[發(fā)明專利]一種面向聯(lián)盟鏈的狀態(tài)樹上的并行更新方法及更新系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110498176.4
• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號: CN113434522B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱承宇;陳之豪;戚曉冬;張召;金澈清;周傲英
• 申請（專利權(quán)）人: 華東師范大學(xué)
• 主分類號: G06F16/23
• 分類號: G06F16/23;G06F16/27;G06F21/64
• 代理公司: 上海德禾翰通律師事務(wù)所 31319
• 代理人: 夏思秋

本發(fā)明公開了一種面向聯(lián)盟鏈的狀態(tài)樹上的并行更新方法。本發(fā)明通過對每個更新的狀態(tài)定位到狀態(tài)樹上需要修改的沖突節(jié)點，合理給線程分配更新狀態(tài)和節(jié)點的任務(wù)，讓線程并行地更新狀態(tài)樹節(jié)點。本發(fā)明還公開了一種實現(xiàn)上述并行更新方法的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括共識模塊、交易執(zhí)行模塊、存儲模塊。通過這種方法，可以對狀態(tài)樹的更新可以并行執(zhí)行，從而大大提高的系統(tǒng)吞吐。本發(fā)明實現(xiàn)了對狀態(tài)的無鎖并行更新，通過將讀操作和寫操作解耦，并且巧妙結(jié)合使用了區(qū)塊鏈批量更新的特點，最大化提升并發(fā)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于區(qū)塊鏈技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種狀態(tài)樹上的更新方法，具體涉及一種面向聯(lián)盟鏈的狀態(tài)樹上的并行更新方法及更新系統(tǒng)。

背景技術(shù)

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N面向互不可信環(huán)境的多方共同維護的分布式賬本，具有去中心化、不可篡改、歷史數(shù)據(jù)可追溯等特點。然而傳統(tǒng)的區(qū)塊鏈為了保證每個副本擁有一致的最終狀態(tài)，都是對一批交易順序執(zhí)行。但這種順序執(zhí)行的模式不能很好的利用現(xiàn)代多核處理器的性能，閑置了大量的計算機資源并且?guī)砹藰O差的性能。

狀態(tài)的存儲主要有一種可驗證的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲，統(tǒng)稱為狀態(tài)樹，如MPT、SMT等。該結(jié)構(gòu)除了可以計算摘要外，還可以作為賬戶狀態(tài)的索引，并提供完整性證明。此外，狀態(tài)樹通過在每個塊上構(gòu)建全局賬戶狀態(tài)的快照來存儲賬戶狀態(tài)數(shù)據(jù)的所有版本。但是，由于在狀態(tài)樹上每一個節(jié)點的更新，都會導(dǎo)致狀態(tài)樹在提交時根節(jié)點到這個更新節(jié)點的路徑上的所有節(jié)點的哈希重新計算，并且需要將所有更新的節(jié)點持久化。目前很多對狀態(tài)樹的并行操作都是將一整棵樹鎖住來更新狀態(tài)，但是這種方法和串行更新效果基本一致；另一種是設(shè)計是在節(jié)點粒度上使用鎖的機制，但是由于節(jié)點和其孩子的上下關(guān)系，因此越靠近根節(jié)點的節(jié)點上的鎖的競爭越激烈，這也會影響整體并發(fā)性能。

因此，為了提升聯(lián)盟鏈的整體性能，有必要提出一種面向聯(lián)盟鏈的狀態(tài)樹上的并行更新策略。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種面向聯(lián)盟鏈的狀態(tài)樹上的并行更新方法，實現(xiàn)了對狀態(tài)的無鎖并行更新，通過將讀操作和寫操作解耦，并且巧妙結(jié)合使用了區(qū)塊鏈批量更新的特點，最大化提升并發(fā)性能。

本發(fā)明以提高聯(lián)盟鏈吞吐率為目標(biāo)，針對現(xiàn)有技術(shù)的缺失，提出一種面向聯(lián)盟鏈的狀態(tài)樹上的并行更新方法。在狀態(tài)樹上的并行更新中，本發(fā)明通過將讀操作和寫操作解耦，解析作業(yè)之間的沖突關(guān)系，并行下沉從根節(jié)點開始找到作業(yè)間公共更新的節(jié)點，將無沖突的作業(yè)分到不同的工作線程上執(zhí)行，無鎖地將一個區(qū)塊中的所有更新的狀態(tài)并行的更新到狀態(tài)樹上，從而提高區(qū)塊處理速度，提高系統(tǒng)吞吐量。

本發(fā)明提出了一種面向聯(lián)盟鏈的狀態(tài)樹上的并行更新方法，所述方法具體包括以下步驟：

步驟1：將需要更新的狀態(tài)集合S以取模、哈希映射、有序分段劃分等分配方式分配給不同的工作線程；

步驟2：將所有的更新狀態(tài)在狀態(tài)樹上做并行下沉搜索，直到找到?jīng)_突節(jié)點，并將對應(yīng)狀態(tài)附加到?jīng)_突節(jié)點上；

步驟3：從映射關(guān)系中取出沖突節(jié)點-更新的狀態(tài)列表，以取模、哈希映射、有序分段劃分等分配方式將沖突節(jié)點以及其附加的狀態(tài)集合重新分配給不同的工作線程，盡量使一個沖突節(jié)點由一個工作線程修改，一個工作線程可以修改一個或多個沖突節(jié)點；

步驟4：根據(jù)工作線程分配的狀態(tài)和沖突節(jié)點信息，并行對狀態(tài)樹的節(jié)點進行更新。

其中，

所述步驟1進一步包括以下步驟：

步驟1-1：批量收集所有需要更新的狀態(tài)集合S、工作線程集合，并初始化計數(shù)器；

步驟1-2：將每個更新的狀態(tài)從集合S中取出，利用取模、哈希映射、有序分段劃分等方式得到工作線程的索引，將取出的狀態(tài)分配給對應(yīng)的工作線程。

所述步驟2進一步包括以下步驟：