CN108694669A - 一种区块链智能合约实现方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种区块链智能合约实现方法及装置，方法包括：接收用户发起的智能合约交易请求；将所述交易请求涉及的数据区分为链上数据源和链下数据源；由区块链的共识节点对所述链上数据进行共识处理；由链下的算力提供方对链下数据进行计算处理并提供验证证明。本发明支持访问异构数据源，链上数据源、链下数据源、混合数据源，将智能合约的共识与计算解耦，提高执行效率和吞吐量，大大增强了智能合约的业务能力。

Description

一种区块链智能合约实现方法及装置

技术领域

本发明涉及数据处理技术，具体的讲是一种区块链智能合约实现方法及装置。

背景技术

智能合约是区块链2.0及3.0应用的主要特征之一，然而，系统的TPS(吞吐量)普遍偏低，比如以太坊每秒大概处理15笔交易，相比于传统中心化应用如VISA或淘宝每秒上万乃至数十万的TPS，存在着很大的差距，不能满足应用需求。究其原因，传统区块链如我们熟悉的以太坊平台中，为了保障去中心化和安全，交易执行和区块共识都严重依赖共识节点串行处理，整个区块链网络只有单机的计算性能，全网算力不能充分利用，造成性能瓶颈。

同时，传统区块链是一个封闭的计算环境，智能合约只能访问区块链内部数据。一方面导致链上数据急剧扩张，区块膨胀，最终导致交易性能进一步下降。另一方面基于数据主权和数据隐私考虑，数据拥有方不愿意将数据保存到链上，使用密码学加密保存会导致数据的扩张和智能合约处理能力的降低。

现有技术基于以太坊的企业区块链提出私有交易的方案，用于保证交易和数据的隐私。交易相关方在本地保存私有状态树，智能合约的私有交易只访问私有状态树中的数据。这种方式保证了数据的隐私，也降低了公有区块数据的规模。但是私有状态树需要交易相关方达成共识的数据，仍然属于链上数据。

目前，智能合约从外部服务获取数据的方式为：由第三方将数据推送进区块链，而不是由智能合约将数据拉取进去。这种被动接收数据的方式，与外部的交互依赖于第三方，如何保证第三方和数据的可信，目前的解决方案是采用预言机，主流的预言机方案有以下两种：Reality Keys：提供一个可以自动检查和加密预言提交的预言机方案。Oraclize：是一个可证明的诚实的预言机服务，依赖于TLS公证(TLSnotary)，提供一个可证明的诚实从互联网页面安全获取信息的能力，可以让智能合约可以访问互联网，获取有价值的信息。

但是现有技术的预言机方案还是让智能合约被动接受数据，同时其还是引入的第三方，最终导致智能合约的应用范围有限，同时数据的可信度也是有限度的。

发明内容

为提高区块链智能合约的处理能力，本发明实施例提供了一种区块链智能合约实现方法，包括：

接收用户发起的智能合约交易请求；

将所述交易请求涉及的数据区分为链上数据和链下数据；

由区块链的共识节点对所述链上数据进行共识处理；

由链下的算力提供方对链下数据进行计算处理并提供验证证明。

本发明实施例中，将所述交易请求涉及的数据区分为链上数据和链下数据包括：

根据所述交易请求确定当前智能合约交易涉及的数据；

根据交易涉及的数据的来源将当前智能合约交易涉及的数据区分为链上数据和链下数据。

本发明实施例中，所述链上数据包括：执行合约时来自区块链的分布式账本的数据；

所述链下数据包括：执行合约时由链下的至少一个数据提供方的数据库提供的数据。

本发明实施例中，所述的数据提供方包括多个数据提供方时，各数据提供方利用MPC算法进行协同计算。

本发明实施例中，所述的由区块链的共节点对所述链上数据进行共识处理包括：

根据交易请求从所述分布式账本上的获取链上数据；

根据合约请求由匹配的算力提供方对所述链上数据进行计算并提供计算证明生成计算结果；其中，所述计算结果包括：交易信息、计算结果、计算证明、合约状态变更；

根据所述计算结果变更所述分布式账本进行共识处理。

同时，本发明还提供一种区块链智能合约实现装置，包括：

请求接收模块，用于接收用户发起的智能合约交易请求；

区分模块，用于将所述交易请求涉及的数据区分为链上数据和链下数据；

链上共识模块，由区块链的共识节点对所述链上数据进行共识处理；

链下数据处理模块，由链下的算力提供方对链下数据进行计算处理并提供验证证明。

本发明实施例中，所述的区分模块包括：

交易数据确定单元，用于根据所述交易请求确定当前智能合约交易涉及的数据；

区分单元，根据交易涉及的数据的来源将当前智能合约交易涉及的数据区分为链上数据和链下数据。

本发明实施例中，链上数据包括：执行合约时来自区块链的分布式账本的数据；链下数据包括：执行合约时由链下的至少一个数据提供方提供的数据。

本发明实施例中，所述的数据提供方包括多个数据提供方时，各数据提供方利用MPC算法进行协同计算。

本发明实施例中，所述的链上共识模块由区块链的共识节点对所述链上数据源进行共识处理包括：

根据交易请求从所述分布式账本上的获取链上数据；

根据合约请求由匹配的算力提供方对链上数据进行计算并提供计算证明生成计算结果；其中，所述计算结果包括：交易信息、计算结果、计算证明、合约状态变更；

根据所述计算结果变更所述分布式账本进行共识处理。

同时，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。

同时，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。

本发明提出的智能合约的实现方法及装置，支持访问异构数据源，链上数据源、链下数据源、混合数据源。对于链下数据，采用多方安全计算(MPC)和可验证计算(VC)的方式保证数据的隐私和验证计算的正确性。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明公开的区块链智能合约实现方法的流程图；

图2为本发明公开的区块链智能合约实现方法的结构图；

图3为本发明实施例公开的示意图；

图4为本发明实施例公开的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种区块链智能合约实现方法，如图1所示，方法包括：

步骤S101，接收用户发起的智能合约交易请求；

步骤S102，将交易请求涉及的数据区分为链上数据和链下数据；

步骤S103，由区块链的共识节点对所述链上数据进行共识处理；

步骤S104，由链下的算力提供方对链下数据进行计算处理并提供验证证明。

本发明技术方案的创新是共识与计算解耦，使得智能合约能同时支持链上数据源、链下数据源的访问，即将智能合约请求中需要共识处理的链上数据和链下数据的结算进行解耦，如图2所示为本申请一实施方式的结构图。

本发明将共识与计算解耦，并使得系统能够同时支持链上及链下数据，从系统架构上将合约分为与链上状态有关的IO逻辑和与链上状态无关的计算逻辑，并称之为元智能合约。

与状态有关的IO逻辑在区块链上由共识节点进行处理，并将状态变化和结果广播到区块链，各节点验证后写入到本地数据库；

与状态无关的计算逻辑部分，分发给算力提供方进行并行计算，大大提高计算效率。更进一步，本发明实施例中使用加密电路进行多方安全计算MPC，保障数据的隐私。本申请实施例中，对于不需要保护数据隐私，可以使用普通的布尔电路计算。电路逻辑(无论是否加密，都可以)可以使用专用硬件进行加速，一方面提高闲置资源的使用率，同时提高计算效率。

本发明实施例中，根据数据来源的不同，本实施例具体实施中把智能合约分为三类：状态合约、无状态合约以及混合合约。

状态合约：状态合约处理过程类似传统智能合约，如图3所示，为本实施例中的状态合约执行的示意图，状态合约需要在链上保存状态，状态合约执行时输入的数据来自链上分布式账本，每次合约执行会导致合约的状态变更，所有变更均会被记录在分布式账本中。合约的计算拆分成多个子任务分发给多个计算节点，合约开发者可以选择隐私计算的方式，保证数据不透露给计算节点。

合约开发者发布智能合约到区块链中，用户发起智能合约交易请求，若该智能合约交易请求涉及的数据均来自链上，则执行本申请实施例中的状态合约。本实施例中的状态合约执行的具体步骤如下：

1.算法提供方开发并部署状态合约；

2.计算发起方发起交易请求，调用满足需求的某个状态合约，其数据来源于链上；

3.状态合约收到交易请求，会首先触发一个特殊的计算通道合约调用，其作用是对交易发起方做一定资产的质押；

4.合约根据交易请求，查找与之匹配的算力提供方，将请求分发给一个或多个子任务给到合适的算力提供方；

5.算力提供方进行计算并提供计算证明；

6.计算结束后，可由任何参与方往计算通道合约发送一个交易，从而关闭这个通道并启动一个结算过程，但计算通道不会马上进行结算，会先启动一个时间区间，在该区间内任何参与方均可以对计算过程提交异议申述；

7.任务结束且完成结算之后将剩余的资产返回给交易发起方；

8.共识节点将交易、计算结果、计算证明、合约状态变更等打包成区块；

9.区块节点将区块写入本地账本。

无状态合约：无状态合约在链上不保存任何状态，如图4所示，为本实施例中的状态合约执行的示意图。无状态合约执行时输入的数据来自链下数据提供方本地数据库，可以是单个数据提供方，也可以是多个数据提供方。如果是多个数据提供方，则多方使用MPC算法进行协同计算，保证各方对数据的所有权，实际的计算拆分成多个子任务分发给多个计算节点，合约开发者可以选择隐私计算的方式，保证数据不透露给计算节点。本实施例中，无状态合约的执行步骤如下：

1.算法提供方开发并部署无状态合约；

2.计算发起方发起交易请求，调用满足需求的某个无状态合约，其数据来源于链下；

3.无状态合约收到交易请求，会首先触发一个特殊的计算通道合约调用，其作用是对交易发起方做一定资产的质押；

4.合约根据交易请求，查找与之匹配的算力提供方，将请求分发给一个或多个子任务给到合适的算力提供方，如果是多个数据提供方，合约开发者可以选择隐私计算的方式，以保证数据不透露给计算节点：如选择使用MPC算法进行协同计算，保证各方对数据的所有权；

5.数据提供方与算力提供方进行协同计算，并提供可验证计算证明；

6.计算结束后，可由任何参与方往计算通道合约发送一个交易，从而关闭这个通道并启动一个结算过程，但计算通道不会马上进行结算，会先启动一个时间区间，在该区间内任何参与方均可以对计算过程提交异议申述；

7.任务结束且完成结算之后将剩余的资产返回给交易发起方；

8.共识节点将交易、计算结果、计算证明打包成区块；

9.区块节点将区块写入本地账本。

混合合约：允许智能合约在链上保存状态，又有链下数据参与计算，这类合约称为混合合约，即智能合约执行涉及的数据既包括链上数据也包括链下的数据提供方。混合合约其实是一种多源数据计算，共识节点作为链上状态数据的数据提供方参与计算。混合合约典型的使用场景是把链下的数据计算结果保存到链上，并参与到下一次的计算中。

本发明提供的智能合约的实现方式，将共识与计算解耦，使得智能合约的共识部分链上做，而计算部分可以被一个或多个算力节点并行处理，从而提高智能合约执行效率和吞吐量。相应的，智能合约可以单独在链上或者单独链下或者同时链上链下执行，链下执行智能合约部分功能或者执行完整的智能合约，可以是分布式并行执行；或者在几个节点内部之间执行，各参与方共同维护一份多签名的链下状态。都在有必要时可以回到链上做共识和写入链状态等。

对于链下数据的处理或智能合约的执行，通过可验证证明或多签名等多种方式，回到区块链，相应的可验证证明、交易的状态或结果、合约的变更等可以根据需要写入区块链，通过将智能合约执行过程中的共识与计算的解耦，将计算涉及的链下数据由链下的算力提供方执行，扩展智能合约的应用范围，可以处理链下数据，大大增强了智能合约的业务能力，也可以作为链下扩容的一种技术，同时可以回到链上，保证了和传统合约相同的安全特性，如不可抵赖，不可更改，可靠性等特性。

为降低开发者门槛，本实施例设计了图灵完备C风格的高级语言，用于编写智能合约，并编译成布尔电路。本实施例中，智能合约语言主要特性如下：

1.数据类型：

1.1基本数据类型，如表1所示：

表1

类型	位数	数值范围
			bool	8	取值为0和1
int8	8	-128～127
			uint8	8	0～255
int16	16	-32768～32767
			uint16	16	0～65535
int32	32	-2147483648～2147483647
			uint32	32	0～4294967295
int64	64	-9223372036854775808～9223372036854775807
			uint64	64	0～18446744073709551615

1.2自定义数据类型：

结构：支持类C语言的Struct，来定义结构体。结构体允许定义可存储不同类型数据项的变量。

数组：支持数组数据结构，它可以存储一个固定大小的相同类型元素的顺序集合，可支持多维数组。

2.运算符：

算术运算符如表2所示：

表2

2.2关系运算符：

本实施例中，运算符及对应的描述如下表3所示：

表3

2.3位运算符，如表4所示：

表4

2.4赋值运算符，如表5所示：

表5

运算符	描述
		＝	简单的赋值运算符，把右边操作数的值赋给左边操作数

3.控制语句：

条件判断语句，如表6所示：

表6

3.2循环语句

循环语句允许多次执行一个语句或语句组，循环语句如下所示：

for(int32i＝0；i<max；i++)

{

}

4.函数定义：

函数是一组一起执行一个任务的语句。函数定义如下：

functionreturn_typefoo(paramtype1name1,paramtype2name2,paramtype3[5]name3){

return blah；

}

本发明主要适用于区块链的相关产品或者服务、具有智能合约的应用或系统，包括公链或联盟链的方案。本发明提出一种的智能合约方法，支持访问链上链下数据，减缓区块数据的扩张，保证数据的隐私安全。

同时，本发明还提供一种区块链智能合约实现装置，包括：

请求接收模块，用于接收用户发起的智能合约交易请求；

区分模块，用于将所述交易请求涉及的数据区分为链上数据和链下数据；

链上共识模块，由区块链的共识节点对所述链上数据进行共识处理；

链下数据处理模块，由链下的算力提供方对链下数据进行计算处理并提供验证证明。

本发明实施例中，所述的区分模块包括：

交易数据确定单元，用于根据所述交易请求确定当前智能合约交易涉及的数据；

区分单元，根据交易涉及的数据的来源将当前智能合约交易涉及的数据区分为链上数据和链下数据。

对本领域技术人员而言，根据前述关于方法的实施例可以清楚获知本发明实施例中区块链智能合约实现装置的实现手段，因此，在此不再对装置的实施例作进一步赘述。

同时，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。

同时，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。

本发明公开的的智能合约的实现方法及装置可以支持链上、链下数据或同时支持链上链下数据，IO逻辑负责处理链上数据，包括从链上读取数据、进行共识处理，并将处理之后的结果或状态写入到链上。计算逻辑处理链外数据，包括计算任务发布与分发、计算任务拆分成多个子任务、计算任务编译成布尔电路及使用专用硬件加速、算力节点接受任务进行可验证计算、返回计算结果和可验证证明、计算结果验证等。

如果涉及到多个数据源(包括链上数据、链下多个数据方提供的数据)，为了保证数据隐私，各个数据提供方(共识节点作为链上数据提供方)可以联合进行多方安全计算来获得计算结果。

本申请将合约的共识与计算解耦，共识部分在链上执行(由共识节点共识，并写入区块链)，计算部分分发到算力提供方进行并行计算。这样的好处是：扩展了合约的应用范围，同时加快合约的执行速度，提高区块链的吞吐量。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种区块链智能合约实现方法，其特征在于，所述的方法包括：

接收用户发起的智能合约交易请求；

将所述交易请求涉及的数据区分为链上数据和链下数据；

由区块链的共识节点对所述链上数据进行共识处理；

由链下的算力提供方对链下数据进行计算处理并提供验证证明。

2.如权利要求1所述的区块链智能合约实现方法，其特征在于，将所述交易请求涉及的数据区分为链上数据和链下数据包括：

根据所述交易请求确定当前智能合约交易涉及的数据；

根据交易涉及的数据的来源将当前智能合约交易涉及的数据区分为链上数据和链下数据。

3.如权利要求2所述的区块链智能合约实现方法，其特征在于，

所述链上数据包括：执行合约时来自区块链的分布式账本的数据；

所述链下数据包括：执行合约时由链下的至少一个数据提供方提供的数据。

4.如权利要求3所述的区块链智能合约实现方法，其特征在于，所述的数据提供方包括多个数据提供方时，各数据提供方利用MPC算法进行协同计算。

5.如权利要求3所述的区块链智能合约实现方法，其特征在于，所述的由区块链的共节点对所述链上数据进行共识处理包括：

根据交易请求从所述分布式账本上的获取链上数据；

根据合约请求由匹配的算力提供方对所述链上数据进行计算并提供计算证明生成计算结果；其中，所述计算结果包括：交易信息、计算结果、计算证明、合约状态变更；

根据所述计算结果变更所述分布式账本进行共识处理。

6.一种区块链智能合约实现装置，其特征在于，所述的装置包括：

请求接收模块，用于接收用户发起的智能合约交易请求；

区分模块，用于将所述交易请求涉及的数据区分为链上数据和链下数据；

链上共识模块，由区块链的共识节点对所述链上数据进行共识处理；

链下数据处理模块，由链下的算力提供方对链下数据进行计算处理并提供验证证明。

7.如权利要求6所述的区块链智能合约实现装置，其特征在于，所述的区分模块包括：

交易数据确定单元，用于根据所述交易请求确定当前智能合约交易涉及的数据；

区分单元，根据交易涉及的数据的来源将当前智能合约交易涉及的数据区分为链上数据和链下数据。

8.如权利要求7所述的区块链智能合约实现装置，其特征在于，

所述链上数据包括：执行合约时来自区块链的分布式账本的数据；

所述链下数据包括：执行合约时由链下的至少一个数据提供方提供的数据。

9.如权利要求8所述的区块链智能合约实现装置，其特征在于，所述的数据提供方包括多个数据提供方时，各数据提供方利用MPC算法进行协同计算。

10.如权利要求8所述的区块链智能合约实现装置，其特征在于，所述的链上共识模块由区块链的共识节点对所述链上数据源进行共识处理包括：

根据交易请求从所述分布式账本上的获取链上数据；

根据合约请求由匹配的算力提供方对所述链上数据进行计算并提供计算证明生成计算结果；其中，所述计算结果包括：交易信息、计算结果、计算证明、合约状态变更；

根据所述计算结果变更所述分布式账本进行共识处理。

11.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5任一所述方法。

12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至5任一所述方法的计算机程序。