CN108989410B - 一种提高区块链吞吐效率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高区块链吞吐效率的方法，它属于计算机领域，参与共识的所有节点，随机划分成不同的局域网碎片，每个局域网碎片由多个节点组成，局域网碎片之间在共识过程中互不影响；参与共识的所有节点同时需要进行算力动态分配，算力动态分配过程中，用户会自动随机划分为不同的局域网碎片，网络成员动态变更，并且负责该网络的节点也动态变更；用户自动随机划分为不同的局域网碎片时，会登出局域网节点，此时将交易记录结果打包上链，而在未确认上链之前，将所有交易细节暂存多方签名的临时地址下结算。

Description

一种提高区块链吞吐效率的方法
技术领域
本发明涉及计算机领域，具体涉及一种提高区块链吞吐效率的方法。
背景技术
现有的区块链上应用，往往集中部署在一条主链上，在数据结构上无法优化，特别是在应用较多、使用频率较高的情况下，会导致严重的公地悲剧，以致很多应用由于拥堵无法正常运行。
究其原因，区块链吞吐量限制最大的因素在于，任何上链的内容需要网络上所有节点达成共识。换言之，相邻两个区块之间产生的时间间隔主要取决于一个区块被区块上所有节点接受所需的时间，任何交易请求/数据请求，需要量级(数量/算力)相当的节点达成共识。
有鉴于上述现有技术存在的问题，本发明结合相关领域多年的设计及使用经验，辅以过强的专业知识，研究了一种提高区块链吞吐效率的方法，来克服上述缺陷。
发明内容
对于现有技术中所存在的问题，本发明提供的一种提高区块链吞吐效率的方法，能够通过一种与链下结算相结合和动态分配节点的局域划分方式，提高区块链的吞吐效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种提高区块链吞吐效率的方法，参与共识的所有节点，随机划分成不同的局域网碎片，每个局域网碎片由多个节点组成，局域网碎片之间在共识过程中互不影响；
参与共识的所有节点同时需要进行算力动态分配，算力动态分配过程中，用户会自动随机划分为不同的局域网碎片，网络成员动态变更，并且负责该网络的节点也动态变更；
用户双边交易过程保留在临时地址中，当用户自动随机划分为不同的局域网碎片时，会登出局域网节点，此时将交易记录结果打包上链，而在未确认上链之前，将所有交易过程暂存多方签名的临时地址下结算。
作为优选的技术方案，算力动态分配时，行为高度一致化的节点分配在不同的局域网碎片中；
局域网碎片中的用户需在不同的局域网碎片中动态流动；
参与共识的节点数量与算力，与对应局域网碎片中用户的数量、以及交易的额度、数据的重要性相对等；
同一节点不应一直都为统一用户提供数据的打包服务；
对于异常节点，需提供一个“异常局域网碎片”用于验证异常节点的异常情况。
作为优选的技术方案，用户自动随机划分为不同的局域网碎片时，交易双方从同属一个局域网碎片状态变为归属于不同局域网碎片后，则认为其中一名玩家登出当前的局域网节点，将临时地址的交易结果结算提交上链；
当交易双方负责的节点被转移到其他局域网碎片，则认为双方同时登出当前的局域网节点，该节点将临时地址的交易结果结算提交上链；
当交易双方的其中一方在约定的时间内没有发生新的交易，则认为该交易方处于“休眠状态”，为保证交易另一方能够正常使用，因此，当“休眠”超过一定时间，则将二者的交易结果结算提交上链；
当交易双方仍保持活跃，但双方之间的交易在约定的时间内没有再次发生，则认为交易双方产生了“交易隔离”，当“交易隔离”到达一定时长，则认定该“交易隔离”为永久隔离，为了保证交易双方的后续交易不受影响，将二者的交易结果结算提交上链；
当交易双方出现“被欠款”的一方，有其他额度支出，但由于部分财产因为仍保留在双方交易的“临时地址”下而导致余额不足的情况下，需要将双方的交易结果结算提交上链。
作为优选的技术方案，所述局域网碎片之上设有更高一层的纵向管理层，所述纵向管理层设有若干的节点对于所有局域网碎片上传的区块内容进行校验，并保留所有区块的索引，形成一个“目录”级别的新的区块链。
该发明的有益之处在于：
(1)本发明每个局域网碎片均由多个节点组成，局域网碎片之间在共识过程中互不影响。相对于原有的全节点共识方案，每个局域网碎片内部能够更快的达成共识，同时，由于多个局域网碎片同时产生区块，所以单位时间内的“出块”(产生可靠的数据区块)的速度也得以增多。
(2)算力动态分配防止了由于每个局域网碎片中节点减少，恶意节点权重增加而带来的安全隐患，保证了节点局域化下的效率与安全。
(3)本发明仅将多次交易记录的最终结果打包上链，而忽略中间的交易过程，可以极大的节约链上存储空间。
(4)本发明可以通过“目录”检索到局域网络分布变更后所需的区块内容，此外，该“目录层”还可以担任对于区块内容二次校验的角色，防止因随机性问题导致的恶意节点攻击成功的安全隐患。
附图说明
图1为本发明利用临时地址进行结算的示意图；
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
一种提高区块链吞吐效率的方法，由于目前上链的内容需要网络上所有节点达成共识，因此严重影响了区块链吞吐效率，本发明通过将参与共识的所有节点，随机划分成不同的局域网碎片，每个局域网碎片由多个节点组成，局域网碎片之间在共识过程中互不影响，相对于原有的全节点共识方案，每个局域网碎片内部能够更快的达成共识，同时，由于多个局域网碎片同时产生区块，所以单位时间内的“出块”(产生可靠的数据区块)的速度也得以增多。
但是，由于数据请求在不同的参与者身上具有偶发性(在数量和时间维度上，都无法完全的预测用户交易发生的时间和所需交换的信息量。参与者即为数据产生者，在区块链下，数据产生者产生的数据由节点打包验证最终记载在区块链上)，为了防止由于每个局域网碎片中节点减少，恶意节点权重增加而带来的安全隐患，参与共识的所有节点同时需要进行算力动态分配，以保证节点局域化下的效率与安全，算力动态分配过程中，用户会自动随机划分为不同的局域网碎片，网络成员动态变更，并且负责该网络的节点也动态变更。
由于绝大多数情况下，信息的交换/交易都可以拆分为多个双边的信息交换。而对于双边信息交换，往往只需要交换双方签名确认则可以认为交易无误。而由于存在交易双方多次交易的可能，若正常打包上链，则极大浪费存储空间，而如果可以把多次交易后的最终结果打包上链，而忽略中间的交易过程，则可以极大的节约链上存储空间。本发明用户双边交易过程保留在临时地址中，当用户自动随机划分为不同的局域网碎片时，会登出局域网节点，此时将交易记录结果打包上链，而在未确认上链之前，将所有交易过程暂存多方签名的临时地址下结算，如图1所示，A、B双方始终存在频繁的交易，说明双方在某种程度上有“信任共识”存在。二者之间交易了多次，互有支出和收入，而这些交易的细节只和二者相关，并不需要全部记载到公有的区块链中。只需要在适当的时候，对于二者多次交易的最终结果，进行加减结算，将二者之间收支的最终结果记录在区块链中，没有被最终上链的账户状况，表现为处理中(pending)的状态。
具体的，算力动态分配时，本发明行为高度一致化的节点分配在不同的局域网碎片中；同时局域网碎片中的用户需在不同的局域网碎片中动态流动；并且参与共识的节点数量与算力，与对应局域网碎片中用户的数量、以及交易的额度、数据的重要性相对等；同一节点不应一直都为统一用户提供数据的打包服务；对于异常节点，需提供一个“异常局域网碎片”用于验证异常节点的异常情况。
本发明用户自动随机划分为不同的局域网碎片时，以下几种情况都将会被打包上链：
交易双方从同属一个局域网碎片状态变为归属于不同局域网碎片后，则认为其中一名玩家登出当前的局域网节点，将临时地址的交易结果结算提交上链；
当交易双方负责的节点被转移到其他局域网碎片，则认为双方同时登出当前的局域网节点，该节点将临时地址的交易结果结算提交上链；
当交易双方的其中一方在约定的时间内没有发生新的交易，则认为该交易方处于“休眠状态”，为保证交易另一方能够正常使用，因此，当“休眠”超过一定时间，则将二者的交易结果结算提交上链；
当交易双方仍保持活跃，但双方之间的交易在约定的时间内没有再次发生，则认为交易双方产生了“交易隔离”，当“交易隔离”到达一定时长，则认定该“交易隔离”为永久隔离，为了保证交易双方的后续交易不受影响，将二者的交易结果结算提交上链；
当交易双方出现“被欠款”的一方，有其他额度支出，但由于部分财产因为仍保留在双方交易的“临时地址”下而导致余额不足的情况下，需要将双方的交易结果结算提交上链。
本发明用户自动随机划分为不同的局域网碎片时，可以参考上述方案中的一条或几条，但是结算方案包括但不局限于以上几条。
由于我们将整个网络结构局域化，所以，每一个工作节点，如果不进行信息交换，则永远都只能保存自己所在局域网络(曾经所在局域网络)提交的区块内容。在算力动态分配过程中，可能出现新的用户进入自己负责区域，而所需的历史记录在本地没有保存，这就导致无法正确的产生值得信任的区块，本发明在局域网碎片之上设有更高一层的纵向管理层，所述纵向管理层设有若干的节点对于所有局域网碎片上传的区块内容进行校验，并保留所有区块的索引，形成一个“目录”级别的新的区块链，通过“目录”检索到局域网络分布变更后所需的区块内容，此外，该“目录层”还可以担任对于区块内容二次校验的角色，防止因随机性问题导致的恶意节点攻击成功的安全隐患。
应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明做各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种提高区块链吞吐效率的方法，其特征在于：参与共识的所有节点，随机划分成不同的局域网碎片，每个局域网碎片由多个节点组成，局域网碎片之间在共识过程中互不影响；
参与共识的所有节点同时需要进行算力动态分配，算力动态分配过程中，用户会自动随机划分为不同的局域网碎片，网络成员动态变更，并且负责该网络的节点也动态变更；
用户双边交易过程保留在临时地址中，当用户自动随机划分为不同的局域网碎片时，会登出局域网节点，此时将交易记录结果打包上链，而在未确认上链之前，将所有交易过程暂存多方签名的临时地址下结算。
2.根据权利要求1所示的一种提高区块链吞吐效率的方法，其特征在于：算力动态分配时，行为高度一致化的节点分配在不同的局域网碎片中；
局域网碎片中的用户需在不同的局域网碎片中动态流动；
参与共识的节点数量与算力，与对应局域网碎片中用户的数量、以及交易的额度、数据的重要性相对等；
同一节点不应一直都为统一用户提供数据的打包服务；
对于异常节点，需提供一个“异常局域网碎片”用于验证异常节点的异常情况。
3.根据权利要求2所示的一种提高区块链吞吐效率的方法，其特征在于：用户自动随机划分为不同的局域网碎片时，交易双方从同属一个局域网碎片状态变为归属于不同局域网碎片后，则认为其中一名玩家登出当前的局域网节点，将临时地址的交易结果结算提交上链；
当交易双方负责的节点被转移到其他局域网碎片，则认为双方同时登出当前的局域网节点，该节点将临时地址的交易结果结算提交上链；
当交易双方的其中一方在约定的时间内没有发生新的交易，则认为该交易方处于“休眠状态”，为保证交易另一方能够正常使用，因此，当“休眠”超过一定时间，则将二者的交易结果结算提交上链；
当交易双方仍保持活跃，但双方之间的交易在约定的时间内没有再次发生，则认为交易双方产生了“交易隔离”，当“交易隔离”到达一定时长，则认定该“交易隔离”为永久隔离，为了保证交易双方的后续交易不受影响，将二者的交易结果结算提交上链；
当交易双方出现“被欠款”的一方，有其他额度支出，但由于部分财产因为仍保留在双方交易的“临时地址”下而导致余额不足的情况下，需要将双方的交易结果结算提交上链。
4.根据权利要求3所示的一种提高区块链吞吐效率的方法，其特征在于：所述局域网碎片之上设有更高一层的纵向管理层，所述纵向管理层设有若干的节点对于所有局域网碎片上传的区块内容进行校验，并保留所有区块的索引，形成一个“目录”级别的新的区块链。
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