TWI647636B

TWI647636B - 區塊鏈負載平衡系統及其方法

Info

Publication number: TWI647636B
Application number: TW105128459A
Authority: TW
Inventors: 林祐德; 謝宏濤; 陳岱鈴; 陳政浩
Original assignee: 現代財富控股有限公司
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2019-01-11
Also published as: TW201810148A

Abstract

一種區塊鏈負載平衡系統及其方法，透過負載平衡端將自客戶端接收到的交易請求分配至多個第一應用程式介面端其中之一以進行處理，並且根據處理結果發送遠端程序呼叫請求至請求佇列，以及依序將請求佇列中的遠端程序呼叫請求分配至多個第二應用程式介面端其中之一，使分配到遠端程序呼叫請求的第二應用程式介面端執行遠端程序呼叫請求，以便將交易寫入區塊鏈及取得交易識別碼，並且回傳交易識別碼至相應的第一應用程式介面端的回應佇列以產生交易結果並傳送至客戶端，用以達成提高區塊鏈客戶端軟體的處理效率之技術功效。

Description

區塊鏈負載平衡系統及其方法

本發明涉及一種負載平衡技術，特別是應用負載平衡技術處理區塊鏈客戶端軟體的交易請求之區塊鏈負載平衡系統及其方法。

近年來，隨著區塊鏈（Blockchain）的普及與蓬勃發展，各種基於區塊鏈的應用便如雨後春筍般出現，例如：虛擬貨幣、智能合約、生產履歷等等。

一般而言，傳統區塊鏈客戶端軟體在查詢區塊鏈資料、發送交易時皆需要較多的運算資源，當請求過多時，將導致系統效能大幅下降，甚至耗盡運算資源而無法回應請求。舉例來說，假設一秒鐘需處理300筆交易，而區塊鏈前端系統處理一筆交易平均需要 0.1秒。那麼，每秒將會有290個未完成工作，一分鐘就會累積近2萬筆未處理資料。由於交易產生速度遠大於區塊鏈前端系統可處理速度，假設一天只有8小時有交易，並且皆為每秒300筆（實際情況為 24小時，但是有尖峰／離峰時段的分別），則總交易量為8,640,000筆，推算處理這些交易需要240小時，在最差情況下，一筆交易完成需要等待大約10天，再加上區塊鏈確認時間假設為一分鐘。那麼，基於以上假設，最糟情況需等待（10天+1分鐘）才能得到區塊鏈交易確認。因此，在具有大量請求時，區塊鏈客戶端軟體存在處理效率不佳之問題。

綜上所述，可知先前技術中長期以來一直存在區塊鏈客戶端軟體的處理效率不佳之問題，因此實有必要提出改進的技術手段，來解決此一問題。

本發明揭露一種區塊鏈負載平衡系統及其方法。

首先，本發明揭露一種區塊鏈負載平衡系統，此系統包含：客戶端及負載平衡端。所述客戶端用以傳送交易請求；所述負載平衡端用以透過網路與所述客戶端相互連接，所述負載平衡端包含：分配模組、執行模組及回傳模組。其中，分配模組用以將接收到的每一交易請求，各自分配至多個第一應用程式介面端其中之一以進行處理，每一第一應用程式介面端具有相應的回應佇列，並且根據處理結果發送遠端程序呼叫請求至請求佇列；執行模組用以將請求佇列中的遠端程序呼叫請求依序分配至多個第二應用程式介面端其中之一，使分配到遠端程序呼叫請求的第二應用程式介面端執行遠端程序呼叫請求，將交易寫入區塊鏈並取得交易識別碼；回傳模組用以回傳交易識別碼至發送遠端程序呼叫請求的第一應用程式介面端的回應佇列，使第一應用程式介面端依序根據回應佇列的交易識別碼產生交易結果，並且將此交易結果傳送至相應的客戶端。

另外，本發明揭露一種區塊鏈負載平衡方法，其步驟包括：提供客戶端及負載平衡端，所述負載平衡端透過網路與客戶端相互連接；客戶端傳送交易請求至負載平衡端；負載平衡端將接收到的每一交易請求，各自分配至多個第一應用程式介面端其中之一以進行處理，每一第一應用程式介面端具有相應的回應佇列，並且根據處理結果發送遠端程序呼叫請求至請求佇列；負載平衡端將請求佇列中的遠端程序呼叫請求依序分配至多個第二應用程式介面端其中之一，使分配到遠端程序呼叫請求的第二應用程式介面端執行遠端程序呼叫請求，將交易寫入區塊鏈並取得交易識別碼，以及回傳交易識別碼至發送遠端程序呼叫請求的第一應用程式介面端的回應佇列；所述第一應用程式介面端依序根據回應佇列的交易識別碼產生交易結果，並且將此交易結果傳送至相應的客戶端。

本發明所揭露之系統與方法如上，與先前技術的差異在於本發明是透過負載平衡端將自客戶端接收到的交易請求分配至多個第一應用程式介面端其中之一以進行處理，並且根據處理結果發送遠端程序呼叫請求至請求佇列，以及依序將請求佇列中的遠端程序呼叫請求分配至多個第二應用程式介面端其中之一，使分配到遠端程序呼叫請求的第二應用程式介面端執行遠端程序呼叫請求，以便將交易寫入區塊鏈及取得交易識別碼，並且回傳交易識別碼至相應的第一應用程式介面端的回應佇列以產生交易結果並傳送至客戶端。

透過上述的技術手段，本發明可以達成提高區塊鏈客戶端軟體的處理效率之技術功效。

以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明之實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題並達成技術功效的實現過程能充分理解並據以實施。

在說明本發明所揭露之區塊鏈負載平衡系統及其方法之前，先對本發明應用的環境作說明，本發明所述的負載平衡端是應用在區塊鏈網路中的節點，換句話說，負載平衡端整體可視為區塊鏈網路中的一個節點，提供區塊鏈相關處理。接著，針對本發明所自行定義的名詞作說明，本發明所述的第一應用程式介面端是指用於接收客戶端交易請求的應用程式介面（Application Programming Interface, API），可稱之為「MAPI」。所述第二應用程式介面端則可稱之為「EAPI」，其包含二部分，第一個部分是區塊鏈前端系統（Blockchain Client），可稱之為「Geth」，用於處理區塊鏈資料、查詢、發送交易等等；第二個部分則是包含在區塊鏈前端系統上層的應用程式介面，其可稱為通用RPC框架，可透過區塊鏈前端系統的遠端程序呼叫（Remote Procedure Call, RPC）來與區塊鏈前端系統溝通，以便查詢區塊鏈資料、發送交易及呼叫智能合約API等等。

以下配合圖式對本發明區塊鏈負載平衡系統及其方法做進一步說明，請先參閱「第1圖」，「第1圖」為本發明區塊鏈負載平衡系統之系統方塊圖，此系統包含：客戶端110及負載平衡端120。在實際實施上，所述客戶端及負載平衡端透過網路130相互連接，以便所述客戶端110傳送交易請求至負載平衡端120。所述客戶端110為計算機裝置，例如：個人電腦、手持式裝置、行動裝置、筆記型電腦、平板電腦、智慧型手機等等。

在負載平衡端120的部分，其包含：分配模組121、執行模組122及回傳模組123。其中，分配模組121用以將接收到的每一交易請求，各自分配至多個第一應用程式介面端其中之一以進行處理，每一第一應用程式介面端具有相應的回應佇列，並且根據處理結果發送遠端程序呼叫請求至請求佇列。在實際實施上，請求佇列係為訊息佇列（Message Queue），其可透過基於進階訊息佇列通訊協定（Advanced Message Queuing Protocol, AMQP）的開放原始碼軟體，如：「RabbitMQ」來實現。特別要說明的是，分配模組121在分配交易請求時，可持續以輪循（Round Robin, RR）、比重式輪循（Weighted Round Robin, WRR）、流量（Bandwidth）、連接數量（Connection Number）及回應時間（Response Time）至少其中之一來選擇其中一個第一應用程式介面端，以便將交易請求分配至選出的第一應用程式介面端。另外，在實際實施上，負載平衡端120與客戶端110之間還可有一個前端伺服器（例如：銀行的前端），用以提供瀏覽並引導客戶端110的請求至負載平衡端120。

執行模組122用以將請求佇列中的遠端程序呼叫請求依序分配至多個第二應用程式介面端其中之一，使分配到遠端程序呼叫請求的第二應用程式介面端執行此遠端程序呼叫請求，將交易寫入區塊鏈並取得交易識別碼。在實際實施上，負載平衡端120可持續根據第二應用程式介面端的反饋訊息，選擇其中一個第二應用程式介面端，用以將請求佇列中的遠端程序呼叫請求分配至選出的第二應用程式介面端。換句話說，當第二應用程式介面端反饋處理完成的訊息時，負載平衡端120便可將遠端程序呼叫請求分配給此第二應用程式介面端，反之，倘若第二應用程式介面端尚未反饋處理完成的訊息時，負載平衡端120便將此第二應用程式介面端從待選擇中移除。另外，分配到遠端程序呼叫請求的第二應用程式介面端執行此遠端程序呼叫請求時，即可透過區塊鏈前端系統的RPC來與區塊鏈前端系統溝通，將交易寫入區塊鏈並取得交易識別碼（Transaction ID）。

回傳模組123用以回傳交易識別碼至發送遠端程序呼叫請求的第一應用程式介面端的回應佇列，使第一應用程式介面端依序根據回應佇列的交易識別碼產生交易結果，並且將此交易結果傳送至相應的客戶端110。在實際實施上，假設以「RabbitMQ」來實現請求佇列，藉由「reply_to」與「correlation_id」這兩個參數即可將交易識別碼回傳至發送遠端程序呼叫請求的第一應用程式介面端之回應佇列，進而傳送交易結果至相應的客戶端110。

接著，請參閱「第2圖」，「第2圖」為本發明區塊鏈負載平衡方法之方法流程圖，其步驟包括：：提供客戶端110及負載平衡端120，所述負載平衡端120透過網路130與客戶端110相互連接（步驟210）；客戶端110傳送交易請求至負載平衡端120（步驟220）；負載平衡端120將接收到的每一交易請求，各自分配至多個第一應用程式介面端其中之一以進行處理，每一第一應用程式介面端具有相應的回應佇列，並且根據處理結果發送遠端程序呼叫請求至請求佇列（步驟230）；負載平衡端120將請求佇列中的遠端程序呼叫請求依序分配至多個第二應用程式介面端其中之一，使分配到遠端程序呼叫請求的第二應用程式介面端執行遠端程序呼叫請求，將交易寫入區塊鏈並取得交易識別碼，以及回傳交易識別碼至發送遠端程序呼叫請求的第一應用程式介面端的回應佇列（步驟240）；所述第一應用程式介面端依序根據回應佇列的交易識別碼產生交易結果，並且將此交易結果傳送至相應的客戶端110（步驟250）。透過上述步驟，即可透過負載平衡端120將自客戶端110接收到的交易請求分配至多個第一應用程式介面端其中之一以進行處理，並且根據處理結果發送遠端程序呼叫請求至請求佇列，以及依序將請求佇列中的遠端程序呼叫請求分配至多個第二應用程式介面端其中之一，使分配到遠端程序呼叫請求的第二應用程式介面端執行遠端程序呼叫請求，以便將交易寫入區塊鏈及取得交易識別碼，並且回傳交易識別碼至相應的第一應用程式介面端的回應佇列以產生交易結果並傳送至客戶端110。

另外，如「第3圖」所示意，「第3圖」為本發明區塊鏈負載平衡系統之另一系統方塊圖。其與「第1圖」的差異僅在於負載平衡端120還可包含金鑰端124，此金鑰端124與第二應用程式介面端相互連接，用以透過分散式檔案系統儲存多個相同的金鑰，並且在第二應用程式介面端將交易寫入區塊鏈時，允許第二應用程式介面端以金鑰端124儲存的金鑰進行交易。所述分散式檔案系統可為網路檔案系統（Network File System, NFS）搭配Hadoop分散式檔案系統（Hadoop Distributed File System, HDFS）來實現，以提供所有第二應用程式介面端皆能夠使用金鑰，並且有效避免金鑰損毀的情況。

請參閱「第4圖」，「第4圖」為本發明區塊鏈負載平衡方法之另一方法流程圖。其步驟與「第2圖」的差異僅在於步驟240在第二應用程式介面端將交易寫入區塊鏈時，允許所述第二應用程式介面端根據金鑰端124預先儲存的金鑰進行交易處理，此金鑰端124與所有第二應用程式介面端相互連接，並且透過分散式檔案系統儲存多個相同的金鑰（步驟241）。

以下配合「第5圖」及「第6圖」以實施例的方式進行如下說明，請先參閱「第5圖」，「第5圖」為應用本發明的負載平衡端之細部示意圖。在實際實施上，第一應用程式介面端510與第二應用程式介面端530的數量可以相對應，舉例來說，假設有三個第一應用程式介面端510，那麼第二應用程式介面端530的數量也同樣為三個，並且每一個第一應用程式介面端510分別對應一個第二應用程式介面端530。除此之外，第一應用程式介面端510與第二應用程式介面端530的數量也可以不相同，也就是說，第一應用程式介面端510和第二應用程式介面端530的數量皆可以為一個以上的任意數量，例如：三個第一應用程式介面端510和二個第二應用程式介面端530、三個第一應用程式介面端510和四個第二應用程式介面端530等等。另外，每一個第一應用程式介面端510都有一個回應佇列，而請求佇列520如「第5圖」所示意只有單獨一個。

承上所述，在第二應用程式介面端530中，其包含二部分，第一個部分是區塊鏈前端系統531，用於處理區塊鏈資料、查詢、發送交易等等；第二個部分則是包含在區塊鏈前端系統531上層的應用程式介面，其可稱為通用RPC框架532，用以透過區塊鏈前端系統531的遠端程序呼叫來與區塊鏈前端系統531溝通，以便查詢區塊鏈資料、發送交易及呼叫智能合約API等等。

如此一來，分配模組121即可將持續接收到的交易請求，各自分配給不同的第一應用程式介面端510，並且由其對應的第二應用程式介面端530進行基於區塊鏈的交易處理。另外，由於同時存在多個第二應用程式介面端530，所以可預先將金鑰儲存在金鑰端124，再將金鑰端124與所有第二應用程式介面端530相互連接，以便第二應用程式介面端530在進行交易處理時，使用金鑰端124的金鑰處理區塊鏈的交易，例如：簽章、驗證等等。

如「第6圖」所示意，「第6圖」為應用本發明進行多線處理之示意圖。假設有三個第一應用程式介面端（610、620及630）及其各自對應的回應佇列（611、621及631）、一個請求佇列520、三個第二應用程式介面端（710、720及730），從「第6圖」可清楚看到，第一應用程式介面端（610、620及630）不會收到本身以外發出請求的結果，換句話說，第一應用程式介面端610發出的請求經第二應用程式介面端710處理後，其結果只會傳送至與第一應用程式介面端610對應的回應佇列611；第一應用程式介面端620發出的請求經第二應用程式介面端720處理後，其結果只會傳送至與第一應用程式介面端620對應的回應佇列621；第一應用程式介面端630發出的請求經第二應用程式介面端730處理後，其結果只會傳送至與第一應用程式介面端630對應的回應佇列631。在實際實施上，多個第一應用程式介面端（610、620及630）與多個第二應用程式介面端（710、720及730）可視為多線處理，以此方式在安裝N台第二應用程式介面端時，可使排隊時間縮小n倍（1/n*等待時間），有效提升區塊鏈客戶端軟體的處理效率。另外，所述第二應用程式介面端的數量還可依據流量動態新增或減少。特別要說明的是，雖然本發明以上述舉例做說明，然而在實際實施上，第一應用程式介面端610發送的請求也可以讓第二應用程式介面端720或第二應用程式介面端730來處理。另外，雖然上述舉例以三個第一應用程式介面端（610、620及630）和三個第二應用程式介面端（710、720及730）做說明，但第一應用程式介面端和第二應用程式介面端的數量不需相同。

綜上所述，可知本發明與先前技術之間的差異在於透過負載平衡端將自客戶端接收到的交易請求分配至多個第一應用程式介面端其中之一以進行處理，並且根據處理結果發送遠端程序呼叫請求至請求佇列，以及依序將請求佇列中的遠端程序呼叫請求分配至多個第二應用程式介面端其中之一，使分配到遠端程序呼叫請求的第二應用程式介面端執行遠端程序呼叫請求，以便將交易寫入區塊鏈及取得交易識別碼，並且回傳交易識別碼至相應的第一應用程式介面端的回應佇列以產生交易結果並傳送至客戶端，藉由此一技術手段可以解決先前技術所存在的問題，進而達成提高區塊鏈客戶端軟體的處理效率之技術功效。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

110‧‧‧客戶端

120‧‧‧負載平衡端

121‧‧‧分配模組

122‧‧‧執行模組

123‧‧‧回傳模組

124‧‧‧金鑰端

130‧‧‧網路

510‧‧‧第一應用程式介面端

520‧‧‧請求佇列

530‧‧‧第二應用程式介面端

531‧‧‧區塊鏈前端系統

532‧‧‧通用RPC框架

610、620、630‧‧‧第一應用程式介面端

611、621、631‧‧‧回應佇列

710、720、730‧‧‧第二應用程式介面端

步驟210‧‧‧提供至少一客戶端及一負載平衡端，該負載平衡端透過網路與所述客戶端相互連接

步驟220‧‧‧所述客戶端傳送至少一交易請求至該負載平衡端

步驟230‧‧‧該負載平衡端將接收到的每一交易請求，各自分配至多個第一應用程式介面端其中之一以進行處理，每一第一應用程式介面端具有相應的一回應佇列，並且根據處理結果發送一遠端程序呼叫請求至一請求佇列

步驟240‧‧‧該負載平衡端將該請求佇列中的該遠端程序呼叫請求依序分配至多個第二應用程式介面端其中之一，使分配到該遠端程序呼叫請求的所述第二應用程式介面端執行該遠端程序呼叫請求，將交易寫入區塊鏈並取得一交易識別碼，以及回傳該交易識別碼至發送該遠端程序呼叫請求的所述第一應用程式介面端的該回應佇列

步驟241‧‧‧在所述第二應用程式介面端將交易寫入區塊鏈時，允許所述第二應用程式介面端根據一金鑰端預先儲存的一金鑰進行交易，該金鑰端與所述第二應用程式介面端相互連接，並且透過分散式檔案系統儲存多個相同的該金鑰

步驟250‧‧‧所述第一應用程式介面端依序根據該回應佇列的該交易識別碼產生一交易結果，並且將該交易結果傳送至相應的所述客戶端

第1圖為本發明區塊鏈負載平衡系統之系統方塊圖。第2圖為本發明區塊鏈負載平衡方法之方法流程圖。第3圖為本發明區塊鏈負載平衡系統之另一系統方塊圖。第4圖為本發明區塊鏈負載平衡方法之另一方法流程圖。第5圖為應用本發明的負載平衡端之細部示意圖。第6圖為應用本發明進行多線處理之示意圖。

Claims

一種區塊鏈負載平衡系統，該系統包含：至少一客戶端，用以傳送至少一交易請求；以及一負載平衡端，用以透過網路與所述客戶端相互連接，該負載平衡端包含：一分配模組，用以將接收到的每一交易請求，各自分配至多個第一應用程式介面端其中之一以進行處理，每一第一應用程式介面端具有相應的一回應佇列，並且根據處理結果發送一遠端程序呼叫請求至一請求佇列；一執行模組，用以將該請求佇列中的該遠端程序呼叫請求依序分配至多個第二應用程式介面端其中之一，使分配到該遠端程序呼叫請求的所述第二應用程式介面端執行該遠端程序呼叫請求，將交易寫入區塊鏈並取得一交易識別碼；以及一回傳模組，用以回傳該交易識別碼至發送該遠端程序呼叫請求的所述第一應用程式介面端的該回應佇列，使所述第一應用程式介面端依序根據該回應佇列的該交易識別碼產生一交易結果，並且將該交易結果傳送至相應的所述客戶端。
根據申請專利範圍第1項之區塊鏈負載平衡系統，其中該負載平衡端更包含一金鑰端，該金鑰端與所述第二應用程式介面端相互連接，用以透過分散式檔案系統儲存多個相同的一金鑰，並且在所述第二應用程式介面端將交易寫入區塊鏈時，允許所述第二應用程式介面端以該金鑰進行交易。
根據申請專利範圍第1項之區塊鏈負載平衡系統，其中該負載平衡端持續以輪循、比重式輪循、流量、連接數量及回應時間至少其中之一來選擇所述第一應用程式介面端其中之一以分配所述交易請求。
根據申請專利範圍第1項之區塊鏈負載平衡系統，其中該負載平衡端持續根據所述第二應用程式介面端的一反饋訊息，選擇所述第二應用程式介面端其中之一，用以將該請求佇列中的該遠端程序呼叫請求分配至選出的所述第二應用程式介面端。
根據申請專利範圍第1項之區塊鏈負載平衡系統，其中該請求佇列係基於進階訊息佇列通訊協定。
一種區塊鏈負載平衡方法，其步驟包括：提供至少一客戶端及一負載平衡端，該負載平衡端透過網路與所述客戶端相互連接；所述客戶端傳送至少一交易請求至該負載平衡端；該負載平衡端將接收到的每一交易請求，各自分配至多個第一應用程式介面端其中之一以進行處理，每一第一應用程式介面端具有相應的一回應佇列，並且根據處理結果發送一遠端程序呼叫請求至一請求佇列；該負載平衡端將該請求佇列中的該遠端程序呼叫請求依序分配至多個第二應用程式介面端其中之一，使分配到該遠端程序呼叫請求的所述第二應用程式介面端執行該遠端程序呼叫請求，將交易寫入區塊鏈並取得一交易識別碼，以及回傳該交易識別碼至發送該遠端程序呼叫請求的所述第一應用程式介面端的該回應佇列；以及所述第一應用程式介面端依序根據該回應佇列的該交易識別碼產生一交易結果，並且將該交易結果傳送至相應的所述客戶端。
根據申請專利範圍第6項之區塊鏈負載平衡方法，其中該方法更包含將一金鑰端與所述第二應用程式介面端相互連接，該金鑰端透過分散式檔案系統儲存多個相同的一金鑰，用以在所述第二應用程式介面端將交易寫入區塊鏈時，允許所述第二應用程式介面端以該金鑰進行交易的步驟。
根據申請專利範圍第6項之區塊鏈負載平衡方法，其中該負載平衡端持續以輪循、比重式輪循、流量、連接數量及回應時間至少其中之一來選擇所述第一應用程式介面端其中之一以分配所述交易請求。
根據申請專利範圍第6項之區塊鏈負載平衡方法，其中該負載平衡端持續根據所述第二應用程式介面端的一反饋訊息，選擇所述第二應用程式介面端其中之一，用以將該請求佇列中的該遠端程序呼叫請求分配至選出的所述第二應用程式介面端。
根據申請專利範圍第6項之區塊鏈負載平衡方法，其中該請求佇列係基於進階訊息佇列通訊協定。