面向冲突环境的联盟链性能优化研究

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联盟区块链为分布式环境提供了一种安全可信的去中心化服务,但为维持其特征存在性能低下的问题。交易并行作为一种提升性能的方式无法直接用于区块链,否则在交易间存在冲突时会产生不确定性的结果,无法保证正确性。目前联盟链中的交易处理方式主要包括串行执行(Serial)和先并行执行再排序(Byzantine Fault Tolerance based Concurrency-Execute-Order Transaction Execution Concurrency Scheme,BTEC)。BTEC作为一种交易并行处理方式,能够提升系统性能,但其在冲突较多环境下会产生大量的无效交易从而降低系统性能。另外,适用于联盟链的实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)共识具有较高的复杂度,对性能也有一定的限制。为解决BTEC冲突较多环境下性能低下的问题同时降低共识过程的复杂度,使系统在不同冲突环境下均可并行执行交易且产生确定性的结果同时维持较好的性能,本文提出一种基于环形拓扑、依赖图和多版本控制的交易并发方案(Ring Topology,Dependency Graph and Multi-Version Control based Transaction Concurrency Scheme,RDMC)。RDMC采用先排序再并发执行的交易处理方式,包含排序和执行两个阶段。在排序阶段,排序节点采用一种基于环形拓扑的拜占庭容错共识协议(Ring Topology based Byzantine Fault Tolerance,RTBFT)确定块内交易顺序以降低共识过程的复杂度;且其按照交易的读写集构建依赖图并采用多版本并发控制技术,仅保留交易间先写后读的冲突关系,实现了更细粒度的并发;同时,排序节点采用了并行的方式进行块及其依赖图的传输,降低了传输过程的通信开销。在执行阶段,执行节点根据本地维护的块内数据项写操作的不同版本以及依赖图进行块内交易的并发执行与验证,保证执行结果的正确性。实验证明,相比于BTEC以及Serial,RDMC在不同程度的冲突环境中都可以具有较好的交易处理速度。
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