CN108900321A - 一种区块链分区间进行实时原子交易的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种区块链分区间进行实时原子交易的方法。该方法包括：检测区块链中网络节点的地址和数量，对区块链中网络节点进行分区；对底层区块链分区里的网络节点进行选举；不同区块链分区之间的代理节点进行连接；上层区块链分区里的代理节点作为普通网络节点进行新一轮选举；底层区块链分区里的普通网络节点发起交易操作；底层区块链分区里的代理节点将交易操作通知上层区块链里的其他代理节点；上层区块链里的代理节点将交易操作通知与其同属一个底层区块链分区里的其他代理节点和跟随节点。利用本发明的方法进行区块链分区间的交易操作，提升了交易操作的响应速度，同时也保证了跨链操作的原子性与一致性。

Description

一种区块链分区间进行实时原子交易的方法

技术领域

本发明属于区块链开发领域，尤其涉及一种区块链分区间进行实时原子交易的方法。

背景技术

近年来，随着区块链技术社区的不断增大，对于共识算法的研究也日益深入。从中本聪率先提出的PoW开始，人们对大规模分布式对等网络节点的数据一致性问题做出了深度思考和创新。

不论是PoW还是PoS，都可以被归结为同步共识算法的范畴。PoW与PoS的初衷都是通过某些机制定期在全部对等网络节点中，选举出一个“幸运儿”作为日志(即账务)的基准节点，并由该节点将自己记录的交易写入日志文件(账本)后发送给其他节点。这种机制将传统数据库的主从架构拓展到多节点对等结构(多活)，整个集群能够保障写入账本并得到多方确认的账务强一致性。

但是，这种机制在区块链网络中节点数量大幅度增加时会面临数据传输量过大，传输频率过高而导致网络吞吐量不够，使得数据传输滞后的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷，提供一种区块链分区间进行实时原子交易的方法，利用此方法进行区块链分区的交易操作，可以使得数据传输量大幅下降，提升了交易操作的响应速度，同时也保证跨链操作的原子性与一致性。

本发明为解决其技术问题所采取的技术方案为：

提供一种区块链分区间进行实时原子交易的方法，其特征在于，包括，

步骤A，检测区块链中网络节点的地址和数量，对区块链中网络节点进行分区,形成底层区块链分区；

步骤B，对底层区块链分区里的网络节点进行选举，选举出代理节点和跟随节点；

步骤C，不同区块链分区之间的代理节点进行连接，形成上层区块链分区；

步骤D，上层区块链分区里的代理节点作为普通网络节点进行新一轮选举，选出上层区块链分区的代理节点和跟随节点；

步骤E,底层区块链分区里的普通网络节点发起交易操作，并将交易操作通知底层区块链分区里的代理节点和跟随节点；

步骤F，底层区块链分区里的代理节点将交易操作通知上层区块链里的其他代理节点；

步骤G，上层区块链里的代理节点将交易操作通知与其同属一个底层区块链分区里的其他代理节点和跟随节点。

进一步地，重复执行所述步骤C至步骤D，对区块链分区不断进行分层。

进一步地，所述步骤A具体包括:

步骤A1，检测区块链中网络节点的地址和数量；

步骤A2，若检测到区块链中的网络节点数超过了预定阈值，对区块链中的网络节点根据其地址的范围进行分区；

步骤A3，区块链中网络节点分区后，所有网络节点判断自己所属的分区，然后重新执行进程初始化过程，在IRC列表或根据用户配置查询到同样属于该分区的其他网络节点并建立连接。

进一步地，步骤A2具体包括：

检测到区块链里的网络节点超过预定阈值后，任一网络节点首先发起切分区块链的投票请求，当其他网路节点接收到请求并从自身本地账本发现确实达到切分条件后会投票赞成。当整个网络节点集群超一定比例节点赞成后，则对区块链中的网络节点根据其地址范围进行分区。

进一步地，使用股份授权证明机制对所述区块链分区里的网络节点进行选举，选举出代理节点和跟随节点。

进一步地，所述股份授权证明机制具体为：

在区块链分区中，每个网络节点利用自身持有的有效通证总数乘以权重系数作为权重值，而网络节点选举的过程即每个节点在本地去中心化账本中查询权重最高的若干个节点作为自己的代理节点，其他网络节点为跟随节点。

利用本发明所提供的区块链分区间进行实时原子交易的方法，可以使得数据传输量大幅下降，提升了交易操作的响应速度，同时也保证跨链操作的原子性与一致性。

附图说明

图1为本发明区块链分区间进行实时原子交易的方法的流程图；

图2为本发明区块链分区间进行实时原子交易的方法的对区块链进行分区的步骤具体流程图；

图3为本发明区块链分区间进行实时原子交易的方法的实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明公开了一种区块链分区间进行实时原子交易的方法，包括：

步骤S100,检测区块链中网络节点的地址和数量，对区块链中网络节点进行分区,形成底层区块链分区；

步骤S200,对底层区块链分区里的普通网络节点进行选举，选举出代理节点和跟随节点；

步骤S300,不同区块链分区之间的代理节点进行连接，形成上层区块链分区；

步骤S400,上层区块链分区里的代理节点作为普通网络节点进行新一轮选举，选出上层区块链分区的代理节点和跟随节点；

步骤S500,底层区块链分区里的普通网络节点发起交易操作，并将交易操作通知底层区块链分区里的代理节点和跟随节点；

步骤S600，底层区块链分区里的代理节点将交易操作通知上层区块链里的其他代理节点；

步骤S700，上层区块链里的代理节点将交易操作通知与其同属一个底层区块链分区里的其他代理节点和跟随节点。

其中，可以重复执行所述步骤S300至步骤S400，对区块链分区不断进行分层。

其中，如图2所示，步骤S1OO具体包括：

步骤S101,检测区块链中网络节点的地址和数量；

步骤S102,若检测到区块链中的网络节点数超过了预定阈值，对区块链中的网络节点根据其地址的范围进行分区；

步骤S103,区块链中网络节点分区后，所有网络节点判断自己所属的分区，然后重新执行进程初始化过程，在IRC列表或根据用户配置查询到同样属于该分区的其他网络节点并建立连接。

其中，步骤S102具体包括：

检测到区块链里的网络节点超过预定阈值后，任一网络节点首先发起切分区块链的投票请求，当其他网路节点接收到请求并从自身本地账本发现确实达到切分条件后会投票赞成。当整个网络节点集群超一定比例节点赞成后，则对区块链中的网络节点根据其地址范围进行分区。本地账本是网络节点预先接收并储存的文件，包含了区块链中共同执行的规则。

其中，使用股份授权证明机制对所述区块链分区里的网络节点进行选举，选举出代理节点和跟随节点。

其中，所述股份授权证明机制具体为：

在区块链分区中，每个网络节点利用自身持有的有效通证总数乘以权重系数作为权重值，而网络节点选举的过程即每个节点在本地去中心化账本中查询权重最高的若干个节点作为自己的代理节点，其他网络节点为跟随节点。

上述股份授权证明机制(DPoS)为一种减少区块链中网络节点间进行共识操作的技术，其通过网络节点间的投票选举出一定数量的代理节点，这些代理节点之间形成一个共识网络，而其他没有被选举出来的网络节点则通过与代理节点之间进行主从同步，从而达到减少区块链中进行共识操作的数量，提升交易的响应速度的效果。

交易操作发起前，先对区块链中的网络节点进行检测，检测其地址和数量，网络节点的地址可以是MAC地址、IP地址，当网络节点数量超过预设阈值时，例如根据多次检测，阈值可以设定为1000，对区块链中的网络节点根据其地址范围进行分区。具体为，网络节点寻找与其MAC地址或者IP地址范围最相近的1000个网络节点划分为一个分区。分区后，将分区信息通知所有网络节点。

在区块链进行选举前，区块链中的所有网络节点均为普通网络节点，选举后，区块链中的普通网络节点分为代理节点和跟随节点，代理节点至少为一个，也可以为多个，其他网络节点为跟随节点。其中代理节点负责小范围内的共识协商，而协商结果则通知跟随节点进行记录。

在单层DPoS协议中，每个普通网络节点利用自身持有的有效通证总数乘以权重系数作为权重值，而节点选举的过程即每个节点在本地去中心化账本中查询权重最高的若干个节点作为自己的代理节点，并发起一轮投票。为了避免每次选举都使用同样的代理节点，每次节点当选后其自身的通证权重系数清零，之后每轮选举该系数逐渐递增，直至达到100％。

在多层选举中，当单层普通网络节点数超过某个阈值时，则自动触发区块链切分动作。在进行区块链切分时，任一普通网络节点首先发起切分区块链的投票请求，当其他节点接收到请求并从自身本地账本发现确实达到切分条件后会投票赞成。当整个集群超一定比例节点赞成后，则进入区块链切分阶段。

在区块链切分阶段中，所有网络节点按照其地址MAC值或者IP值判断自身所属分区，然后重新执行进程初始化过程，在IRC列表或根据用户配置查询到同样属于该分区的其他网络节点并建立连接。建立连接后即进入单层DPoS选举阶段。

当单层DPoS选举完成后，当选代理节点的节点与其他区块链分区里的代理节点继续进行第二轮连接，这些连接与区块链分区内网络节点的连接使用不同“频道”通讯。在新的频道中，所有参与的节点(也就是每个区块链分区中的代理节点)进行新的一轮投票，投票过程使用PBFT算法以避免出现作弊现象，并从所有参与的区块链分区中各自选举出若干节点成为上层区块链的代理节点。在区块链分区间选举的过程中需要注意，整个选举过程必须确保参与的每个分片均拥有至少一个节点作为上层的代理节点参与跨链交易。当然，还可以对上层区块链不断进行分层，以减少区块链中的网络节点数量，降低数据传输量。

可以看到，在多层DPoS结构中，每一条链中的网络节点分为代理节点与跟随节点两种角色。其中代理节点负责小范围内的共识协商，而协商结果则通知跟随节点进行记账。当存在嵌套结构时，底层链中的代理节点作为上层虚拟链中的普通记账节点进行投票选举，其中一些节点作为上层虚拟链中的代理节点进行链之间通讯的共识与协商。因此，任何一个账本节点可以同时存在一种或多种状态。其可以作为独立的跟随节点，或者作为底层链的代理节点与上层虚拟链的跟随节点，或作为底层链的代理节点与上层虚拟链的代理节点。

当跨链交易发生时，区块链分区里发起的交易操作会被发送给上层区块链的代理节点，上层区块链的代理节点进行通讯，感知某一区块链分区里发起的交易操作。而上层频道(或者说是上层的区块链分区)里的代理节点将交易发送给其所属分区里的其他网络节点，包括代理节点和跟随节点。

使用这种机制，跨链交易的原子性可以由上层频道的网络节点共识所完成。也就是说一个跨链交易要么被所有节点记录且出块，要么则完全没有被记录。一旦交易被出块，则上层频道所有参与的节点均将数据块写入本地，而被交易所影响的分区则会将相应的记录作为分区内通讯信息传递给分区内其他节点。由于每个分区均有若干个代理节点成为上层频道的普通节点，上层频道在形成共识的过程中会将交易尽可能发送给每个分区的代理节点，因此每一笔跨分区原子操作会被分区内至少一个代理节点所记录并广播给分区内其他节点。

如图3所示，为本发明区块链分区间进行实时原子交易的方法的实施例的示意图。

下面结合实施例，对本发明区块链分区间进行实时原子交易的方法进行详细说明。

交易前检测区块链中的网络节点的地址和数量，网络节点数量超过预设值，在本实施例中，预设值为5个，对区块链中网络节点进行根据其地址范围远近进行分区，如图3所示，在本实施例中，将区块链分成了四个分区10、20、30、40，区块链分区后，每个区块链分区里进行DPoS选举，选举出代理节点(12、22、32、42)和跟随节点(11、21、31、41)。每个分区里至少有一个代理节点及多个跟随节点，分区里的代理节点和跟随节点可以互相传输数据。当单层DPoS选举完成后，当选代理节点的节点与其他区块链分区里的代理节点继续进行第二轮连接，这些连接与区块链分区内网络节点的连接使用不同“频道”通讯，连接后形成上层的虚拟区块链50。当交易操作发起时，例如区块链10里的一个跟随节点11发起交易操作，则它将交易操作通知给其所在区块链分区里的其他跟随节点以及代理节点12，代理节点12在上层虚拟区块链中将交易操作通知其他位于上层虚拟区块链中的代理节点(22、32、42)。位于上层虚拟区块链中的代理节点再将交易操作通知与其同属一个区块链分区里的其他代理节点和跟随节点。如代理节点22将交易操作通知与其同属一个区块链分区20里的其他代理节点和跟随节点21。当上层虚拟区块链50里的代理节点数量过多时，可以对上层虚拟区块链50继续进行分区操作，然后再进行交易操作的传输。

本发明提供一种区块链间进行实时原子交易的方法，利用本发明的方法进行跨链之间的交易操作，可以使得数据传输量大幅下降，提升了交易操作的响应速度，同时也保证跨链操作的原子性与一致性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则内，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 (6)

1.一种区块链分区间进行实时原子交易的方法，其特征在于，包括：

步骤A，检测区块链中网络节点的地址和数量，对区块链中网络节点进行分区,形成底层区块链分区；

步骤B，对底层区块链分区里的网络节点进行选举，选举出代理节点和跟随节点；

步骤C，不同区块链分区之间的代理节点进行连接，形成上层区块链分区；

步骤D，上层区块链分区里的代理节点作为普通网络节点进行新一轮选举，选出上层区块链分区的代理节点和跟随节点；

步骤E,底层区块链分区里的普通网络节点发起交易操作，并将交易操作通知底层区块链分区里的代理节点和跟随节点；

步骤F，底层区块链分区里的代理节点将交易操作通知上层区块链里的其他代理节点；

步骤G，上层区块链里的代理节点将交易操作通知与其同属一个底层区块链分区里的其他代理节点和跟随节点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，重复执行所述步骤C至步骤D，对区块链分区不断进行分层。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A具体包括:

步骤A1，检测区块链中网络节点的地址和数量；

步骤A2，若检测到区块链中的网络节点数超过了预定阈值，对区块链中的网络节点根据其地址的范围进行分区；

步骤A3，区块链中网络节点分区后，所有网络节点判断自己所属的分区，然后重新执行进程初始化过程，在IRC列表或根据用户配置查询到同样属于该分区的其他网络节点并建立连接。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤A2具体包括：

检测到区块链里的网络节点超过预定阈值后，任一网络节点首先发起切分区块链的投票请求，当其他网路节点接收到请求并从自身本地账本发现确实达到切分条件后会投票赞成。当整个网络节点集群超一定比例节点赞成后，则对区块链中的网络节点根据其地址范围进行分区。

5.根据权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，使用股份授权证明机制对所述区块链分区里的网络节点进行选举，选举出代理节点和跟随节点。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述股份授权证明机制具体为：

在区块链分区中，每个网络节点利用自身持有的有效通证总数乘以权重系数作为权重值，而网络节点选举的过程即每个节点在本地去中心化账本中查询权重最高的若干个节点作为自己的代理节点，其他网络节点为跟随节点。