智能合约作为部署在区块链上的一种代码脚本,能够在被事务调用时自动为用户完成预定的业务或计算。但伴随着区块链的应用场景变得多样而复杂,智能合约正变得越来越复杂,智能合约中所包含的计算量也出现了大幅上升。据统计,以太坊上已经出现了计算耗时超过20秒的智能合约。因此,计算密集型合约事务被用来指代此类验证过程需要消耗大量计算资源的智能合约的调用事务。如何实现区块链对计算密集型合约事务的快速验证,成为区块链突破性能瓶颈,实现多场景落地的重要研究。在众多已有研究中,使用并行执行的策略,缩短事务执行用时,已被证明是提高区块链吞吐性能的有效手段。然而,这些方案大多针对简单事务提出,并没有考虑计算密集型合约事务的特殊需求。导致现有简单事务并行方案向计算密集型合约事务的迁移使用缺乏理论指导,阻碍了计算密集型合约事务并行策略的发展。另外,区块链对计算密集型合约事务的并行能力支持有限。一方面,智能合约多核适配能力差,在被多核并行执行时存在重放结果不确定的问题。另一方面,计算密集型合约事务尚缺乏一种具备良好链上链下数据一致性的链下并行方案。为此,论文在以下方面做出了努力。1.针对现有并行方案无法良好的应用于计算密集型合约事务这一问题,论文提出了面向计算密集型合约事务的并行策略分类方法。论文通过分析典型的计算密集型合约案例,提出计算密集型合约的并行策略存在多核适配以及计算抑制两种特殊需求,进一步分类探讨了现有并行技术向计算密集型合约事务迁移应用的可能。2.针对智能合约多核并行执行时存在的重放不确定性问题,论文提出了支持重放确定性的并行编程合约,提供了一种能够允许一个合约事务同时在多个计算核心上执行的智能合约模型,以提高计算密集型合约事务的执行效率。同时,该模型能够解决并行任务中存在的资源无序竞争问题,保证并行结果的重放确定性。3.针对计算密集型合约事务链下并行方案存在的链上链下数据不一致问题,论文提出了一种新的链上挑战型链下计算协议。该协议能够允许计算密集型事务不必在共识过程中被重复计算,而事务结果仍然能够获得正确共识,计算过程也具备了分组并行的特性。该模型解决了之前同类模型存在的链上链下数据短期不一致的问题,在大幅提升区块链吞吐的同时,能够有效减少无效交易。链上挑战协议中同样包含了相应的激励模型以及资源超前交付策略,进一步保障了链上挑战协议的可靠性及可用性。