CN107193672A - 一种跨区块异步调用合约系统 - Google Patents
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Abstract
一种跨区块异步调用合约系统,该系统包括:分布式系统验证单元:包括一个或多个服务节点以及若干个验证节点,验证节点用于验证共识过的{TX};{TX}包括合约调用请求TX和支付请求TX;分布式合约执行单元:位于本地或验证单元远端,与验证单元之间通过预定义协议进行通讯,用以获取合约执行所需信息,并在合约执行完毕后,将结果返回至验证节点;合约执行缓存单元:包括用于接收来自验证节点的合约调用请求,发送请求至合约执行单元,接收合约执行结果,返回当前合约执行状态至验证节点,以实现合约的异步调用。本发明系统的区块共识不依赖于合约执行结果,可提高合约执行的并发量以及区块能支持的合约数量,提高系统容错能力。
Description
技术领域
本发明涉及区块链技术领域,具体涉及一种跨区块异步调用合约系统。
背景技术
现有的智能合约的执行采用同步方式,利用交易触发或者自动触发合约调用,合约在具体执行的时候,区块链的共识机制必须等待合约执行完,返回结果后才能继续操作,从而完成对当前区块的共识。
上述智能合约执行方式具有以下缺陷:
(1)合约执行的速度严重影响区块生成的时间:
因为区块共识依赖于合约执行的结果,每个节点必须对合约的结果的一致性达成共识,因此,合约的执行速度的快慢,直接影响区块后续操作,导致区块生成时间的延迟。
(2)合约执行的速度严重影响区块链能够支持的合约执行并发量:
在区块链生成的频率通常大致固定的情况下,在同样的时间段内,一个合约执行的快慢,将直接影响到同区块其他合约的执行,极端情况下,一个恶意的合约可能导致系统无法处理其他的合约,导致处理合约的并发量大大降低。
(3)合约执行过程中的容错能力受限:
由于采用同步执行的方式,合约执行时针对各种错误情况的处理需要全面考虑,并且实现对各种时间敏感的操作的快速处理,比如需要对各种操作的超时情况作相应的处理。
一些现有的解决方案,如以太坊,采用gas的方式,对每个合约进行运算量的估算,并且利用一个系统总gas量来控制当前区块能支持的总运算量,来保证共识的按时完成。但是系统能支持的合约总数受到这个总量gas的限制,如果合约的代码越来越复杂,整个系统能支持的合约数就越来越少;另外,以太坊共识时间有限,gas的最高值并不能大幅增加。
发明内容
针对现有智能合约执行技术存在的问题,本发明提供一种跨区块异步调用合约系统,该系统的区块共识不依赖于合约执行结果,可提高合约执行的并发量以及区块能支持的合约数量,提高系统容错能力。
为实现以上技术目的,本发明的技术方案是:
一种跨区块异步调用合约系统,包括以下单元:
分布式系统验证单元:包括一个或多个服务节点以及若干个验证节点,所述服务节点用于接收用户递交的交易请求集合{TX},所述验证节点用于验证共识过的所述{TX};所述{TX}包括合约调用请求TX和支付请求TX;
分布式合约执行单元:位于本地或所述分布式系统验证单元的远端,与所述分布式系统验证单元之间通过预定义协议进行通讯,用以获取合约执行所需信息,并在合约执行完毕后,将结果返回至所述验证节点;
合约执行缓存单元:包括用于接收来自所述验证节点的所述合约调用请求,发送所述合约调用请求至所述分布式合约执行单元,接收合约执行结果,返回当前合约执行状态至所述验证节点,以实现合约的异步调用;
每个所述验证节点对应一个或多个所述合约执行缓存单元,以及一个或多个所述分布式合约执行单元;
该系统实现方法如下:
A:所述服务节点接收用户递交的交易请求TX,每个所述验证节点收集上述TX并汇集成交易请求集合{TX}i;
B:{TX}i中包含的合约调用请求发送至所述合约执行缓存单元,所述合约执行缓存单元在收到上述请求后立即返回当前合约执行状态;
C:在所有验证节点收到所述{TX}i后,所述{TX}i在所有验证节点完成共识,区块i生成,所述验证节点对共识后的所述{TX}i进行验证,验证后的状态写入区块i;同时每个所述验证节点创建一个查询合约TXq,并将其加入到区块(i+k)的交易请求集合{TX}(i+k)中;
D:在进行B~C时,所述合约执行缓存单元采用异步调用的方式将所述合约调用请求发送至所述分布式合约执行单元,于后台执行合约,执行完毕后,所述合约执行缓存单元获得合约执行的最后结果,等待处理;
E:区块(i+k)处理周期开始,所述{TX}(i+k)中包含的合约调用请求发送至所述合约执行缓存单元,所述合约执行缓存单元立即返回当前合约执行状态,同时,所述验证节点从所述查询合约TXq中提取出合约相关信息,并向所述合约执行缓存单元发出查询请求,所述合约执行缓存单元向所述验证节点返回所述区块i的所述合约调用请求的执行结果,并更新所述查询合约TXq;
F:在所有验证节点收到所述{TX}(i+k)后,更新后的所述查询合约TXq和所述{TX}(i+k)合在一起形成一个新的集合,在所有验证节点完成共识,区块(i+k)生成,所述验证节点对共识过的TX进行验证,验证后的状态写入区块(i+k);同时每个所述验证节点创建一个新的查询合约TXq,并将其加入到区块(i+k+k)的交易请求集合{TX}(i+k+k)中;
G:在进行E~F时,所述合约执行缓存单元采用异步调用的方式将所述{TX}(i+k)中包含的合约调用请求发送至所述分布合约执行单元,于后台执行合约,执行完毕后,所述合约执行单元获得合约执行的最后结果,等待处理;
其中,所述i和k为大于或等于1的整数,所述i和k根据需要配置。
作为优选,所述分布式合约执行单元为位于分布式系统验证单元远端,与所述分布式系统验证单元去耦合的沙箱。
具体地,所述当前合约执行状态包括但不限于:尚未完成,正常执行完毕或出错。
作为优选,所述k=1。
具体地,所述共识采用的机制包括但不限于:BFT,POW或POS。
作为优选,每个所述验证节点对应一个所述合约执行缓存单元和一个所述分布式合约执行单元。
本发明以区块链系统和异步调用作为后台核心技术,与现有智能合约执行技术相比具有以下优势:
(1)隔绝了合约执行和系统共识单元,合约的执行可以在远端,使得合约的执行不再占有系统共识的资源;
(2)合约执行单元和系统共识单元的去耦合,使得合约执行模块和共识模块相对独立,支持热插拔;
(3)在共识验证单元和合约执行单元之间设立合约执行缓存单元,在整个合约执行过程中创造性地采用了异步调用执行方式,使得合约的调用和执行结果在跨区块(区块i和区块(i+k))之间分别实现,同时又能保证各个验证节点之间完成共识;该种合约异步调用执行模式提高了合约执行的并发量,共识的过程无需要等待合约的执行结果,大大提高了区块能支持的合约数量。
(4)提高了整个系统的容错能力,一方面系统可以设置合适的超时处理机制来处理合约延时的情况,另一方面,用户可以在合约调用中配置合适的k值来保证长时执行的合约得到正确处理。
附图说明
图1为本实施例跨区块异步调用合约系统中合约执行与调用路径示意图。
图2为本实施例跨区块异步调用合约系统工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图,通过实施例详细说明本发明的具体实施方式,但不对本发明的权利要求做任何限定。
如图1~图2所示,本实施例跨区块异步调用合约系统包括以下单元:
分布式系统验证单元:包括一个服务节点以及N个验证节点,服务节点用于接收用户递交的交易请求集合{TX},验证节点用于验证共识过的{TX};{TX}包括合约调用请求TX和支付请求TX;
分布式合约执行单元:为位于分布式系统验证单元的远端,与分布式系统验证单元去耦合的沙箱;该单元与分布式系统验证单元之间通过预定义协议进行通讯,用以获取合约执行所需信息,并在合约执行完毕后,将结果返回至验证节点;
合约执行缓存单元:包括用于接收来自验证节点的合约调用请求,发送合约调用请求至分布式合约执行单元,接收合约执行结果,返回当前合约执行状态至验证节点,以实现合约的异步调用;
每个验证节点对应一个合约执行缓存单元和一个分布式合约执行单元;共有N个验证节点,N个合约执行缓存单元和N个分布式合约执行单元。
本实施例系统的实现方法如下:
A:服务节点接收用户递交的交易请求TX,并将其转发至所有的验证节点,每个验证节点收集上述TX并汇集成交易请求集合{TX}1;
B:{TX}1中包含的合约调用请求发送至合约执行缓存单元,合约执行缓存单元在收到上述请求后立即返回当前合约执行状态(包括尚未完成,正常执行完毕,出错等状态);
C:在所有验证节点收到{TX}1后,由于每个合约调用请求TX的返回状态是确定的,因此{TX}1可以在所有验证节点完成共识,区块1生成,验证节点对共识后的{TX}1进行逐条验证,验证后的状态写入区块1;同时每个验证节点创建一个查询合约TXq,并将其加入到区块2的交易请求集合{TX}2中;
D:在进行B~C时,合约执行缓存单元采用异步调用的方式将合约调用请求发送至分布式合约执行单元,于后台执行合约,执行完毕后,合约执行缓存单元获得合约执行的最后结果,等待处理;
E:区块2处理周期开始,{TX}2中包含的合约调用请求发送至合约执行缓存单元,合约执行缓存单元立即返回当前合约执行状态,同时,验证节点从查询合约TXq中提取出合约相关信息,并向合约执行缓存单元发出查询请求,合约执行缓存单元向验证节点返回区块1的合约调用请求的执行结果,并更新查询合约TXq;
F:在所有验证节点收到{TX}2后,更新后的查询合约TXq和{TX}2合在一起形成一个新的集合,由于每个查询合约TXq和合约调用请求TX的返回状态是确定的,因此可以在所有验证节点完成共识,区块2生成,验证节点对共识过的TX进行验证,验证后的状态写入区块2;同时每个验证节点创建一个新的查询合约TXq,并将其加入到区块3的交易请求集合{TX}3中;
G:在进行E~F时,合约执行缓存单元采用异步调用的方式将{TX}2中包含的合约调用请求发送至分布合约执行单元,于后台执行合约,执行完毕后,合约执行单元获得合约执行的最后结果,等待处理;
区块3处理周期开始,其执行方法同上。
综上所述,本发明系统采用合约异步调用执行方式,使得合约的调用和执行结果在跨区块之间分别实现,同时又能保证各个验证节点之间完成共识,提高了合约执行的并发量,共识的过程无需要等待合约的执行结果,大大提高了区块能支持的合约数量,以及整个系统的容错能力;此外,合约执行单元和系统共识单元去耦合,相对独立,使得合约的执行不再占有系统共识单元的资源。
可以理解的是,以上关于本发明的具体描述,仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本发明进行修改或等同替换,以达到相同的技术效果;只要满足使用需要,都在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种跨区块异步调用合约系统,其特征在于包括以下单元:
分布式系统验证单元:包括一个或多个服务节点以及若干个验证节点,所述服务节点用于接收用户递交的交易请求集合{TX},所述验证节点用于验证共识过的所述{TX};所述{TX}包括合约调用请求TX和支付请求TX;
分布式合约执行单元:位于本地或所述分布式系统验证单元的远端,与所述分布式系统验证单元之间通过预定义协议进行通讯,用以获取合约执行所需信息,并在合约执行完毕后,将结果返回至所述验证节点;
合约执行缓存单元:包括用于接收来自所述验证节点的所述合约调用请求,发送所述合约调用请求至所述分布式合约执行单元,接收合约执行结果,返回当前合约执行状态至所述验证节点,以实现合约的异步调用;
每个所述验证节点对应一个或多个所述合约执行缓存单元,以及一个或多个所述分布式合约执行单元;
该系统实现方法如下:
A:所述服务节点接收用户递交的交易请求TX,每个所述验证节点收集上述TX并汇集成交易请求集合{TX}i;
B:{TX}i中包含的合约调用请求发送至所述合约执行缓存单元,所述合约执行缓存单元在收到上述请求后立即返回当前合约执行状态;
C:在所有验证节点收到所述{TX}i后,所述{TX}i在所有验证节点完成共识,区块i生成,所述验证节点对共识后的所述{TX}i进行验证,验证后的状态写入区块i;同时每个所述验证节点创建一个查询合约TXq,并将其加入到区块(i+k)的交易请求集合{TX}(i+k)中;
D:在进行B~C时,所述合约执行缓存单元采用异步调用的方式将所述合约调用请求发送至所述分布式合约执行单元,于后台执行合约,执行完毕后,所述合约执行缓存单元获得合约执行的最后结果,等待处理;
E:区块(i+k)处理周期开始,所述{TX}(i+k)中包含的合约调用请求发送至所述合约执行缓存单元,所述合约执行缓存单元立即返回当前合约执行状态,同时,所述验证节点从所述查询合约TXq中提取出合约相关信息,并向所述合约执行缓存单元发出查询请求,所述合约执行缓存单元向所述验证节点返回所述区块i的所述合约调用请求的执行结果,并更新所述查询合约TXq;
F:在所有验证节点收到所述{TX}(i+k)后,更新后的所述查询合约TXq和所述{TX}(i+k)合在一起形成一个新的集合,在所有验证节点完成共识,区块(i+k)生成,所述验证节点对共识过的TX进行验证,验证后的状态写入区块(i+k);同时每个所述验证节点创建一个新的查询合约TXq,并将其加入到区块(i+k+k)的交易请求集合{TX}(i+k+k)中;
G:在进行E~F时,所述合约执行缓存单元采用异步调用的方式将所述{TX}(i+k)中包含的合约调用请求发送至所述分布合约执行单元,于后台执行合约,执行完毕后,所述合约执行单元获得合约执行的最后结果,等待处理;
其中,所述i和k为大于或等于1的整数,所述k根据需要配置。
2.根据权利要求1所述的跨区块异步调用合约系统,其特征在于:所述分布式合约执行单元为位于分布式系统验证单元远端,与所述分布式系统验证单元去耦合的沙箱。
3.根据权利要求1所述的跨区块异步调用合约系统,其特征在于:所述当前合约执行状态包括但不限于:尚未完成,正常执行完毕或出错。
4.根据权利要求1所述的跨区块异步调用合约系统,其特征在于:所述k=1。
5.根据权利要求1所述的跨区块异步调用合约系统,其特征在于:所述共识采用的机制包括但不限于:BFT,POW或POS。
6.根据权利要求1所述的跨区块异步调用合约系统,其特征在于:每个所述验证节点对应一个所述合约执行缓存单元和一个所述分布式合约执行单元。
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