CN113761062A - 一种自适应共识算法切换方法、设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应共识算法切换方法、设备及存储介质，当上链请求量较小时，区块链节点采用RBFT共识算法。随着上链请求量逐渐变大，并接近RBFT性能上限时，主节点切换成SOLO共识算法，从节点仅有转发功能，主节点采用SOLO完成共识后，将共识数据和共识状态同步到从节点。当上链请求量稳步下降达到RBFT的性能中值并保持一段时间稳定，主节点进入预切换模式，并通知从节点进入预切换模式，主节点检查从节点的共识数据和共识状态是否同自己保持一致，从而执行不同切换策略。该方法能够随着上链请求量大小自适应调整节点共识算法，避免节点由于性能问题出现的宕机或者数据丢失问题，保证区块链节点在高并发量的同时保持稳定高效的区块链服务。

Description

一种自适应共识算法切换方法、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，具体涉及一种自适应共识算法切换方法、设备及存储介质。
背景技术
区块链底层平台是由多个区块链节点组成的链，当区块链底层平台接收到上链请求时，所有节点都会对收到的信息进行验证、共识，最后写入到账本中。区块链节点又分为主节点和从节点，主节点负责交易验证，打包并分发给从节点，从节点负责交易验证，共识投票并将数据写入账本。但是由于节点共识复杂度较高，共识效率一直是区块链平台性能的一个瓶颈。
发明内容
本发明针对共识效率偏低的问题，提供一种自适应共识算法切换方法、设备及存储介质，根据不同交易场景上链请求量差异，自适应调整节点共识算法。
根据本发明的第一方面，提供一种自适应共识算法切换方法，该方法包括：
区块链平台的主节点实时监控当前的上链请求量；
当主节点监控到每秒上链请求量小于等于上链请求量阈值Q时，区块链节点自动采用RBFT共识算法，保证各个节点数据的强一致性；
当主节点监控到每秒上链请求量大于上链请求量阈值Q，并且在连续T秒内平均每秒上链请求量保持在0.8Q以上，主节点会自动将其共识算法切换成SOLO共识算法，从节点则切换为不共识模式，仅转发接收的上链请求；主节点采用SOLO共识算法完成共识后，将共识数据和共识状态同步到从节点，从节点在接收到共识数据和共识状态后，在账本中写入共识数据并更新共识状态；
当主节点监控到每秒上链请求量下降到0.5Q，并且在连续T秒内平均每秒上链请求量保持在0.7Q以下，主节点会自动进入预切换模式，并通知从节点进入预切换模式，主节点检查从节点的共识数据和共识状态是否同自己保持一致：
若发现大部分从节点处于一致状态，则将自身的共识算法从SOLO切换为RBFT，并通知从节点将共识算法从SOLO切换为RBFT，所有节点按照时间顺序继续共识上链数据；对于共识数据和共识状态与主节点不一致的从节点，会从其他节点自动进行同步；
若发现大部分从节点处于不一致状态，则主节点会采取强一致性策略，将共识数据和共识状态同步到从节点，然后将所有节点的共识算法切换为RBFT。
进一步地，上链请求量阈值Q和时间值T可以根据实际情况配置，例如在服务器配置较低或者网络不稳定的情况，对RBFT共识算法共识效率影响较大时，可自行调整阈值Q和时间值T。
进一步地，节点采用的共识算法也是可以配置的，例如可以将SOLO共识算法替换为Kafka共识算法。
进一步地，当主节点切换成SOLO共识算法，为保证数据的一致性，会同步开启关系型数据库保存上链数据。
进一步地，主节点和从节点使用同一关系型数据库；在SOLO模式下，主节点向从节点同步数据时，从节点从关系型数据库中获取对应的数据进行数据校验；若发现有问题的数据，会及时反馈给上层应用***，由应用***去判断该数据的具体细节以及是否需要重新上链。
进一步地，在进入预切换模式时，主节点会停止共识，检查其从节点的数据和状态；
当大于等于2*(N-1)/3个从节点同主节点保持一致时，其中N为节点总数，则将自身的共识算法从SOLO切换为RBFT，并通知从节点将共识算法从SOLO切换为RBFT；对于数据和状态与主节点不一致的从节点，会从其他节点自动进行同步；
当同主节点保持一致的从节点数小于2*(N-1)/3时，主节点会采取强一致性策略，将共识数据和共识状态同步到从节点，然后将所有节点的共识算法切换为RBFT；
根据本发明的第二方面，提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述自适应共识算法切换方法的步骤。
根据本发明的第三方面，提供一种存储有计算机可读指令的存储介质，所述计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行上述自适应共识算法切换方法的步骤。
本发明的有益效果是：本发明方法能够随着上链请求量的大小自适应调整节点共识算法，避免节点由于性能问题出现的宕机或者数据丢失问题，保证区块链节点在高并发量的同时保持稳定高效的区块链服务。
附图说明
图1为本发明实施例提供的自适应共识算法切换方法流程图。
具体实施方式
为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
图1为本发明一个实施例中的自适应共识算法切换方法流程图。本发明实施例提供的自适应共识算法切换方法，具体实现过程如下：
搭建区块链节点链，一般链由主节点和从节点组成，其节点默认的共识算法为RBFT共识算法。由于区块链服务调用方会将上链请求随机发往同其相互连接的各个节点。当从节点收到上链信息时，会将上链信息广播给主节点以及其他节点。主节点会将收到的交易进行打包并广播给其他节点进行验证。当大多数节点均通过该验证时，即完成共识。节点将通过共识的上链数据写入到账本中。
由于RBFT共识过程较多，导致其共识效率偏低。目前理想环境下的节点RBFT共识算法的tps可以到达10000。但在真实环境中，由于服务器的差异或者网络传输差异，其tps要明显低于10000。当超过上限，节点会发生一些未知的错误，例如节点宕机，节点共识超时，数据丢失等。
随着金融场景同区块链技术结合的越来越紧密，上链需求也是日益增长。为了保证金融场景业务的顺利运行，要求区块链能够提供高效，稳定，安全的上链服务。主节点会实时监控当前的上链请求量。本实施例中将上链请求量阈值Q设置为8000，时间值T设置为300秒。
当主节点监控到每秒上链请求量小于等于8000时，区块链节点会自动采用RBFT共识算法，保证各个节点数据的强一致性。
但是当主节点监控到每秒上链请求量大于8000，并且在连续300秒内平均每秒上链请求量保持在6400以上，主节点会自动将其共识算法切换成SOLO共识算法，从节点则切换为不共识模式，仅转发接收的上链请求。主节点采用SOLO共识算法完成共识后，将共识数据和共识状态同步到从节点，从节点在接收到共识数据和共识状态后，在账本中写入共识数据并更新共识状态。
当主节点监控到每秒上链请求量下降到4000，并且在连续300秒内平均每秒上链请求量保持在5600以下，主节点会自动进入预切换模式，并通知从节点进入预切换模式，主节点检查从节点的共识数据和共识状态是否同自己保持一致：
若发现大部分从节点处于一致状态，则将自身的共识算法从SOLO切换为RBFT，并通知从节点将共识算法从SOLO切换为RBFT，所有节点按照时间顺序继续共识上链数据；对于共识数据和共识状态与主节点不一致的从节点，会从其他节点自动进行同步；
若发现大部分从节点处于不一致状态，则主节点会采取强一致性策略，将共识数据和共识状态同步到从节点，然后将所有节点的共识算法切换为RBFT。
具体地，当主节点切换成SOLO共识算法，为保证数据的一致性，会同步开启关系型数据库保存上链数据。
主节点和从节点使用同一关系型数据库；在SOLO模式下，主节点向从节点同步数据时，从节点从关系型数据库中获取对应的数据进行数据校验；若发现有问题的数据，会及时反馈给上层应用***，由应用***去判断该数据的具体细节以及是否需要重新上链。
具体地，在进入预切换模式时，主节点会停止共识，检查其从节点的数据和状态；
当大于等于2*(N-1)/3个从节点同主节点保持一致时，其中N为节点总数，则将自身的共识算法从SOLO切换为RBFT，并通知从节点将共识算法从SOLO切换为RBFT；对于数据和状态与主节点不一致的从节点，会从其他节点自动进行同步；
当同主节点保持一致的从节点数小于2*(N-1)/3时，主节点会采取强一致性策略，将共识数据和共识状态同步到从节点，然后将所有节点的共识算法切换为RBFT；
例如4个节点即N＝4(1个主节点，3个从节点)，当主节点发现有2个及以上从节点与其数据和状态保持一致，则可进行共识算法切换。若发现只有一个从节点同主节点保持一致，则需要使用强一致性策略，使2个不一致的从节点中的至少一个从节点同主节点保持数据和状态一致，才能进行共识算法切换。
本发明根据不同交易场景的上链请求量差异，自适应调整节点共识算法。当上链请求量较小时，区块链平台自动采用的共识算法为RBFT共识算法，该算法属于强共识算法，能够保证节点数据的一致性，但是该算法共识过程复杂导致性能偏低。随着区块链平台的上链请求量逐渐变大，并接近RBFT共识算法性能上限时，区块链平台主节点会自动切换成SOLO共识模式，从节点则仅有转发功能，转发节点将接收到的交易转发给主节点，主节点采用SOLO模式进行数据共识将数据同步存储到关系型数据库中，并且将共识的数据广播同步给从节点。主节点和从节点使用同一关系型数据库。从节点在同步数据时，会从关系型数据库中获取对应的数据进行一致性验证。当上链请求量稳步下降达到RBFT共识算法的性能中值并保持了一段时间的稳定，区块链平台会进入预切换模式即接收数据但不进行共识，在SOLO模式下，接收到的数据和状态完成同步后，主节点会通知从节点将共识模式切换为RBFT模式。在预切换模式接收到的数据才会进行RBFT模式共识。该方法能够随着上链请求量的大小自适应调整节点共识算法，避免节点由于性能问题出现的宕机或者数据丢失问题，保证区块链节点在高并发量的同时保持稳定高效的区块链服务。
在一个实施例中，提出了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机可读指令，计算机可读指令被处理器执行时，使得处理器执行上述各实施例中自适应共识算法切换方法中的步骤。
在一个实施例中，提出了一种存储有计算机可读指令的存储介质，计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行上述各实施例中自适应共识算法切换方法中的步骤。其中，存储介质可以为非易失性存储介质。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上所述仅为本说明书一个或多个实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本说明书一个或多个实施例，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种自适应共识算法切换方法，其特征在于，包括以下步骤：
区块链平台的主节点实时监控当前的上链请求量当主节点监控到每秒上链请求量小于等于上链请求量阈值Q时，区块链节点自动采用RBFT共识算法，保证各个节点数据的强一致性；
当主节点监控到每秒上链请求量大于上链请求量阈值Q，并且在连续T秒内平均每秒上链请求量保持在0.8Q以上，主节点会自动将其共识算法切换成SOLO共识算法，从节点则切换为不共识模式，仅转发接收的上链请求；主节点采用SOLO共识算法完成共识后，将共识数据和共识状态同步到从节点，从节点在接收到共识数据和共识状态后，在账本中写入共识数据并更新共识状态；
当主节点监控到每秒上链请求量下降到0.5Q，并且在连续T秒内平均每秒上链请求量保持在0.7Q以下，主节点会自动进入预切换模式，并通知从节点进入预切换模式，主节点检查从节点的共识数据和共识状态是否同自己保持一致：
若发现大部分从节点处于一致状态，则将自身的共识算法从SOLO切换为RBFT，并通知从节点将共识算法从SOLO切换为RBFT，所有节点按照时间顺序继续共识上链数据；对于共识数据和共识状态与主节点不一致的从节点，会从其他节点自动进行同步；
若发现大部分从节点处于不一致状态，则主节点会采取强一致性策略，将共识数据和共识状态同步到从节点，然后将所有节点的共识算法切换为RBFT。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上链请求量阈值Q和时间值T可根据实际情况配置；在服务器配置较低，或者网络不稳定的情况，对RBFT共识算法共识效率影响较大时，可自行调整阈值Q和时间值T。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，节点采用的共识算法可配置，可以将SOLO共识算法替换为Kafka共识算法。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当主节点切换成SOLO共识算法，为保证数据的一致性，会同步开启关系型数据库保存上链数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，主节点和从节点使用同一关系型数据库；在SOLO模式下，主节点向从节点同步数据时，从节点从关系型数据库中获取对应的数据进行数据校验；若发现有问题的数据，会及时反馈给上层应用***，由应用***去判断该数据的具体细节以及是否需要重新上链。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进入预切换模式时，主节点会停止共识，检查其从节点的数据和状态；
当大于等于2*(N-1)/3个从节点同主节点保持一致时，其中N为节点总数，则将自身的共识算法从SOLO切换为RBFT，并通知从节点将共识算法从SOLO切换为RBFT；对于数据和状态与主节点不一致的从节点，会从其他节点自动进行同步；
当同主节点保持一致的从节点数小于2*(N-1)/3时，主节点会采取强一致性策略，将共识数据和共识状态同步到从节点，然后将所有节点的共识算法切换为RBFT。
7.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-6中任一项所述自适应共识算法切换方法的步骤。
8.一种存储有计算机可读指令的存储介质，所述计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行如权利要求1-6中任一项所述自适应共识算法切换方法的步骤。
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