CN116668002A - 区块链系统中的交易分发方法、区块链节点和区块链系统 - Google Patents

区块链系统中的交易分发方法、区块链节点和区块链系统 Download PDF

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CN116668002A CN202310642754.6A CN202310642754A CN116668002A CN 116668002 A CN116668002 A CN 116668002A CN 202310642754 A CN202310642754 A CN 202310642754A CN 116668002 A CN116668002 A CN 116668002A
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徐文博
肖臻
管圣杰
丁秋雨
李鹏泽
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Ant Blockchain Technology Shanghai Co Ltd
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Abstract

一种交易分发方法、区块链节点和区块链系统，所述方法包括：第一节点从交易池中获取多个交易；生成第一交易包，第一交易包包括第一包头和多个交易，第一包头包括由第一节点生成的上一个交易包的包头哈希值及多个交易的第一哈希值；基于第一交易包生成3f+1个分片；将3f+1个分片分别提供给n个节点中的3f+1个节点，将第一包头提供给所述3f+1个节点中的每个节点；第二节点根据第一包头中的上一个交易包的包头哈希值，对第一分片进行验证；在对所述第一分片验证通过的情况下，存储第一分片以用于恢复第一交易包。

Description

区块链系统中的交易分发方法、区块链节点和区块链系统
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交易分发方法、区块链节点和区块链系统。
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中的交易分发方法，以提高区块链中的交易分发的效率。
本说明书第一方面提供一种区块链系统中的交易分发方法，所述区块链系统中包括第一节点和n-1个第二节点，其中，n等于或者大于3f+1，f为所述区块链系统中允许的最大恶意节点数目，所述方法包括：
第一节点从交易池中获取多个交易；基于所述多个交易，生成第一交易包，所述第一交易包包括第一包头和所述多个交易，所述第一包头包括由所述第一节点生成的上一个交易包的包头哈希值以及所述多个交易对应的第一哈希值；基于所述第一交易包生成3f+1个分片，所述3f+1个分片中包括通过划分所述第一交易包得到的2f+1个数据块、及基于所述2f+1个数据块生成的f个编码块；将所述3f+1个分片分别提供给所述n个节点中的3f+1个节点，将所述第一包头提供给所述3f+1个节点中的每个节点；
所述n-1个第二节点中的获取到所述3f+1个分片中的第一分片的第二节点根据所述第一包头中的所述上一个交易包的包头哈希值，对所述第一分片进行验证；在对所述第一分片验证通过的情况下，存储所述第一分片以用于恢复所述第一交易包。
本说明书第二方面提供一种区块链系统中的交易分发方法，所述区块链系统中包括第一节点和n-1个第二节点，其中，n等于或者大于3f+1，f为所述区块链系统中允许的最大恶意节点数目，所述方法由任一所述第二节点执行，包括：
从所述第一节点接收第一交易包的第一包头和3f+1个分片中的第一分片，所述第一交易包还包括所述第一节点接收的多个交易，所述第一包头包括由所述第一节点生成的上一个交易包的包头哈希值以及所述多个交易对应的第一哈希值；所述3f+1个分片中包括通过划分所述第一交易包得到的2f+1个数据块、及基于所述2f+1个数据块生成的f个编码块；
根据所述第一包头中的所述上一个交易包的包头哈希值，对所述第一分片进行验证；
在对所述第一分片验证通过的情况下，存储所述第一分片以用于恢复所述第一交易包。
本说明书第三方面提供一种区块链系统，所述区块链系统包括第一节点和n-1个第二节点，其中，n等于或者大于3f+1，f为所述区块链系统中允许的最大恶意节点数目，
第一节点用于：从交易池中获取多个交易；基于所述多个交易，生成第一交易包，所述第一交易包包括第一包头和所述多个交易，所述第一包头包括由所述第一节点生成的上一个交易包的包头哈希值以及所述多个交易对应的第一哈希值；基于所述第一交易包生成3f+1个分片，所述3f+1个分片中包括通过划分所述第一交易包得到的2f+1个数据块、及基于所述2f+1个数据块生成的f个编码块；将所述3f+1个分片分别提供给所述n个节点中的3f+1个节点，将所述第一包头提供给所述3f+1个节点中的每个节点；
所述n-1个第二节点中的获取到所述3f+1个分片中的第一分片的第二节点用于：根据所述第一包头中的所述上一个交易包的包头哈希值，对所述第一分片进行验证；在对所述第一分片验证通过的情况下，存储所述第一分片以用于恢复所述第一交易包。
本说明书第四方面提供一种区块链系统中的第二节点，所述区块链系统中包括第一节点和n-1个所述第二节点，其中，n等于或者大于3f+1，f为所述区块链系统中允许的最大恶意节点数目，所述第二节点包括：
接收单元，用于从所述第一节点接收第一交易包的第一包头和3f+1个分片中的第一分片，所述第一交易包还包括所述第一节点接收的多个交易，所述第一包头包括由所述第一节点生成的上一个交易包的包头哈希值以及所述多个交易对应的第一哈希值；所述3f+1个分片中包括通过划分所述第一交易包得到的2f+1个数据块、及基于所述2f+1个数据块生成的f个编码块；
验证单元，用于根据所述第一包头，对所述第一分片进行验证；
存储单元，用于在对所述第一分片验证通过的情况下，存储所述第一分片以用于恢复所述第一交易包。
本说明书第五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所述的方法。
本说明书第六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，实现第二方面所述的方法。
在本说明书实施例提供的方案中，各个节点通过以纠删码的形式向其他节点分发交易包的分片及交易包的包头，接收到分片和包头的节点可基于包头验证各个节点的交易包链是否存在分叉，从而使得由恶意节点生成的分叉的交易包无法成功广播。
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为一实施例中的区块链架构图；
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中的交易分发方法的流程图；
图4为本说明书实施例中各个节点生成的Batch链的示意图；
图5为本说明书实施例中节点向其他节点广播分片的过程示意图；
图6为本说明书实施例中的区块链中的共识方法的流程图；
图7为本说明书实施例中的一种区块链中的第一节点的架构图；
图8为本说明书实施例中的一种区块链中的第二节点的架构图。
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架构图。在图1所示的区块链架构图中，区块链中包括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 toPeer，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。
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。
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，并存储合约代码，将合约代码的哈希值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字段为上述“0x6f8ae93…”，即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3(f+1)+1>N≥3f+1个共识节点，可容忍f个恶意节点，也就是说，当N个共识节点中至少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，PP)、准备(Prepare,P)和提交(Commit,C)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可根据共识提议执行所述多个交易，根据多个交易的执行结果更新世界状态，生成并存储包括所述多个交易的区块(例如区块B1)，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，并根据多个交易的执行结果更新世界状态，生成并存储区块。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。
如上文所述，区块链中的一次共识需要对大量的交易达成共识。如果在共识提议中包括待共识的多个交易，共识提议的数据量较大，使得主节点在发送共识提议时的带宽负载较大，从而对共识的性能影响较大。在一种相关技术中，主节点在传输区块时将区块中的交易替代为交易的哈希值。然而，这种技术中，传输共识提议的带宽耗费仍然与区块中的交易呈线性关系，当区块中存在较多笔交易时，共识提议的带宽负载仍然较大。
本说明书实施例提供一种在共识前的交易分发方案，各个共识节点通过在共识之前以交易包的形式分发交易，并在本地维护交易包链，使得主节点可基于各个共识节点维护的交易包链生成共识提议，从而可减少主节点在发送共识提议时的带宽负载。在该方案中，各个节点通过以纠删码的形式向其他节点分发交易包的分片及交易包的包头，接收到分片和包头的节点可基于包头验证各个节点的交易包链是否存在分叉，从而使得恶意节点无法成功广播分叉的交易包。同时，基于纠删码技术，减少了各个节点接收到同一个交易包的接收进度差异。
图3为本说明书实施例中的一种区块链中的交易分发方法的流程图，该方法可由区块链中的多个节点执行，其中，每个节点都可以执行节点1所执行的步骤，或者可以执行节点2所执行的步骤，或者可以同时执行节点1和节点2所执行的步骤。其中，在各个节点同时执行节点1和节点2所执行的步骤的情况中，区块链中的各个节点并行地从不同的客户端接收交易，构建各自的交易池，并行地将各自交易池中的交易分发给其他节点。下文中以节点1和节点2的操作作为示例进行描述。
如图3所示，在步骤S301，节点1生成交易包Batch(该Batch的名称例如为Bth1_5，下文以Bth1_5表示该Batch)，其中，Batch包括包头和交易列表。
节点1从自己的交易池中获取若干交易，基于该若干交易生成Bth1_5。具体是，该Bth1_5可包括包头和包体，包体中包括该若干交易的交易列表，包头中包括若干字段的字段信息。其中，包头中至少包括节点1生成的前一个Batch的包头哈希值、和该交易列表对应的哈希值。其中，该交易列表对应的哈希值例如为该交易列表中多个交易构成的默克尔树的根哈希值(下文称为默克尔根哈希值)，以用于对该多个交易进行验证。
通过使得包头包括前一个Batch的包头哈希值，使得节点生成的多个Batch构成顺序连接的Batch链，从而其他节点基于该Batch链中的各个Batch的包头，可验证最新的Batch是否存在分叉，从而可验证该新生成的Batch是否符合要求。
通过在Batch的包头中包括交易列表对应的哈希值，从而将Batch的包头与该Batch包括的若干交易关联起来，从而包头的哈希值也可用于验证Batch中的交易是否一致。
在一种实施方式中，在Bth1_5的包头中还可以包括Bth1_5在Batch链中的Batch高度。
区块链中的各个节点都可以如节点1那样生成自己的Batch链。图4为本说明书实施例中各个节点生成的Batch链的示意图。如图4中所示，在各个Batch链中，后一个Batch通过包头中包括的前一个Batch的包头哈希值连接到前一个Batch。
在各个节点并行分发交易的情况中，在Bth1_5包头中还可以包括生成该Batch的节点收到的其他节点生成的Batch链的长度。
另外，如本说明书实施例中所述，节点1还可以将Bth1_5以多个分片的形式分发出去，从而在Bth1_5的包头中还可以包括Bth1_5对应的全部分片的哈希值，例如默克尔根哈希值。
另外，在Bth1_5的包头中还可以包括节点1对包头中的其他内容的签名。
表1为本说明书实施例中的Batch包头的数据结构示意图。
Previous Batch Hash
Tx Merkle Root
Batch Height
Batch Tip List
Slice Merkle Root
Signature
表1
Batch包头中可包括表1所示的六个字段。其中Previous Batch Hash对应节点1生成的Batch链中的前一个Batch的包头哈希值，所述包头哈希值为包头包括的全部数据(例如包括表1对应的数据)的哈希值。Tx Merkle Root对应于Batch包括的交易列表的默克尔根哈希值；Batch Height对应于本Batch在节点1生成的Batch链中的高度；Batch Tip List对应于节点1获取的每个Batch链的长度；Slice Merkle Root对应于该Batch包对应的多个分片的默克尔根哈希值；Signature对应于节点1对表1中的前面5项内容的签名。
在步骤S303，节点1生成Batch的n个分片。
假设区块链中包括n个共识节点，其中3(f+1)+1>n≥3f+1，即在n个共识节点中可最多包括f个恶意节点。在该情况中，可基于例如上述Bth1_5生成3f+1个分片，以用于分发该Batch。具体是，节点1将Bth1_5均分为2f+1个数据块，然后，可根据纠删码算法，基于该2f+1个数据块，生成f个编码块。2f+1个数据块和f个编码块都可以称为Bth1_5的分片，即共得到Bth1_5的3f+1个分片。根据纠删码算法，每个共识节点在接收到至少2f+1个分片之后，即可恢复出Bth1_5。
在步骤S305，节点1将Bth1_5的包头和分片发送给节点2。
节点1在生成Bth1_5的3f+1个分片之后，可将3f+1个分片分别发送给n个共识节点中的3f+1个节点，并将Bth1_5的包头发送给该3f+1个节点中的每个节点。具体是，节点1可将Bth1_5的包头和3f+1个分片中的例如分片slice2发送给节点2。
图5为本说明书实施例中节点向其他节点广播分片的过程示意图。以区块链中包括节点n1-节点n4为例，其中，n＝4，f＝1，节点n1在生成一个Batch的4个分片(例如sn1、sn2、sn3和sn4)之后，在图5中左侧的第1阶段，将例如分片sn2发送给节点n2，将分片sn3发送给节点n3，将分片sn4发送给节点n4。在图5中右侧的第2阶段，节点n2可将从节点n1接收到的分片sn2分别发送给节点n3和节点n4，节点n3可将从节点n1接收到的分片sn3分别发送给节点n2和节点n4，节点n4可将从节点n1接收到的分片sn4分别发送给节点n2和节点n3，另外，节点n1还将与自身对应的分片sn1分别发送给节点n2、节点n3和节点n4。
通过如此，当Batch比较大时，生成该Batch的节点只需要向其他共识节点分发3f+1个分片就行，其他收到分片的节点之间相互广播分片，这样可以均摊生成该Batch的节点的对该Batch的发送时延，从而可以使所有共识节点收到该Batch的进度不会存在很大差异。
参考图5，节点1例如可类似地基于Bth1_5生成3f+1个分片s1-sm,m＝3f+1，将分片s1和分片s2分别与Bth1_5的包头关联地发送给节点2。
在步骤S307，节点2根据分片关联的包头验证分片。
节点2在接收到Bth1_5的包头和分片s2之后，对分片s2进行验证。具体是，节点2可根据Bth1_5的包头中的Previous Batch Hash字段或者Batch Height字段，确定是否接收到节点1生成的全部Batch高度低于Bth1_5的Batch的与节点2对应的分片，如果否，则暂时存储分片s2，并向节点1请求缺失的分片。
如果满足上述条件，节点2获取接收到的Bth1_5的前一个Batch(即Bth1_4)的分片及Bth1_4的包头，确定Bth1_4的包头哈希值与Bth1_5中的Previous Batch Hash是否一致，如果一致，则继续对分片s2的验证，如果不一致，则确定验证不通过，终止验证过程。
在确定Bth1_4的包头哈希值与Bth1_5中的Previous Batch Hash一致的情况中，节点2确定是否已接收到分片s2′，其中，分片s2′关联的包头中的Previous Batch Hash与分片s2相同，但是分片s2′关联的包头的哈希值与分片s2不同。如果节点s2确定已接收到分片s2′，则可确定分片s2是不符合要求的分片，如果节点s2确定未接收到分片s2′，则可确定分片s2是符合要求的。
在一种实施方式，在包头中还包括节点1的签名的情况中，节点2还可以在开始验证之后首先验证节点1的签名是否正确。
在一种实施方式中，节点1在将Bth1_5的包头和分片s2发给节点2的同时，还将分片s2在默克尔证明数据一起发送给节点2。该默克尔证明数据例如包括分片s2在分片默克尔树中的从分片s2所在叶子节点至分片默克尔树的根节点的路径关联的各个节点的哈希值。可基于分片s2的哈希值和分片s2的默克尔证明数据计算出分片默克尔树的根哈希值，并可使用Bth1_5的包头中的Slice Merkle Root字段对该计算得到分片默克尔树的根哈希值进行验证，如果二者一致，则可继续对分片s2的其他验证，如果不一致，则可确认分片s2是不符合要求的。
节点2接收到Bth1_5的包头和分片s1之后，可与分片s2类似的对分片s1进行验证。
在步骤S309，节点2在对分片的上述验证都通过的情况中，存储分片，以用于恢复出交易包Bth1_5。
对于分片s2，节点2可如图5所示，将分片s2广播给除节点1之外的其他共识节点。
对于分片s1，在验证通过的情况中，节点2在判断分片s1与节点1对应的情况中，不需要将分片s1广播给其他共识节点。
各个共识节点在接收到交易包Bth1_5的至少2f+1个符合要求的分片时，就可以恢复出交易包Bth1_5。共识节点在恢复出交易包Bth1_5之后，还可以验证交易包Bth1_5包头中的Tx Merkle Root与交易包Bth1_5包括的交易列表的默克树根哈希值是否一致，如果不一致则可确认该交易包Bth1_5为不符合要求的。
通过如上文所述基于Batch的包头对Batch的分片进行验证，由于诚实的节点不会转发相互矛盾的分片(例如上述分片s2和s2′)，因此使得共识节点不会正确地恢复出分叉的Batch，从而可避免恶意节点在Batch链上制造分叉。
图6为本说明书实施例中的区块链中的共识方法的流程图。
如图6所示，首先，在步骤S601，主节点根据各个共识节点获取的Batch链的情况，生成共识提议，该共识提议中包括各个Batch链中的多个Batch的包头。
参考图4，各个共识节点都生成了自己的Batch链，并通过分片的形式，将自己生成的每个Batch分发给其他共识节点。由于网络延迟等因素，各个共识节点本地获取到的各个Batch链有可能是不一致的。
假设节点1为主节点，节点1在如上文所述向其他共识节点发送自己生成的Batch的分片和包头的同时，也从其他共识节点接收该共识节点生成的Batch的分片和包头，例如从节点2接收到Bth2_5的包头和分片，Bth2_5包头中的Batch Tip List字段指示了节点2获取的各个Batch链的高度。类似地，如表2所示，节点1可获取其他各个共识节点获取到的各个Batch链的高度(即Batch Tip List)：
节点编号 Batch Tip List
节点1 [1:5,2:5,3:5,4:5]
节点2 [1:5,2:5,3:4,4:3]
节点3 [1:3,2:4,3:5,4:5]
节点4 [1:3,2:3,3:4,4:5]
… …
表2
在表2中，以节点2为例，[1:5,2:5,3:4,4:3]中的1:5表示节点2对于节点1生成的Batch链，收到的Batch的最高高度为5。节点1可根据表2中的各个节点获取的Batch链的情况对各个Batch链中的Batch进行切分，以生成共识提议。
在一种实施方式中，节点1可根据各个共识节点对一个Batch链的最低进度进行切分。例如，根据表2所示，将节点1生成的Batch链中的Bth1_1至Bth1_3放入共识提议中。
在另一种实施方式中，节点1可根据多个共识节点中2f+1个节点达到的一个Batch链的接收进度进行切分。例如，根据表2所示，在区块链只包括节点1-节点4四个节点的情况中，四个节点中的三个节点都获取到了节点2对应的Batch链中的前四个Batch，因此，将节点2生成的Batch链中的Bth2_1至Bth2_4放入共识提议中。
其中，共识提议中包括提议的各个Batch的包头、提议的全部Batch中的全部交易的默克尔根哈希值、以及主节点对上述两项的签名。
在步骤S603，主节点将共识提议发送给各个从节点。
具体是，参考图2，在预备阶段，主节点将共识提议发送给各个从节点。之后，主节点进行共识过程中的准备阶段和提交阶段。
在步骤S605，从节点根据本地存储的各个共识节点的Batch链对共识提议进行验证，以进行共识。
在预备阶段，从节点在从主节点接收到共识提议之后，确定本地已经存储了共识提议中包括的各个Batch，如果没有，则从其他共识节点请求该Batch。如果有，则将共识提议中包括的全部Batch中的交易组装起来，计算该全部交易的默克尔根哈希值，确定该计算的默克尔根哈希值与共识提议中的全部交易的默克尔根哈希值是否一致。如果一致，则验证主节点的签名，在验证通过的情况中，进入共识过程中的准备阶段。
在本说明书实施例中的方案中，基于多个Batch链的数据结构和纠删码技术进行交易分发，使得在共识阶段不需要进行交易分发，并且在共识提议中包括Batch包头以指示提议的交易，使得共识提议的数据量大大减小，从而提高了共识性能。
图7为本说明书实施例中的一种区块链系统中的第一节点的架构图，所述区块链中还包括n-1个第二节点，其中，n等于或者大于3f+1，f为所述区块链系统允许的最大恶意节点数目，所述第一节点包括：
获取单元71，用于从交易池中获取多个交易；
生成单元72，用于基于所述多个交易，生成第一交易包，所述第一交易包包括第一包头和所述多个交易，所述第一包头包括由所述第一节点生成的上一个交易包的包头哈希值以及所述多个交易对应的第一哈希值；基于所述第一交易包生成3f+1个分片，所述3f+1个分片中包括通过划分所述第一交易包得到的2f+1个数据块、及基于所述2f+1个数据块生成的f个编码块；
发送单元73，用于将所述3f+1个分片分别提供给所述n个节点中的3f+1个节点，将所述第一包头提供给所述3f+1个节点中的每个节点。
图8为本说明书实施例中的一种区块链系统中的第二节点的架构图，所述区块链系统中包括第一节点和n-1个所述第二节点，其中，n等于或者大于3f+1，f为所述区块链系统中允许的最大恶意节点数目，所述第二节点包括：
接收单元81，用于从所述第一节点接收第一交易包的第一包头和3f+1个分片中的第一分片，所述第一交易包还包括所述第一节点接收的多个交易，所述第一包头包括由所述第一节点生成的上一个交易包的包头哈希值以及所述多个交易对应的第一哈希值；所述3f+1个分片中包括通过划分所述第一交易包得到的2f+1个数据块、及基于所述2f+1个数据块生成的f个编码块；
验证单元82，用于根据所述第一包头，对所述第一分片进行验证；
存储单元83，用于在对所述第一分片验证通过的情况下，存储所述第一分片以用于恢复所述第一交易包。
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6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6所示的方法。
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交易分发方法，所述区块链系统中包括第一节点和n-1个第二节点，其中，n等于或者大于3f+1，f为所述区块链系统中允许的最大恶意节点数目，所述方法包括：
第一节点从交易池中获取多个交易；基于所述多个交易，生成第一交易包，所述第一交易包包括第一包头和所述多个交易，所述第一包头包括由所述第一节点生成的上一个交易包的包头哈希值以及所述多个交易对应的第一哈希值；基于所述第一交易包生成3f+1个分片，所述3f+1个分片中包括通过划分所述第一交易包得到的2f+1个数据块、及基于所述2f+1个数据块生成的f个编码块；将所述3f+1个分片分别提供给所述n个节点中的3f+1个节点，将所述第一包头提供给所述3f+1个节点中的每个节点；
所述n-1个第二节点中的获取到所述3f+1个分片中的第一分片的第二节点根据所述第一包头中的所述上一个交易包的包头哈希值，对所述第一分片进行验证；在对所述第一分片验证通过的情况下，存储所述第一分片以用于恢复所述第一交易包。
2.根据权利要求1所述的方法，所述根据所述第一包头中的所述上一个交易包的包头哈希值，对所述第一分片进行验证，包括：
确定所述第一包头中的上一个交易包的包头哈希值与第二交易包的包头哈希值是否一致，所述第二交易包为所述第一交易包的上一个交易包；
在不一致的情况中，判断对所述第一分片的验证不通过。
3.根据权利要求2所述的方法，所述根据所述第一包头中的所述上一个交易包的包头哈希值，对所述第一分片进行验证，还包括：
在确定所述第一包头中的上一个交易包的包头哈希值与所述第二交易包的包头哈希值一致的情况中，确定是否存在第二分片，所述第二分片对应交易包的包头与所述第一包头中包括的上一个交易包的包头哈希值一致，且所述第二分片对应交易包的包头与所述第一包头的哈希值不一致；
在存在所述第二分片的情况中，判断对所述第一分片的验证不通过。
4.根据权利要求1所述的方法，所述第一包头中还包括以下至少一项：所述第一交易包在所述第一节点生成的交易包链中的交易包高度、所述第一节点接收到的各个其他节点生成的交易包链的长度、所述3f+1个分片对应的第二哈希值。
5.根据权利要求1或4所述的方法，所述第一包头中还包括所述第一节点的数字签名，所述数字签名为对所述第一包头中包括的其他数据的签名，所述方法还包括：
所述获取所述第一分片的所述第二节点使用所述第一节点的公钥对所述签名进行验证。
6.根据权利要求4所述的方法，所述第一包头中包括所述第二哈希值，所述第二哈希值为所述3f+1个分片的默克尔哈希值，所述将所述3f+1个分片分别提供给所述n个节点中的3f+1个节点包括：将所述3f+1个分片和各个分片对应的默克尔证明数据分别提供给所述n个节点中的3f+1个节点；
所述方法还包括：所述获取所述第一分片的所述第二节点基于所述默克尔哈希值和所述默克尔证明数据对所述第一分片进行验证。
7.根据权利要求4所述的方法，所述第一节点和所述n-1个第二节点为共识节点，所述第一节点为主节点，所述方法还包括：
所述第一节点从各个所述第二节点接收各个第二节点获取的与各个共识节点对应的交易包链的长度；根据所述接收的各个第二节点获取的与n个共识节点对应的n个交易包链的长度，生成共识提议，所述共识提议中包括所述n个交易包链中的多个交易包的包头、所述多个交易包对应的全部交易的第三哈希值、及所述主节点对所述多个交易包的包头和所述第三哈希值的签名；将所述共识提议发送给各个所述第二节点，以对所述共识提议进行共识。
8.一种区块链系统中的交易分发方法，所述区块链系统中包括第一节点和n-1个第二节点，其中，n等于或者大于3f+1，f为所述区块链系统中允许的最大恶意节点数目，所述方法由任一所述第二节点执行，包括：
从所述第一节点接收第一交易包的第一包头和3f+1个分片中的第一分片，所述第一交易包还包括所述第一节点接收的多个交易，所述第一包头包括由所述第一节点生成的上一个交易包的包头哈希值以及所述多个交易对应的第一哈希值；所述3f+1个分片中包括通过划分所述第一交易包得到的2f+1个数据块、及基于所述2f+1个数据块生成的f个编码块；
根据所述第一包头中的所述上一个交易包的包头哈希值，对所述第一分片进行验证；
在对所述第一分片验证通过的情况下，存储所述第一分片以用于恢复所述第一交易包。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：在确定所述第一分片与所述任一第二节点对应的情况下，将所述第一分片分别发送给其他各个第二节点。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：从其他第二节点接收所述第一交易包的与所述其他第二节点对应的分片，在确定接收到所述第一交易包的至少2f+1个分片之后，基于所述至少2f+1个分片生成所述第一交易包。
11.根据权利要求8所述的方法，所述根据所述第一包头中的所述上一个交易包的包头哈希值，对所述第一分片进行验证，包括：
确定所述第一包头中的上一个交易包的包头哈希值与第二交易包的包头哈希值是否一致，所述第二交易包为所述第一交易包的上一个交易包；
在不一致的情况中，判断对所述第一分片的验证不通过。
12.根据权利要求11所述的方法，所述根据所述第一包头中的所述上一个交易包的包头哈希值，对所述第一分片进行验证，还包括：
在确定所述第一包头中的上一个交易包的包头哈希值与所述第二交易包的包头哈希值一致的情况中，确定是否存在第二分片，所述第二分片对应交易包的包头与所述第一包头中包括的上一个交易包的包头哈希值一致，且所述第二分片对应交易包的包头与所述第一包头的哈希值不一致；
在存在所述第二分片的情况中，判断对所述第一分片的验证不通过。
13.根据权利要求11所述的方法，所述第一包头中还包括所述第一节点的数字签名，所述数字签名为对所述第一包头中包括的其他数据的签名，所述方法还包括：
使用所述第一节点的公钥对所述签名进行验证。
14.根据权利要求11所述的方法，所述第一包头中还包括所述3f+1个分片对应的默克尔哈希值，所述方法还包括：从所述第一节点接收与所述第一分片对应的默克尔证明数据；
基于所述默克尔哈希值和所述默克尔证明数据对所述第一分片进行验证。
15.根据权利要求8所述的方法，所述第一节点为主节点，所述方法还包括：从所述第一节点接收共识提议，所述共识提议中包括与n个共识节点分别对应的n个交易包链中的多个交易包的包头、所述多个交易包对应的全部交易的第三哈希值、以及所述第一节点对所述多个交易包的包头和所述第三哈希值的签名；
根据本地存储的与n个共识节点分别对应的n个交易包链对所述共识提议进行验证。
16.一种区块链系统，所述区块链系统包括第一节点和n-1个第二节点，其中，n等于或者大于3f+1，f为所述区块链系统中允许的最大恶意节点数目，
第一节点用于：从交易池中获取多个交易；基于所述多个交易，生成第一交易包，所述第一交易包包括第一包头和所述多个交易，所述第一包头包括由所述第一节点生成的上一个交易包的包头哈希值以及所述多个交易对应的第一哈希值；基于所述第一交易包生成3f+1个分片，所述3f+1个分片中包括通过划分所述第一交易包得到的2f+1个数据块、及基于所述2f+1个数据块生成的f个编码块；将所述3f+1个分片分别提供给所述n个节点中的3f+1个节点，将所述第一包头提供给所述3f+1个节点中的每个节点；
所述n-1个第二节点中的获取到所述3f+1个分片中的第一分片的第二节点用于：根据所述第一包头中的所述上一个交易包的包头哈希值，对所述第一分片进行验证；在对所述第一分片验证通过的情况下，存储所述第一分片以用于恢复所述第一交易包。
17.一种区块链系统中的第二节点，所述区块链系统中包括第一节点和n-1个所述第二节点，其中，n等于或者大于3f+1，f为所述区块链系统中允许的最大恶意节点数目，所述第二节点包括：
接收单元，用于从所述第一节点接收第一交易包的第一包头和3f+1个分片中的第一分片，所述第一交易包还包括所述第一节点接收的多个交易，所述第一包头包括由所述第一节点生成的上一个交易包的包头哈希值以及所述多个交易对应的第一哈希值；所述3f+1个分片中包括通过划分所述第一交易包得到的2f+1个数据块、及基于所述2f+1个数据块生成的f个编码块；
验证单元，用于根据所述第一包头，对所述第一分片进行验证；
存储单元，用于在对所述第一分片验证通过的情况下，存储所述第一分片以用于恢复所述第一交易包。
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8-15中任一项所述的方法。
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