CN117478586A - 基于区块链中继节点的消息转发方法及系统 - Google Patents

基于区块链中继节点的消息转发方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于区块链中继节点的消息转发方法及系统，其中方法包括：对区块链中的每一个区块链节点进行信息配置；从区块链节点中选择若干个节点作为中继节点，建立中继节点与其他中继节点之间的连接关系；在每个区块链节点的状态表中维护与当前区块链节点存在直接连接关系的区块链节点的状态；为每个区块链节点配置路由表；基于路由表和中继节点，实现发送节点与接收节点之间信息的转发。可以直接由共识节点提供中继节点的功能，并且可以快速查找下一跳转发，减少传输延迟，提高转发效率，路由表记录必要的地址信息,无需每个节点都保存完整拓扑数据,便于维护，路由策略可以规范化定义在路由表中,便于统一管理和控制。

Description

基于区块链中继节点的消息转发方法及系统
技术领域
本发明涉及消息转发技术领域，特别是涉及基于区块链中继节点的消息转发方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
区块链网络中的中继节点对于整个网络的连接性和数据传播效率非常重要。中继节点可以充当不同节点或者节点群之间的桥梁，优化区块链网络的拓扑结构，使原本独立的节点群联通起来,提高整体网络的连通性。这对于去中心化网络非常关键。普通节点只需要连接稳定可靠的中继节点，而不必与大量其他节点建立连接，这可以显著降低节点的网络维护成本。中继节点增强了区块链网络的连接性、传播速度、安全性和可靠性，是区块链体系健康运行的关键基础设施，对于大规模商用区块链网络来说更是不可或缺。
现阶段中继节点可以使用消息队列收集和缓存数据，再发送给订阅的节点。这种消息队列模型可以缓冲数据,平滑网络波动，并实现异步方式转发给订阅节点。但是增加了系统复杂性，需要管理消息队列，存在单点故障风险，队列问题会影响整个中继功能，消息中间件具有处理性能瓶颈，难以应对高吞吐量场景。
还有采用中继节点实现区块链自定义的P2P网络协议，与多个普通节点建立连接，普通节点生成新数据，使用P2P协议编码成消息体，发送给中继节点，中继节点将消息重新按P2P协议封装，转发到已连接的普通节点。但是P2P连接维护和消息处理需处理大量网络事件,实现复杂。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了基于区块链中继节点的消息转发方法及系统；可以直接由共识节点提供中继节点的功能，并且可以快速查找下一跳转发,减少传输延迟，提高转发效率，路由表记录必要的地址信息,无需每个节点都保存完整拓扑数据,便于维护，路由策略可以规范化定义在路由表中,便于统一管理和控制。
一方面，提供了基于区块链中继节点的消息转发方法；
基于区块链中继节点的消息转发方法，包括：
对区块链中的每一个区块链节点进行信息配置；
从区块链节点中选择若干个节点作为中继节点，建立中继节点与其他中继节点之间的连接关系；在每个区块链节点的状态表中维护与当前区块链节点存在直接连接关系的区块链节点的状态；
为每个区块链节点配置路由表；
基于路由表和中继节点，实现发送节点与接收节点之间信息的转发。
另一方面，提供了基于区块链中继节点的消息转发系统；
基于区块链中继节点的消息转发系统，包括：
信息配置模块，其被配置为：对区块链中的每一个区块链节点进行信息配置；
维护模块，其被配置为：从区块链节点中选择若干个节点作为中继节点，建立中继节点与其他中继节点之间的连接关系；在每个区块链节点的状态表中维护与当前区块链节点存在直接连接关系的区块链节点的状态；
路由表配置模块，其被配置为：为每个区块链节点配置路由表；
转发模块，其被配置为：基于路由表和中继节点，实现发送节点与接收节点之间信息的转发。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
1)路由表保存了目标节点地址和网络拓扑信息,中继节点可以快速查找下一跳转发,减少传输延迟。
2)每个节点的路由表只需要配置必要的地址信息,无需保存完整拓扑数据,节省存储空间。
3)路由策略可以规范化定义在路由表中,便于所有节点统一管理和控制。
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为实施例一的方法流程图；
图2为实施例一的所有区块链节点(包括中继和非中继节点)与其他直连区块链节点的连接关系；
图3为实施例一的基于路由表和中继节点，实现发送节点与接收节点之间信息的转发；
图4为实施例一的存储节点、备份节点都可以通过配置路由表的方式实现任意节点充当中继节点进行消息转发；
图5为实施例一的新增共识节点示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，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。
实施例一
本实施例提供了基于区块链中继节点的消息转发方法；
基于区块链中继节点的消息转发方法，包括：
S101：对区块链中的每一个区块链节点进行信息配置；
S102：从区块链节点中选择若干个节点作为中继节点，建立中继节点与其他中继节点之间的连接关系；在每个区块链节点的状态表中维护与当前区块链节点存在直接连接关系的区块链节点的状态；
S103：为每个区块链节点配置路由表；
S104：基于路由表和中继节点，实现发送节点与接收节点之间信息的转发。
进一步地，S101：对区块链中的每一个区块链节点进行信息配置，其中，配置信息包括：当前节点与其他节点的连接信息、当前节点的编号、当前节点的网络模式、当前节点的IP地址和当前节点的通信端口；如果当前节点的网络模式为直连模式direct，则说明消息到达当前节点时，不需要任何节点转发；如果当前节点的网络模式为转发模式relay，则说明消息到达当前节点时，需要通过中继节点进行转发。
示例性地，所述S101：对区块链中的每一个区块链节点进行信息配置，具体包括：
所有节点配置与其他节点的连接信息，配置信息如下{"id":"0","net":"direct","host":"localhost","port":"11000"},其中ID代表节点的ID编号，net代表网络模式，host代表节点的IP地址，port代表节点的通信端口。当net为direct时，说明消息到达此节点不需要任何节点转发。当net为relay时，host和port可以为空，消息需要通过中继节点进行转发。
进一步地，所述S102：从区块链节点中选择若干个节点作为中继节点，是将对外提供访问服务的节点作为中继节点。
进一步地，如图1所示，所述S102：建立中继节点与其他中继节点之间的连接关系，具体包括：
S102-1：第一中继节点启动，第一中继节点向第二中继节点发送连接请求消息connect；第一中继节点在自身的状态表中维护第二中继节点的状态为连接中状态connecting；
S102-2：第二中继节点收到第一中继节点的连接请求消息connect后，第二中继节点向第一中继节点发送准备消息ready；
S102-3：第一中继节点收到第二中继节点的准备消息ready后，第一中继节点在自身的状态表中维护第二中继节点的状态为准备状态ready；
S102-4：第一中继节点向第二中继节点发送已准备消息readyed，发送成功后，第一中继节点在自身的状态表中维护第二中继节点的状态为存活状态alive；存活状态表示第二中继节点能够实现状态转发服务。
进一步地，所述S102：建立中继节点与其他中继节点之间的连接关系，还包括：
S102-5：S102-1～S102-4中有任何一个环节失败，则返回S102-1。
进一步地，S102-1：第一中继节点在自身的状态表中维护第二中继节点的状态为连接中状态connecting之后，第二中继节点收到第一中继节点的连接请求消息connect后，第二中继节点向第一中继节点发送准备消息ready之前，还包括：
如果第二中继节点未启动，则第一中继节点一直向第二中继节点发送连接请求消息connect；
第二中继节点启动后，第二中继节点向第一中继节点发送连接请求消息connect，第二中继节点在自身的状态表中维护第一中继节点的状态为连接中状态connecting。
进一步地，在每个区块链节点的状态表中维护与当前区块链节点存在直接连接关系的区块链节点的状态，包括：
每个区块链节点在启动后，均维护所直接连接的区块链节点在当前区块链节点状态表中的两个状态：连接中状态connecting或存活状态alive。
如图2所示，所有区块链节点(包括中继和非中继节点)与其他直连区块链节点的连接关系(类似图5中的，第三共识节点是中继节点，第四共识节点在启动时需要维护第三共识节点和第五共识节点的连接关系)。
进一步地，如图2所示，所述S102：在每个区块链节点的状态表中维护与当前区块链节点存在直接连接关系的区块链节点的状态，还包括：
S102-6：每个区块链节点在启动后，均维护与当前区块链节点存在直接连接关系的区块链节点在当前区块链节点状态表中的两个状态：连接中状态connecting或存活状态alive；
S102-7：第一区块链节点启动时，第一区块链节点在自身的状态表中维护第二区块链节点为连接中状态connecting，第一区块链节点尝试与第二区块链节点建立连接，连接成功后，第一区块链节点在自身的状态表中维护第二区块链节点的状态为存活状态alive；
S102-8：第一区块链节点每间隔设定时间段，就向第二区块链节点发送一次ping请求，如果连续N次请求失败，则第一区块链节点在自身的状态表中维护第四区块链节点的状态为存活状态connecting；
S102-9：第一区块链节点继续尝试与第二区块链节点建立连接，连接成功后，第一区块链节点在自身的状态表中维护第四中继接节点的状态为存活状态alive。
应理解地，区块链节点请求广播的时候，会向所有区块链节点进行广播。如果目标节点的配置文件中配置了中继节点，目标节点广播时需要向中继节点发送一份请求。
将消息广播是指网络中某一个区块链节点需要将消息发送给其他所有区块链节点，如果这个节点和其他所有区块链节点是直连的，那么它就可以直接发送给其他所有区块链节点，如果不是，则需要通过中继节点进行转发。
应理解地，区块链节点请求单播的时候，优先选择本网络环境下alive的区块链节点进行单播，如果本网络环境下没有alive的区块链节点，则向中继节点单播。
将消息单播是指网络中区块链节点需要将消息发送给网络中某一个区块链节点，则优先选择直连的节点进行转发。
进一步地，所述S103：为每个区块链节点配置路由表，所述路由表包括：当前节点所连接的其他节点编号和当前节点所连接的其他节点下一跳节点的编号。
进一步地，如图3所示，所述S104：基于路由表和中继节点，实现发送节点与接收节点之间信息的转发，具体包括：
第一共识节点和第二共识节点在局域网内相互连接；
第三共识节点和第四共识节点在公网内相互连接；
第一共识节点与三共识节点和第四共识节点不直接连接；
以第二共识节点和第三共识节点作为中继节点；
如果第一共识节点需要向第四共识节点发送消息，则第一共识节点根据自身的路由表配置，将消息转发到第二共识节点；
第二共识节点根据自身的路由表配置，将消息转发到第三共识节点；
第三共识节点与第四共识节点时同一网络环境下的，第三共识节点直接将消息转发到第四共识节点。
表1路由表配置
进而可以将这种模式扩展到其他类型的节点，以及多种网络环境下，如图4所示，存储节点、备份节点都可以通过配置路由表的方式实现任意节点充当中继节点进行消息转发。
进一步地，如图5所示，所述方法还包括：
S105：第一共识节点和第二共识节点在局域网内相互连接；
第三共识节点和第四共识节点在公网内相互连接；
第一共识节点与三共识节点和第四共识节点不直接连接；
以第二共识节点和第三共识节点作为中继节点；
当公网内新增第五共识节点，则其他共识节点均需要更新自己的路由表；所述其他共识节点是指第一、第二、第三和第四共识节点；
路由表更新方式为：
(1051)：第五共识节点加入公网时，将自己的直连节点信息发送到其他共识节点；
(1052)：其他共识节点收到后，判断本共识节点是否是在第五共识节点的直连节点列表中；
如果在，则说明本共识节点是和第五共识节点直连的，无需更新路由表；
如果不在，说明本共识节点和第五共识节点消息需要经过其他中继节点发送，查找本共识节点路由表中的下一跳节点是否在第五共识节点的直连列表中，
如果下一跳节点存在第五共识节点的直连列表中，则更新本共识节点到第五共识节点的下一跳节点为第五共识节点的直连列表中的节点。
实施例二
本实施例提供了基于区块链中继节点的消息转发系统；
基于区块链中继节点的消息转发系统，包括：
信息配置模块，其被配置为：对区块链中的每一个区块链节点进行信息配置；
维护模块，其被配置为：从区块链节点中选择若干个节点作为中继节点，建立中继节点与其他中继节点之间的连接关系；在每个区块链节点的状态表中维护与当前区块链节点存在直接连接关系的区块链节点的状态；
路由表配置模块，其被配置为：为每个区块链节点配置路由表；
转发模块，其被配置为：基于路由表和中继节点，实现发送节点与接收节点之间信息的转发。
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.基于区块链中继节点的消息转发方法，其特征是，包括：
对区块链中的每一个区块链节点进行信息配置；
从区块链节点中选择若干个节点作为中继节点，建立中继节点与其他中继节点之间的连接关系；在每个区块链节点的状态表中维护与当前区块链节点存在直接连接关系的区块链节点的状态；为每个区块链节点配置路由表；
基于路由表和中继节点，实现发送节点与接收节点之间信息的转发。
2.如权利要求1所述的基于区块链中继节点的消息转发方法，其特征是，对区块链中的每一个区块链节点进行信息配置，其中，配置信息包括：当前节点与其他节点的连接信息、当前节点的编号、当前节点的网络模式、当前节点的IP地址和当前节点的通信端口；如果当前节点的网络模式为直连模式direct，则说明消息到达当前节点时，不需要任何节点转发；如果当前节点的网络模式为转发模式relay，则说明消息到达当前节点时，需要通过中继节点进行转发。
3.如权利要求1所述的基于区块链中继节点的消息转发方法，其特征是，建立中继节点与其他中继节点之间的连接关系，具体包括：
第一中继节点启动，第一中继节点向第二中继节点发送连接请求消息connect；第一中继节点在自身的状态表中维护第二中继节点的状态为连接中状态connecting；
第二中继节点收到第一中继节点的连接请求消息connect后，第二中继节点向第一中继节点发送准备消息ready；
第一中继节点收到第二中继节点的准备消息ready后，第一中继节点在自身的状态表中维护第二中继节点的状态为准备状态ready；
第一中继节点向第二中继节点发送已准备消息readyed，发送成功后，第一中继节点在自身的状态表中维护第二中继节点的状态为存活状态alive；存活状态表示第二中继节点能够实现状态转发服务。
4.如权利要求3所述的基于区块链中继节点的消息转发方法，其特征是，第一中继节点在自身的状态表中维护第二中继节点的状态为连接中状态connecting之后，第二中继节点收到第一中继节点的连接请求消息connect后，第二中继节点向第一中继节点发送准备消息ready之前，还包括：
如果第二中继节点未启动，则第一中继节点一直向第二中继节点发送连接请求消息connect；
第二中继节点启动后，第二中继节点向第一中继节点发送连接请求消息connect，第二中继节点在自身的状态表中维护第一中继节点的状态为连接中状态connecting。
5.如权利要求1所述的基于区块链中继节点的消息转发方法，其特征是，在每个区块链节点的状态表中维护与当前区块链节点存在直接连接关系的区块链节点的状态，包括：
每个区块链节点在启动后，均维护所直接连接的区块链节点在当前区块链节点状态表中的两个状态：连接中状态connecting或存活状态alive。
6.如权利要求1所述的基于区块链中继节点的消息转发方法，其特征是，在每个区块链节点的状态表中维护与当前区块链节点存在直接连接关系的区块链节点的状态，还包括：
每个区块链节点在启动后，均维护与当前区块链节点存在直接连接关系的区块链节点在当前区块链节点状态表中的两个状态：连接中状态connecting或存活状态alive；
第一区块链节点启动时，第一区块链节点在自身的状态表中维护第二区块链节点为连接中状态connecting，第一区块链节点尝试与第二区块链节点建立连接，连接成功后，第一区块链节点在自身的状态表中维护第二区块链节点的状态为存活状态alive；
第一区块链节点每间隔设定时间段，就向第二区块链节点发送一次ping请求，如果连续N次请求失败，则第一区块链节点在自身的状态表中维护第四区块链节点的状态为存活状态connecting；
第一区块链节点继续尝试与第二区块链节点建立连接，连接成功后，第一区块链节点在自身的状态表中维护第四中继接节点的状态为存活状态alive。
7.如权利要求1所述的基于区块链中继节点的消息转发方法，其特征是，为每个区块链节点配置路由表，所述路由表包括：当前节点所连接的其他节点编号和当前节点所连接的其他节点下一跳节点的编号。
8.如权利要求1所述的基于区块链中继节点的消息转发方法，其特征是，基于路由表和中继节点，实现发送节点与接收节点之间信息的转发，具体包括：
第一共识节点和第二共识节点在局域网内相互连接；
第三共识节点和第四共识节点在公网内相互连接；
第一共识节点与三共识节点和第四共识节点不直接连接；
以第二共识节点和第三共识节点作为中继节点；
如果第一共识节点需要向第四共识节点发送消息，则第一共识节点根据自身的路由表配置，将消息转发到第二共识节点；
第二共识节点根据自身的路由表配置，将消息转发到第三共识节点；
第三共识节点与第四共识节点时同一网络环境下的，第三共识节点直接将消息转发到第四共识节点。
9.如权利要求1所述的基于区块链中继节点的消息转发方法，其特征是，所述方法还包括：
第一共识节点和第二共识节点在局域网内相互连接；
第三共识节点和第四共识节点在公网内相互连接；
第一共识节点与三共识节点和第四共识节点不直接连接；
以第二共识节点和第三共识节点作为中继节点；
当公网内新增第五共识节点，则其他共识节点均需要更新自己的路由表；所述其他共识节点是指第一、第二、第三和第四共识节点；
路由表更新方式为：
第五共识节点加入公网时，将自己的直连节点信息发送到其他共识节点；
其他共识节点收到后，判断本共识节点是否是在第五共识节点的直连节点列表中；
如果在，则说明本共识节点是和第五共识节点直连的，无需更新路由表；
如果不在，说明本共识节点和第五共识节点消息需要经过其他中继节点发送，查找本共识节点路由表中的下一跳节点是否在第五共识节点的直连列表中，
如果下一跳节点存在第五共识节点的直连列表中，则更新本共识节点到第五共识节点的下一跳节点为第五共识节点的直连列表中的节点。
10.基于区块链中继节点的消息转发系统，其特征是，包括：
信息配置模块，其被配置为：对区块链中的每一个区块链节点进行信息配置；
维护模块，其被配置为：从区块链节点中选择若干个节点作为中继节点，建立中继节点与其他中继节点之间的连接关系；在每个区块链节点的状态表中维护与当前区块链节点存在直接连接关系的区块链节点的状态；
路由表配置模块，其被配置为：为每个区块链节点配置路由表；
转发模块，其被配置为：基于路由表和中继节点，实现发送节点与接收节点之间信息的转发。
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