CN111597228B - 一种提高区块链扩展性的多链系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种提高区块链扩展性的多链系统及方法，属于区块链多链技术领域，包括至少一条协作链和多条工作链，所述协作链与每条工作链通信；所述协作链，至少被配置为：进行主体的管理与认证、工作链的注册与路由、多链交互、交易与请求路由与转发；所述工作链，至少被配置为：进行主体的许可与权限管理、合约部署与运行、资产交易的构建和验证、配额发行与使用以及工作链的节点许可；本公开扩展了区块链的吞吐量、并发量等性能，提高了区块链的可扩展性。

Description

一种提高区块链扩展性的多链系统及方法

技术领域

本公开涉及区块链多链技术领域，特别涉及一种提高区块链扩展性的多链系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

区块链是去中心化的分布式账本，需要保证分布式账本一致、不可篡改等特性，而衡量区块链性能的重要指标是区块链的可扩展性，区块链只有能够具备高可扩展性，才能支撑高吞吐量和高并发量。但是，去中心化是指使用分布式核算和存储，不存在中心化的硬件或管理机构，系统中的数据块由整个系统中具有维护功能的节点来共同维护。因此，区块链系统中具有维护功能的节点都需要对交易数据进行全量计算和存储，导致单个区块链是没有可扩展性的，即单区块链系统的总体性能受限于单个节点的性能上限，单个节点只能存储性能范围内的数据，区块链系统中即使加入了大量节点，系统的总体性能也无法提高，因此无法处理有高吞吐量高并发量需求的应用场景。

因此，为了提高区块链的扩展性，提高区块链的交易吞吐量，为大容量高并发的应用场景进行更好的支持，区块链技术领域孵化了多链架构的思路，将原本的一条链分成多条链，每条链都负责部分计算和存储业务，每条链的数量可以随着业务量和数据的增加而增加，系统的总体性能随着链的数量的增加而提高，系统的存储空间也能随着链的数量的增加而扩大。

但是，本公开发明人发现，现有技术中，大多数只采用了多链的思想却没有切实地提高区块链的扩展性，如通过哈希分区简单的将一条区块链划分为多条区块链，但是链之间的通信并没有进行完善，不能完整的实现跨链信息查询；或者多条链之间虽然通信、信息交互比较流畅，但是不能保证多条链的信息共同维护，容易产生重复交易；或者虽然采用了一条链做路由链连接其他多条链的方式，但是容易造成路由链处理交易过多，从而导致路由链系统崩溃、多链体系无法运行的问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种提高区块链扩展性的多链系统及方法，扩展了区块链的吞吐量、并发量等性能，提高了区块链的可扩展性。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种提高区块链扩展性的多链系统。

一种提高区块链扩展性的多链系统，包括至少一条协作链和多条工作链，所述协作链与每条工作链通信；

所述协作链，至少被配置为：进行主体的管理与认证、工作链的注册与路由、多链交互、交易与请求路由与转发；

所述工作链，至少被配置为：进行主体的许可与权限管理、合约部署与运行、资产交易的构建和验证、配额发行与使用以及工作链的节点许可。

本公开第二方面提供了一种工作链注册加入多链网络的方法。

一种工作链注册加入多链网络的方法，利用本公开第一方面所述的提高区块链扩展性的多链系统，包括以下步骤：

工作链的运营商通过工作链的通信模块发送工作链的标识和表明其工作属性的链名给协作链，请求加入多链体系；

协作链审核通过后，记录工作链的标识和链名信息，并且向工作链发送确认通知；

当工作链工作属性发生变更时，根据自己的工作属性修改自己的链名，并且发送给协作链；

协作链在工作链管理模块根据工作链的标识修改其链名，并且协作链始终将工作链最新的标识和链名信息维护在自己的工作链管理模块中。

本公开第三方面提供了一种主体开户方法。

一种主体开户方法，利用本公开第一方面所述的提高区块链扩展性的多链系统，包括以下步骤：

主体通过客户端向某一工作链发起开户申请；

被申请开户的工作链对主体进行身份认证，认证通过后发送主体信息到协作链；

协作链为主体开户，更新主体信息列表，并且记录该主体在被申请开户的工作链上的帐户状态为激活状态，其他工作链的账户状态为未激活状态；

协作链通过路由模块同步主体信息列表到各工作链，各工作链中只有列表中在被申请开户的工作链账户激活状态的主体才能在此工作链上进行交易；

所有工作链使用协作链主体账户的影子账户，工作链向主体返回开户成功通知，并且发送CA证书、主体的唯一区块链帐户以及账户的私钥信息。

本公开第四方面提供了一种资产信息查询方法。

一种资产信息查询方法，利用本公开第一方面所述的提高区块链扩展性的多链系统，包括以下步骤：

主体通过客户端向协作链发起查询该主体的所有资产信息的请求；

协作链查询主体管理模块中维护的主体信息，获取主体在哪些工作链上账户是激活状态，并且形成这些工作链的列表；

协作链向主体所在客户端返回形成的工作链列表；

客户端向列表中所有的工作链发送请求，查询主体在该工作链下所有资产信息；

列表中的工作链同步向主体所在客户端返回该主体的所有资产信息；

主体所在客户端汇总各工作链发送的资产列表，返回汇总列表给主体。

本公开第五方面提供了一种交易发送方法，利用本公开第一方面所述的提高区块链扩展性的多链系统，包括以下步骤：

步骤一：主体通过客户端发送交易请求给某一工作链，等待被请求的工作链的交易节点对交易进行构建；

步骤二：客户端如果接收到被请求的工作链构建的交易和交易标识，则直接转到步骤七，反之，转到步骤三；

步骤三：客户端向协作链发送交易请求；

步骤四：协作链将交易请求通过路由转发到被请求的工作链；

步骤五：被请求的工作链向协作链返回交易标识和构建的交易；

步骤六：协作链向客户端返回交易标识和构建的交易；

步骤七：客户端向协作链提交构建的交易；

步骤八：协作链校验交易的主体是否可用，如果不可用则流程结束，并且向主体所在客户端返回交易构建失败的信息，如果可用则通过路由模块转发构建好的交易到任一工作链；

步骤九：工作链接收到交易后对交易的合法性进行校验和广播，等待区块链完成该笔交易的记账共识后，返回交易结果到客户端。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开提供的提高区块链扩展性的多链系统及方法，通过设置协作链和多条工作链，扩展了区块链的吞吐量、并发量等性能，提高了区块链的可扩展性，将原来的单链纵向扩展变为多链水平扩展，各条工作链可以同时处理多笔交易，并且协作链、工作链都可以进行水平扩展。

2、本公开提供的提高区块链扩展性的多链系统及方法，减少了负责路由各工作链的协作链的工作负担，协作链只负责主体信息、工作链信息的维护和消息的路由转发，而不需要处理交易。

3、本公开提供的提高区块链扩展性的多链系统及方法，通过两阶段构建和验证交易，实现了交易的两阶段提交，保证了区块链交易的可信性。

4、本公开提供的提高区块链扩展性的多链系统及方法，每条工作链的标识唯一，链名可以修改，每条工作链可以单独处理某一领域的交易并且通过链名进行领域标识，实现了业务领域的分离，保证了个人相关资产和信息的独立性和隐私性。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1提供的提高区块链扩展性的多链系统的结构示意图。

图2为本公开实施例2提供的工作链注册加入多链网络的方法流程示意图。

图3为本公开实施例3提供的主体开户方法流程示意图。

图4为本公开实施例4提供的资产信息查询方法流程示意图。

图5为本公开实施例5提供的交易发送方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

如图1所示，本公开实施例1提供了一种提高区块链扩展性的多链系统，综合sharding、多通道、中继链等方式，构建了协作链-工作链的多链体系。

本实施例中，协作链和工作链各自都是一条区块链，协作链只有一条，工作链可以有多条。协作链负责区块链的主体管理、工作链管理、跨链管理和路由管理，而不负责具体资产交易的构建、验证等工作，各个工作链作为具体的资产交易执行器，负责处理主体从客户端发来的查询、交易请求。

协作链与工作链的多链体系中，协作链负责主体的管理与认证、工作链的注册与路由、多链交互、交易与请求路由与转发等，工作链负责主体的许可与权限管理、合约部署与运行、资产交易的构建和验证、配额发行与使用、工作链的节点许可等。

此外，一个主体全网只有一个账户，在协作链中开户，在工作链中使用协作链的影子账户，即主体在参与的工作链中不再开户。

无论协作链还是工作链，都是可以水平扩展性能的。协作链是多链体系中资产交易的入口，其交易节点是水平可扩展的，因此协作链是多中心多节点部署的，不会像当前的其他专利技术一样成为多链体系中的瓶颈；

工作链也是可水平扩展的，一方面我们可以根据业务场景、资产类型划分工作链，并且为每个业务每个资产都单独建立一条工作链，独立管理，并且根据其ChainName(链名)进行具体业务、资产的划分，并且这样将业务、资产单独通过某一条工作链进行管理，也保障了个人资产、信息的独立性和隐私性；另一方面，一条工作链本身就是可水平扩展的，可以通过哈希分区等技术方式实现一条链的多节点水平扩展。

所述协作链，具体的包括第一主体管理模块、工作链管理模块、主体校验模块和路由管理模块；

第一主体管理模块负责主体的区块链账户开户和相关信息维护，信息维护主要维护主体在每个工作链中的帐户激活状态，如果主体在某一工作链的账户为激活状态，则该主体可以在该工作链上进行其有权限的操作，反之，则不能进行任何操作；

工作链管理模块负责管理新工作链的注册和工作链的信息管理，每条工作链分别有两个信息需要维护，一个为ChainID，是该工作链的唯一标识，另一个为ChainName，是该工作链的链名，可以进行修改。工作链管理模块需要保证每条工作链的ChainID全网唯一性，并且可以提供修改ChainName的功能。

主体校验模块负责调取第一主体管理模块的主体信息，在某一主体通过某一工作链发送交易请求时，校验该主体在该工作链上的账户状态是否激活；

路由管理模块提供多个工作链之间交易、请求的转发，并且能够实现协作链和工作链之间的消息转发。

所述工作链，具体的包括第二主体管理模块、资产管理模块、交易构建模块、交易校验模块、通信模块；

第二主体管理模块负责主体进入区块链网络的许可准入审核、主体的详细信息管理等功能；

资产管理模块负责主体相关资产的信息管理、查询、下载等功能；

交易构建模块负责基于主体从客户端发送的交易请求，对交易进行构建并且发送给协作链；

交易校验模块负责校验交易的合法性，广播交易到区块链的共识节点。

通信模块负责与协作链进行通信；

本实施例中，客户端作为轻量级的不需要存储账本的区块链节点，负责为使用主体发送区块链的交易请求。

实施例2：

如图2所示，本公开实施例2提供了一种工作链注册加入多链网络的方法，利用实施例1所述的提高区块链扩展性的多链系统，包括以下步骤：

S11：工作链的运营商通过工作链的通信模块发送工作链的唯一标识ChainID和表明其工作属性的ChainName给协作链，请求加入多链体系；

S12：协作链审核通过后，记录工作链的ChainID和Chain Name信息，并且向工作链发送确认通知；

S13：当工作链工作属性发生变更时(如从一个业务链转为另一个业务链)，要根据自己的工作属性修改自己的ChainName，并且发送给协作链；

S14：协作链在工作链管理模块根据工作链的ChainID修改其ChainName，并且协作链始终将工作链最新的ChainID和ChainName信息维护在自己的工作链管理模块中。

实施例3：

如图3所示，本公开实施例3提供了一种主体开户方法，利用实施例1所述的提高区块链扩展性的多链系统，包括以下步骤：

S21：主体通过客户端向某一工作链a发起开户申请；

S22：工作链a对主体进行身份认证，认证通过后发送主体信息到协作链；

S23：协作链为主体开户，更新主体信息列表，并且记录该主体在工作链a上的帐户状态为激活状态，其他工作链的账户状态为未激活状态；

S24：协作链通过路由模块同步主体信息列表到各工作链，但是各工作链中只有列表中在该工作链账户激活状态的主体才能在此工作链上进行交易；

S25：所有工作链使用协作链主体账户的影子账户，工作链a向主体返回开户成功通知，并且发送CA证书、主体的唯一区块链帐户、账户的私钥等信息。

实施例4：

如图4所示，本公开实施例4提供了一种资产信息查询方法，利用实施例1所述的提高区块链扩展性的多链系统，包括以下步骤：

S31：主体通过客户端向协作链发起查询该主体的所有资产信息的请求；

S32：协作链查询主体管理模块1中维护的主体信息，获取主体在哪些工作链上账户是激活状态，并且形成这些工作链的列表；

S33：协作链向主体所在客户端返回S32中形成的工作链列表，即主体的账户被激活的工作链列表；

S34：客户端向列表中所有的工作链发送请求，查询主体在该工作链下所有资产信息；

S35：列表中的工作链同步向主体所在客户端返回该主体的所有资产信息；

S36：主体所在客户端汇总各工作链发送的资产列表，返回汇总列表给主体。

实施例4：

如图5所示，本公开实施例4提供了一种交易发送方法，利用实施例1所述的提高区块链扩展性的多链系统，包括以下步骤：

S41：主体通过客户端发送交易请求给工作链a，等待工作链a的交易节点对交易进行构建；

S42：客户端如果接收到工作链a构建的交易和交易id，则直接转到步骤S47，反之，转到步骤S43；

S43：客户端向协作链发送交易请求；

S44：协作链将交易请求通过路由转发到工作链a；

S45：工作链a向协作链返回交易id和构建的交易；

S46：协作链向客户端返回交易id和构建的交易；

S47：客户端向协作链提交构建的交易；

S48：协作链校验交易的主体是否可用，即在工作链a上帐户是否激活、是否有权限发送该笔交易等，如果不可用则流程结束并且向主体所在客户端返回交易构建失败的信息，如果可用则通过路由模块转发构建好的交易到任一工作链(包括工作链a)；

S49：工作链接收到交易后对交易的合法性进行校验、广播，等待区块链完成该笔交易的记账共识后，返回交易结果到客户端。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开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和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、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。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种提高区块链扩展性的多链系统，其特征在于，包括至少一条协作链和多条工作链，所述协作链与每条工作链通信；

所述协作链，至少被配置为：进行主体的管理与认证、工作链的注册与路由、多链交互、交易与请求路由与转发；

所述工作链，至少被配置为：进行主体的许可与权限管理、合约部署与运行、资产交易的构建和验证、配额发行与使用以及工作链的节点许可；

所述工作链包括主体管理模块、资产管理模块、交易构建模块、交易校验模块和通信模块；

所述主体管理模块，至少被配置为：进行主体进入区块链网络的许可准入审核、主体的详细信息管理；

所述资产管理模块，至少被配置为：进行主体资产的信息管理、查询和下载；

所述交易构建模块，至少被配置为：基于主体从客户端发送的交易请求，对交易进行构建并且发送给协作链；

所述交易校验模块，至少被配置为：校验交易的合法性，广播交易到区块链的共识节点；

所述通信模块，至少被配置为：实现工作链与协作链的通信。

2.如权利要求1所述的提高区块链扩展性的多链系统，其特征在于，所述协作链为多中心多节点部署，作为多链体系中资产交易的入口，其交易节点水平可扩展。

3.如权利要求1所述的提高区块链扩展性的多链系统，其特征在于，所述协作链包括主体管理模块、工作链管理模块、主体校验模块和路由管理模块；

所述主体管理模块，被配置为进行主体的区块链账户开户和信息维护，所述信息维护为维护主体在每个工作链中的帐户激活状态，如果主体在某一工作链的账户为激活状态，则该主体可以在该工作链上进行其有权限的操作，反之，则不能进行任何操作。

4.如权利要求3所述的提高区块链扩展性的多链系统，其特征在于，所述工作链管理模块，被配置为：管理新工作链的注册和工作链的信息管理，所述工作链的信息包括工作链的标识和链名，工作链管理模块保证标识的唯一性，且提供链名修改服务。

5.如权利要求3所述的提高区块链扩展性的多链系统，其特征在于，所述主体校验模块，被配置为：调取主体管理模块的主体信息，在某一主体通过某一工作链发送交易请求时，校验该主体在该工作链上的账户状态是否激活；

或者，所述路由管理模块，被配置为：提供多个工作链之间交易和请求的转发，以及实现协作链和工作链之间的消息转发。

6.一种工作链注册加入多链网络的方法，其特征在于，利用权利要求1-5任一项所述的提高区块链扩展性的多链系统，包括以下步骤：

工作链的运营商通过工作链的通信模块发送工作链的标识和表明其工作属性的链名给协作链，请求加入多链体系；

协作链审核通过后，记录工作链的标识和链名信息，并且向工作链发送确认通知；

当工作链工作属性发生变更时，根据自己的工作属性修改自己的链名，并且发送给协作链；

协作链在工作链管理模块根据工作链的标识修改其链名，并且协作链始终将工作链最新的标识和链名信息维护在自己的工作链管理模块中。

7.一种主体开户方法，其特征在于，利用权利要求1-5任一项所述的提高区块链扩展性的多链系统，包括以下步骤：

主体通过客户端向某一工作链发起开户申请；

被申请开户的工作链对主体进行身份认证，认证通过后发送主体信息到协作链；

协作链为主体开户，更新主体信息列表，并且记录该主体在被申请开户的工作链上的帐户状态为激活状态，其他工作链的账户状态为未激活状态；

协作链通过路由模块同步主体信息列表到各工作链，各工作链中只有列表中在被申请开户的工作链账户激活状态的主体才能在此工作链上进行交易；

所有工作链使用协作链主体账户的影子账户，工作链向主体返回开户成功通知，并且发送CA证书、主体的唯一区块链帐户以及账户的私钥信息。

8.一种资产信息查询方法，其特征在于，利用权利要求1-5任一项所述的提高区块链扩展性的多链系统，包括以下步骤：

主体通过客户端向协作链发起查询该主体的所有资产信息的请求；

协作链查询主体管理模块中维护的主体信息，获取主体在哪些工作链上账户是激活状态，并且形成这些工作链的列表；

协作链向主体所在客户端返回形成的工作链列表；

客户端向列表中所有的工作链发送请求，查询主体在该工作链下所有资产信息；

列表中的工作链同步向主体所在客户端返回该主体的所有资产信息；

主体所在客户端汇总各工作链发送的资产列表，返回汇总列表给主体。

9.一种交易发送方法，其特征在于，利用权利要求1-5任一项所述的提高区块链扩展性的多链系统，包括以下步骤：

步骤一：主体通过客户端发送交易请求给某一工作链，等待被请求的工作链的交易节点对交易进行构建；

步骤二：客户端如果接收到被请求的工作链构建的交易和交易标识，则直接转到步骤七，反之，转到步骤三；

步骤三：客户端向协作链发送交易请求；

步骤四：协作链将交易请求通过路由转发到被请求的工作链；

步骤五：被请求的工作链向协作链返回交易标识和构建的交易；

步骤六：协作链向客户端返回交易标识和构建的交易；

步骤七：客户端向协作链提交构建的交易；

步骤八：协作链校验交易的主体是否可用，如果不可用则流程结束，并且向主体所在客户端返回交易构建失败的信息，如果可用则通过路由模块转发构建好的交易到任一工作链；

步骤九：工作链接收到交易后对交易的合法性进行校验和广播，等待区块链完成该笔交易的记账共识后，返回交易结果到客户端。

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