降低跨分片交易回滚概率的多轮验证方法

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lanxoceco2003
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因比特币表现出的稳定性和可靠性,具有去中心化、防篡改等技术特性的区块链技术被揭示,并立即得到高度重视。区块链本质上是一个分布式账本,类似分布式数据库,但又有根本区别:去中心化的运行模式。随着区块链应用从数字货币、溯源等迅速扩展到各个领域,已有技术支撑的早期区块链技术方案的容量局限性问题越来越明显,区块链核心技术亟待创新与突破,特别是以公链吞吐量大幅提升和时延降低为代表。现有的扩容技术中,分片技术被认为是最有效的并行验证解决方案,预期可以大幅提升区块链的验证处理能力,同时也带来了新的问题,分片模式中必然存在跨分片交易,跨分片交易的高效处理,成为新的难题。与分布式数据库系统的集中协调模式有别,区块链分片方案中,其跨分片交易由多个分片各自处理。在分片内采用确定型实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)类共识机制的分片系统中,当跨分片交易涉及的任一分片内的拜占庭节点比例超过1/3时,分配到该分片的交易验证就失效,为保证分片间数据的一致性,涉及多个分片的整个跨分片交易,都需要等待到超时,再进行回滚。此种情形下的回滚对系统的性能负面影响较大,是有必要降低的,而且这种回滚也是有可能避免或减少的。本文采用降低节点提前串通作恶概率的随机分配算法对节点进行随机分配。在此基础上,根据“分而治之”的思想,提出了一种容许一笔跨分片交易进行多轮验证的策略:当某个分片当前轮次验证失效时,不立即回滚,而是重新分配验证节点在下一轮次继续验证,让交易在有限的轮次内得到延迟确认,从而降低跨分片交易的回滚概率,使系统的总体吞吐能力得到保障。本文在实验室模拟环境下,对跨分片交易的多轮验证方法的改进效果进行了验证。首先对本文方案的平均轮数进行了模拟实验,然后从交易验证率、交易吞吐量两个方面对本文方案和Omniledger方案进行对比实验。实验结果表明,本文提出的多轮验证方法能够降低跨分片交易的回滚概率,通过交易验证延迟确认,换得系统的总体吞吐能力的保障。
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