多个第二节点，所述方法由所述第一节点执行，包括：
基于待广播的数据得到n个数据块；
将所述n个数据块分配给所述第一簇中的m个节点，所述m个节点包括至少一个所述第二节点；
向所述m个节点中的各个第二节点分别发送所分配的一个或多个数据块，其中n大于或者等于m。
11.根据权利要求10所述的方法，所述m个节点还包括所述第一节点，所述方法还包括：在所述多个第二节点中广播分配给所述第一节点的一个或多个数据块。
12.根据权利要求10或11所述的方法，所述基于待广播的数据得到n个数据块包括：使用纠删码算法基于所述数据得到n个数据块。
13.一种区块链系统中的数据广播方法，所述区块链系统中的多个节点基于节点间的访问时延被划分为多个簇，所述多个簇中包括第一簇，所述第一簇包括第一节点和多个第二节点，其中，所述第一节点包括待广播的数据、以及基于所述数据得到的n个数据块，所述n个数据块被分配给所述第一簇中的m个节点，所述m个节点包括至少一个所述第二节点，所述方法由所述m个节点中的第二节点执行，包括：
从所述第一节点接收所分配的一个或多个数据块；
在所述多个第二节点中广播所述一个或多个数据块；
从所述m个节点中的其他节点接收所述n个数据块中的除所述一个或多个数据块之外的数据块；
基于接收到的数据块生成所述数据。
14.一种区块链系统中的第一节点，所述区块链系统中的多个节点基于节点间的访问时延被划分为多个簇，所述多个簇中包括第一簇，所述第一簇包括所述第一节点和多个第二节点，所述第一节点包括：
获取单元，用于基于待广播的数据得到n个数据块；
分配单元，用于将所述n个数据块分配给所述第一簇中的m个节点，所述m个节点包括至少一个所述第二节点；
发送单元，用于向所述m个节点中的各个第二节点分别发送所分配的一个或多个数据块，其中n大于或者等于m。
15.一种区块链系统中的第二节点，所述区块链系统中的多个节点基于节点间的访问时延被划分为多个簇，所述多个簇中包括第一簇，所述第一簇包括第一节点和多个第二节点，其中，所述第一节点包括待广播的数据、以及基于所述数据得到的n个数据块，所述n个数据块被分配给所述第一簇中的m个节点，所述m个节点包括至少一个所述第二节点，所述m个节点中的第二节点包括：
接收单元，用于从所述第一节点接收所分配的一个或多个数据块；
广播单元，用于在所述多个第二节点中广播所述一个或多个数据块；
所述接收单元还用于从所述m个节点中的其他节点接收所述n个数据块中的除所述一个或多个数据块之外的数据块；
生成单元，用于基于接收到的数据块生成所述数据。
16.一种区块链系统，所述区块链系统中的多个节点基于节点间的访问时延被划分为多个簇，所述多个簇中包括第一簇，所述第一簇包括第一节点和多个第二节点，
所述第一节点用于基于待广播的数据得到n个数据块，将所述n个数据块分配给所述第一簇中的m个节点，所述m个节点包括至少一个所述第二节点，向所述m个节点中的各个第二节点分别发送所分配的一个或多个数据块，其中n大于或者等于m；
所述m个节点用于分别将分配给其的一个或多个所述数据块在所述多个第二节点中广播；
各个所述第二节点用于基于接收到的数据块生成所述数据。
17.一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10-13中任一项的所述的方法。
18.一种区块链节点，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10-13中任一项所述的方法。
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