[發明專利]一種基于區塊鏈的并發交易處理方法及其應用

在審

• 申請號: 202210810789.1
• 申請日: 2022-07-11
• 公開（公告）號: CN115018648A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 李京;陳聰;王盛姣;熊航;王碩
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G06Q40/04
• 分類號: G06Q40/04;G06F16/27;G06F16/23
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發明公開了一種基于區塊鏈的并發交易處理方法及其應用，其步驟包括：1.更新維護狀態數據庫為最新值，2.區塊數據預處理，3.求解最大可合并序列集，4.合并交易。本發明在處理區塊鏈中的并發交易時，能夠篩選出只讀交易和必然無效交易，合并有效且語義合法的交易，降低區塊內交易發生沖突的可能性，從而能提高區塊鏈系統的并發性能。

技術領域

本發明屬于區塊鏈技術領域，具體的說是一種基于區塊鏈的并發交易處理方法及其應用。

背景技術

聯盟鏈作為區塊鏈技術路徑中的一個分支，是我國發展建設區塊鏈的重要方向。Fabric是一個受關注度較高的聯盟鏈平臺，采用可插拔和可配置的高度模塊化架構，具有靈活、可定制、可伸縮等特性，因此能應用于不同的業務場景。傳統區塊鏈系統通常使用“排序-執行”兩階段式的交易處理模型，這種模型要求交易串行化處理，限制了區塊鏈系統性能的提升。對此，Fabric提出了“執行-排序-驗證”三階段式的交易處理模型，節點能以任意順序執行交易，然后將產生狀態轉換的交易打包生成區塊，這使得交易可以并發執行，從而提高系統的吞吐量。盡管如此，與傳統分布式系統相比，Fabric的性能仍存在較大差距，未達到商業級應用的性能標準，嚴重阻礙Fabri進一步發展和應用。

Fabric系統中交易能并發執行，因而存在并發性沖突的問題。針對該問題，主要有兩類解決方法，一類方法是在客戶端層面去識別沖突并消解沖突。文獻[A solution forthe risk of non-deterministic transactions in hyperledger fabric]針對交易并發沖突和相對順序導致的不確定性交易，提出在客戶端維護一個緩存隊列用于判斷交易之間的沖突關系。只向排序節點提交無沖突交易，并監聽交易提交事件，檢測隊列中的交易，若無沖突消息則重新發起該交易。但是，該方法只能解決單個客戶端發起的交易沖突，多客戶端的交易沖突無法處理，并且緩存隊列可能成為性能瓶頸。文獻[Solutions forconcurrency conflict problem on hyperledger fabric]提出一種鎖機制在交易流程開始階段發現沖突，為沖突交易創建一個臨時數據庫索引，在交易驗證后把新創建的索引和原索引歸并。但是，在異步的區塊鏈系統中需要鎖服務實現節點同步創建和歸并數據庫索引，這會帶來額外的通信代價。

另一類方法是在排序階段，通過構建交易依賴圖來分析交易沖突情況，并利用重排序機制和有選擇地丟棄某些交易來確定一個沒有沖突的交易順序。文獻[Blurring thelines between blockchains and database systems:the case of hyperledgerfabric]最先使用這種方法提出了Fabric++，通過計算依賴圖中的強連通分量得到無法消解的沖突；然后選擇涉及分量最多的交易丟棄，直到依賴圖中沒有環路為止，最后按拓撲排序構建的無沖突交易順序來生成區塊。Fabric++在一定程度上減少了區塊中沖突交易的數量。文獻[A transactional perspective on execute-order-validate blockchains]在Fabric++的基礎上考慮了交易跨塊沖突和沖突類型，并提出了FabricSharp，它能更細粒度地處理交易沖突。但是此類方法存在性能上的缺陷，在依賴圖比較復雜時求解算法可能是性能瓶頸。文獻[Parblockchain:Leveraging transaction parallelism inpermissioned blockchain systems]提出了一種在高并發環境下并行執行的計算范式OXII，排序節點同樣生成交易依賴圖，根據交易間沖突依賴關系將交易發送給節點子集執行，并與區塊鏈網絡中其他節點共享執行結果。但是，節點不一致的執行結果會帶來嚴重的資源消耗。

發明內容

本發明是為了解決上述現有技術存在的不足之處，提出一種基于區塊鏈的并發交易處理方法及其應用，以期能在處理區塊鏈上的并發交易時，能夠消解區塊內語義合法交易之間的沖突，以提高Fabric系統的交易成功率，并減少系統資源消耗，從而能提升Fabric系統并發性能。