CN108062672A - 一种基于区块链智能合约的流程调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链智能合约的流程调度方法，包括以下步骤：首先，通过交易区块根哈希和智能合约状态推演模块进行智能合约调度以产生交易信息；接着，利用智能合约状态推演模块中的监听触发单元对交易信息进行监听，将交易数据作为数据节点，合并新增的交易节点和相邻的交易节点的哈希数值，生成根哈希；接着，通过监听触发单元触发交易信息，根据队列的优先级进行交易信息的关联性排序，并通过实现交易流程的状态推演；最后，根据交易流程的状态推演过程实现智能合约的分发调度。本发明的调度方法利用状态推演为核心，可实现智能合约的高效调度，并能够实现对账本的状态相关性存储，能够极大地提高账本工作效率。

Description

一种基于区块链智能合约的流程调度方法

技术领域

本发明属于交易区块链技术领域，尤其涉及一种基于区块链智能合约的流程调度方法。

背景技术

交易区块链是一种按照时间顺序将数据交易区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，交易区块链具有不可篡改和不可伪造的特点，能够实现去中心化。在交易区块链技术领域，由于其分布式、共享数据交易区块、密码学加密等特点，智能合约层面只提供了有限的程序定制功能，在某些业务场景下，如多任务、多机构和角色等流程银行、集中业务处理等领域，交易区块链技术应用遇到了很大的困难。为了解决这些困难，当前主流的解决方案是设计一个中心化的应用程序，通过轮循调用智能合约扫描链上的数据，并对符合条件的数据进行处理，该方案不仅时间延时较大，不能实现精准的时间控制，并且还增加了***实现的复杂度，加大了开发成本。

目前大部分分布式账本在智能合约的调度过程主要分为三步：多方用户共同参与制定一份智能合约、合约通过P2P网络扩散并存入交易区块链、交易区块链构建的智能合约自动执行。

具体地，基于交易区块链的智能合约构建及执行分为如下几部分：

1)多方用户共同参与制定一份智能合约

首先用户必须先注册成为交易区块链的用户，交易区块链返回给用户一对公钥和私钥，公钥做为用户在交易区块链上的账户地址，私钥做为操作该账户的唯一钥匙。然后两个以两个以上的用户根据需要，共同商定了一份承诺，承诺中包含了双方的权利和义务；这些权利和义务以电子化的方式，编程机器语言，参与者分别用各自私钥进行签名以确保合约的有效性。签名后的智能合约，将会根据其中的承诺内容，传入交易区块链网络中。

2)合约通过P2P网络扩散并存入交易区块链

合约通过P2P的方式在交易区块链全网中扩散，每个节点都会收到一份，交易区块链中的验证节点会将收到的合约先保存到内存中，等待新一轮的共识时间，触发对该份合约的共识和处理。共识时间到了，验证节点会把最近一段时间内保存的所有合约，一起打包成一个合约集合，并算出这个合约集合的哈希值，最后将这个合约集合的哈希值组装成一个交易区块结构，扩散到全网；其它验证节点收到这个交易区块结构后，会把里面包含的合约集合的哈希取出来，与自己保存的合约集合进行比较；同时发送一份自己认可的合约集合给其它的验证节点；通过这种多轮的发送和比较；所有的验证节点最终在规定的时间内对最新的合约集合达成一致。最新达成的合约集合会以交易区块的形式扩散到全网，交易区块链最重要的信息是带有一组已经达成共识的合约集，收到合约集的节点都会对每条合约进行验证，验证通过的合约才回最终写入交易区块链中，验证的内容主要是合约参与者的私钥签名是否与账户匹配。

3)交易区块链构建的智能合约自动执行

智能合约会定期检查自动机状态，逐条遍历每个合约内包含的状态机、事务以及触发条件，将条件满足的事务推送到待验证的队列中，等待共识，未满足触发条件的事务将继续存放在交易区块链上。进入最新轮验证的事务，会扩散到每一个验证节点，与普通交易区块链交易或事务一样，验证节点首先进行签名验证，确保事务的有效性，验证通过的事务会进入待共识集合，等大多数验证节点达成共识后，事务会成功执行并通知用户。事务执行成功后，智能合约自带的状态机会判断所属合约的状态，当合约包括的所有事务都顺序执行完后，状态机会将合约的状态标记为完成，并从最新的交易区块中移除该合约，反之将标记为进行中，继续保存在最新的交易区块中等待下一轮处理，直到处理完毕。整个事务和状态的处理都由交易区块链底层内置的智能合约***自动完成，全程透明、不可攥改。

虽然目前的解决方案是设计一个中心化的应用程序，通过轮循调用智能合约扫描链上的数据，并对符合条件的数据进行处理，该方案不仅时间延时较大，不能实现精准的时间控制，并且还增加了***实现的复杂度，加大了开发成本。

发明内容

为解决上述现有技术中的问题，本发明提供了一种基于区块链智能合约的流程调度方法，以解决由于大批量并行账本信息的智能合约调度线性扩展问题，导致***复杂性增加，耦合度高，***扩展性差，难以维护的问题。

为实现上述目的，本发明的基于区块链智能合约的流程调度方法的具体技术方案如下：

一种基于区块链智能合约的流程调度方法，包括以下步骤：步骤一，通过哈希运算生成交易区块根哈希，并且通过智能合约状态推演模块进行智能合约的调度，以产生交易信息；步骤二，利用智能合约状态推演模块中的监听触发单元对交易信息进行监听，将交易数据作为数据节点，对应相应的哈希数值；步骤三，合并新增的交易节点和相邻的交易节点的哈希数值，生成字符串，并对该字符串进行哈希运算；逐层向上进行哈希运算，生成根哈希，并将该根哈希作为当前交易区块的可信匹配哈希；步骤四，通过监听触发单元触发交易信息，根据队列的优先级进行交易信息的关联性排序，并通过实现交易流程的状态推演，以信息映射的方式存储；步骤五，根据交易区块的可信匹配哈希，利用智能合约状态推演向下一交易区块传递，根据交易流程的状态推演过程实现智能合约的分发调度。

进一步，在步骤四中，智能合约状态推演模块根据预存储的交易流模板生成流程实例，将流程实例归类排序，根据状态的不同存储在具有不同优先级的任务队列中，根据触发的交易事件的分发服务，对智能合约进行调度。

进一步，在生成流程实例时，利用交易信息监听单元获取交易事件的相关信息，根据触发的交易信息，调用预存储的交易流模板生成流程实例，将生成的流程实例以及关联的交易信息封装为流程实例组件，交易信息监听单元监听触发并及时获取交易数据。

进一步，在分发服务中，通过对交易节点进行归类排序，将不同状态的交易节点保存在具有不同优先级的队列中，根据交易信息的分发服务将优先级信息以映射的方式存储，在后续的智能合约调度过程中，通过关联交易信息的状态推演过程实现按时、按状态、按优先级进行调度。

进一步，交易事件的相关信息包括密钥、随机数、哈希值，智能合约状态推演模块具有映射的存储信息，保存交易节点的状态、队列信息。

进一步，交易区块链的各个节点中包括本交易区块的可信匹配哈希，前一交易区块的可信匹配哈希、时间戳、随机数以及根据监听触发交易流程所生成的智能合约记录。

本发明的基于区块链智能合约的流程调度方法在传统交易区块链模型中增加了状态推演过程，以分布式任务队列为工作项节点，并以流程状态及前后关联性记录为存储的广义流程调度管理方法，该交互方式具有原子性、集群性，实现智能合约的高效调度。通过本发明能够在多任务、多机构和角色等流程银行、集中业务处理领域充分利用分布式缓存、无状态的函数式等技术，减少***开销，减少整个交易流程的***损耗，为***提升了线性扩容能力；同时通过关联式的交易信息记录管理，避免账本管理过程中出现的高复杂性、高耦合度、扩展性差、难以维护等问题。

本发明提出的基于任务队列的交易区块链智能合约调度方法通过利用以状态推演为核心的体系结构，形成交易流程状态的相关性节点队列，不同状态的节点保存在不同的具有优先级的队列中。因此，采用本发明所提出的智能合约调度方法，实现智能合约的高效调度，并能够实现对账本的状态相关性存储，能够极大地提高账本工作效率。

本发明的基于区块链智能合约的流程调度方法的优点主要包括：

1)减少***开销，大幅提升工作效率，为交易区块链账本提升了线性扩容能力；

2)通过任务队列之间的推送操作，去除了因数据库等B+树检索带来的性能影响；

3)避免账本管理过程中出现的高复杂性、高耦合度、扩展性差、难以维护等问题。

附图说明

图1为本发明的基于区块链智能合约的流程调度方法的流程示意图。

图2为本发明的基于区块链智能合约的流程调度方法中状态推演的流程示意图。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的基于区块链智能合约的流程调度方法做进一步详细的描述。

基于交易区块链的智能合约包括事务处理和保存机制，以及一个完备的状态机，用于接受和处理各种智能合约，并且事务的保存和状态处理都在交易区块链上完成。事务主要包含需要发送的数据，而事件则是对这些数据的描述信息。事务及事件信息传入智能合约后，合约资源集合中的资源状态会被更新，进而触发智能合约进行状态机判断。如果自动状态机中某个或某几个动作的触发条件满足，则由状态机根据预设信息选择合约动作自动执行。

智能合约***根据事件描述信息中包含的触发条件，当触发条件满足时，从智能合约自动发出预设的数据资源，以及包括触发条件的事件；整个智能合约***的核心就在于智能合约以事务和事件的方式经过智能合约模块的处理，出去还是一组事务和事件；智能合约只是一个事务处理模块和状态机构成的***，它不产生智能合约，也不会修改智能合约；它的存在只是为了让一组复杂的、带有触发条件的数字化承诺能够按照参与者的意志，正确执行。

如图1所示，基于区块链智能合约的流程调度方法的结构示意图，基于交易区块链的账本交易执行过程主要包括根哈希、随机数、时间戳、智能合约记录几个方面。

交易信息的产生主要包括交易发起方、交易目的方、公钥、私钥、签名、哈希函数等组成，交易通讯都是通过链式结构进行交易信息传递，因此交易流程实现起来相对简单、直接，就像一个流程图，只要描述交易区块节点之间的连接、数据传输的方向，以及从一个交易区块向下一个交易区块流转的条件等等，就可以设计出交易流程并进行交易记账。

对于根哈希的形成，在最底层把交易信息分成小的数据块，有相应地哈希和它对应，然后逐层向上把相邻的两个哈希合并成一个字符串，然后运算这个字符串的哈希，得到了一个子哈希，直到最终形成一棵倒挂的树，到了树根的这个位置，这一代就剩下一个根哈希了，我们把它叫做根哈希，也就是图中的当前交易区块的根哈希。

在p2p网络下载网络之前，先从前一交易区块获得可信的根哈希，然后就可以通过可信的根哈希来检查当前交易区块所生成的根哈希。如果当前交易区块的根哈希是损坏的或者虚假的，就从其他源获得另一个根哈希，直到获得一个与可信树根匹配的根哈希。

交易信息通过哈希运算形成哈希树，从而能够进行信息比对，达到节点同步的功能。这就涉及到智能合约的问题，基于区块链智能合约的流程调度方法依赖于状态推演模块，该模块是一个函数式的过程，利用角色模式并充分利用多核机制，在进程/线程调度上，具有高吞吐量、线程切换快速等特点。

基于区块链智能合约的流程调度方法依赖交易区块链的特性及节点之间的共识方法，并且具体调度的步骤如下：

首先，通过哈希运算生成交易区块根哈希，并且通过智能合约状态推演进行智能合约的调度过程，以产生交易信息。

接着，通过监听触发单元对交易信息进行监听，将交易数据作为数据节点，对应相应的哈希数值。

接着，合并新增的交易节点和相邻的交易节点的哈希数值，生成字符串，并对该字符串进行哈希运算；逐层向上进行哈希运算，生成唯一的根哈希，并将该根哈希作为当前交易区块的可信匹配哈希。

接着，通过监听触发交易信息，根据优先级队列的方式实现交易信息的关联性排序，并通过实现交易流程的状态推演，以信息映射的方式存储在***中。

最后，利用前一交易区块的可信匹配哈希，利用智能合约状态推演向下一交易区块传递，根据交易流程的状态推演过程实现智能合约的分发调度。

上述交易区块链的各个节点中除了包含了本交易区块的可信匹配哈希之外，还包括前一交易区块的可信匹配哈希、时间戳、随机数以及根据监听触发交易流程所生成的智能合约记录。

如图2所示，智能合约状态推演的具体过程如下：

首先，利用智能合约状态推演模块中的交易信息监听单元，对交易流程进行监听和触发；

接着，根据预存储的交易流模板，生成流程实例。

接着，将流程实例归类排序，根据状态的不同存储在具有不同优先级的任务队列中；其中，智能合约状态推演模块具有映射的存储信息，保存交易节点的状态、队列信息。

接着，根据触发的交易事件的分发服务，调度智能合约。

在智能合约状态推演过程中，通过交易信息监听单元对交易事件进行监听触发，获取交易事件的相关信息，如密钥、随机数、哈希值等内容，并根据触发的交易信息，调用预先存储的与触发交易相关联的流程模板，生成流程实例，最终将生成的流程实例以及其关联的交易信息封装为流程实例组件。该过程的主要功能是实现交易信息的实例化，并能够通过监听触发及时获取交易数据，便于实现智能合约的调度。

在智能合约状态推演过程中，将获得的交易流程实例分发给任务队列，通过对交易节点进行归类排序，不同状态的交易节点保存在不同的具有优先级的队列中，根据交易信息的分发服务将优先级信息以映射的方式存储在***中，在后续的智能合约调度过程中，只需通过关联交易信息的状态推演过程实现按时、按状态、按优先级进行调度。

状态推演以信息映射的方式保存了节点信息、状态信息、队列信息、地址等关键信息，任务队列是一组Key-Value的存储器，对队列元素的读写，入队出队，以及从一个队列到另外一个队列的转移操作，都是具有原子性的。状态推演模块也是一个函数式的过程，利用角色模式并充分利用多核机制，在进程/线程调度上，具有高吞吐量、线程切换快速等特点，实现了集群性，并具有很好的线性扩展性；通过队列式推送方式管理任务，避免了被动式导致的频繁查询和排序，提高了交易流程的执行过程，减轻了存储的负担，实现了一种高效率、低负载的智能合约调度方法。

由此，通过状态推演实现交易数据实例化地智能分发，通过优先级队列的方式实现交易信息的关联性排序，实现智能合约的调度与管理，这简化了交易数据的传输过程，从而减少了***中数据的传输量，简化了智能合约的调用过程，从而实现组件之间的低耦合，高内聚，使得分布式环境下智能合约的调度过程更加灵活、方便。

基于交易区块链技术的智能合约不仅可以发挥智能合约在成本效率方面的优势，而且可以避免恶意行为对合约正常执行的干扰。将智能合约以数字化的形式写入交易区块链中，由交易区块链技术的特性保障存储、读取、执行整个过程的透明、可跟踪、不可攥改；同时由交易区块链自带的共识算法构建出一套状态机***，使得智能合约能够高效地运行。

本发明的基于区块链智能合约的流程调度方法的状态推演模块主要是通过分发服务实现交易数据的智能监听，并将交易信息生成流程实例，通过分发服务将交易区块中的交易信息进行归类排序，不同状态或关联性的交易信息保存在不同的具有优先级的队列中。因此，交易区块链中的节点交易信息的状态分别以不同的队列呈现，直接可以取相关状态的队列即可进行智能合约的智能调度。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种基于区块链智能合约的流程调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，通过哈希运算生成交易区块根哈希，并且通过智能合约状态推演模块进行智能合约的调度，以产生交易信息；

步骤二，利用智能合约状态推演模块中的监听触发单元对交易信息进行监听，将交易数据作为数据节点，对应相应的哈希数值；

步骤三，合并新增的交易节点和相邻的交易节点的哈希数值，生成字符串，并对该字符串进行哈希运算；逐层向上进行哈希运算，生成根哈希，并将根哈希作为当前交易区块的可信匹配哈希；

步骤四，通过监听触发单元触发交易信息，根据队列的优先级进行交易信息的关联性排序，并通过实现交易流程的状态推演，以信息映射的方式存储；

步骤五，根据交易区块的可信匹配哈希，利用智能合约状态推演向下一交易区块传递，根据交易流程的状态推演过程实现智能合约的分发调度。

2.根据权利要求1所述的基于区块链智能合约的流程调度方法，其特征在于，在步骤四中，智能合约状态推演模块根据预存储的交易流模板生成流程实例，将流程实例归类排序，根据状态的不同存储在具有不同优先级的任务队列中，根据触发的交易事件的分发服务，对智能合约进行调度。

3.根据权利要求2所述的基于区块链智能合约的流程调度方法，其特征在于，在生成流程实例时，利用交易信息监听单元获取交易事件的相关信息，根据触发的交易信息，调用预存储的交易流模板生成流程实例，将生成的流程实例以及关联的交易信息封装为流程实例组件，交易信息监听单元监听触发并及时获取交易数据。

4.根据权利要求2所述的基于区块链智能合约的流程调度方法，其特征在于，在分发服务中，通过对交易节点进行归类排序，将不同状态的交易节点保存在具有不同优先级的队列中，根据交易信息的分发服务将优先级信息以映射的方式存储，在后续的智能合约调度过程中，通过关联交易信息的状态推演过程实现按时、按状态、按优先级进行调度。

5.根据权利要求3所述的基于区块链智能合约的流程调度方法，其特征在于，交易事件的相关信息包括密钥、随机数、哈希值，智能合约状态推演模块具有映射的存储信息，保存交易节点的状态、队列信息。

6.根据权利要求1所述的基于区块链智能合约的流程调度方法，其特征在于，交易区块链的各个节点中包括本交易区块的可信匹配哈希，前一交易区块的可信匹配哈希、时间戳、随机数以及根据监听触发交易流程所生成的智能合约记录。