【摘 要】
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区块链在金融、能源、医疗、食品等众多关键领域有着极高的应用价值,然而当前区块链的性能严重限制了其在现实场景中的落地。其中最具代表性的以太坊区块链,其区块处理时延严重受限于状态树引入的海量数据库查询。现有的针对性解决方案多会导致显著的负面效应,如内存、网络带宽等硬件成本的急剧上升,因而难以广泛应用。通过深入分析以太坊工作流与负载,观察到状态树单条分支“一热俱热”的访问规律:绝大多数情况下,热点账户及
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区块链在金融、能源、医疗、食品等众多关键领域有着极高的应用价值,然而当前区块链的性能严重限制了其在现实场景中的落地。其中最具代表性的以太坊区块链,其区块处理时延严重受限于状态树引入的海量数据库查询。现有的针对性解决方案多会导致显著的负面效应,如内存、网络带宽等硬件成本的急剧上升,因而难以广泛应用。通过深入分析以太坊工作流与负载,观察到状态树单条分支“一热俱热”的访问规律:绝大多数情况下,热点账户及其先祖节点具有相近的访问频度并会被同时访问。当访问某个先祖节点时,极大概率是为了访问其下的热点账户。基于该规律,提出一种通过折叠单条热点分支以高效预取热点状态的技术方案,并将其命名为折叠树。在折叠树中,热点账户及其具有相近访问频度的多个高层先祖节点会被识别并保存于一条键值记录中。当访问这些热点账户时,若某个先祖节点需要从数据库获取,则折叠到该节点的一系列子节点被一同加载到内存,达到预取热点账户的目的。针对单条分支上一系列节点的多个数据库查询操作被简化为对热点账户某一先祖节点的单次数据库查询操作,从而缩短区块处理时延。通过以太坊客户端Geth上实现的原型与以太坊真实工作负载,验证了折叠树的有效性与效率。实验结果表明,折叠树能够有效减少区块处理时引入的数据库查询。在典型系统配置下,与原始Geth相比,集成折叠树的Geth将访问账户引入的数据库查询次数减少了13.5%～24.6%,并使得总数据库查询次数减少了10.9%～13.0%。与此同时,减少的数据库查询使得区块处理时延缩短了9.6%～14.5%。
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