[发明专利]一种用于无主链多分片区块链的事务处理系统及方法

说明书

本发明提供一种用于无主链多分片区块链的事务处理系统，包括：客户端，用于创建和管理本地账户集合信息并定期获取本地账户集合的全网最新状态、基于账户间的交易需求生成包含源分片和目的分片信息的事务并发送给事务对应的分片执行；区块链平台，用于处理接收和执行区块链上账户状态改变的事务，其包括多个分片，每个分片包括所有运行相同区块链协议的节点；每个分片基于接收到的事务，改变本分片上对应账户的状态并将事务对应交易打包进新区块以完成事务的执行。本发明改进了区块结构，采用了三阶段处理机制，解决了跨片事务执行顺序不可预测的问题以及区块链的扩展性问题，实现了更小的存储计算开销，减轻节点运营负担，实现了通量提升。

技术领域

本发明涉及区块链领域，具体来说涉及区块链应用扩展领域，更具体地说，涉及一种用于无主链多分片区块链的事务处理系统及方法。

背景技术

区块链作为新兴技术，还有很多问题亟待完善，尤其是区块链协议在应用过程中面临着可扩展性的障碍。以比特币为代表的区块链技术，普遍采用全网统一的共识过程、全网复制共享的全局账本数据，这一设计源于其最初的设计目标只是针对小范围技术社区内的验证和使用需求，区块链协议的简单和健壮性是区块链技术的最初设计前提，并没有考虑向更广范围的、高并发的互联网应用推广。因此区块链全网节点采用“统一的共识过程、事务数据和区块数据在全网进行洪泛式传播、每个共识节点需要验证并存储所有的区块数据”这一简单但健壮的事务处理机制。这些特点成为了最初的区块链技术特征并继承至今，但这一机制并不有利于区块链向大规模、高并发的网络中扩展，造成了区块链事务处理速度远远低于主流的中心化处理系统，例如，现在比特币、以太坊等主流区块链平台每秒处理交易数只有7-8笔，而主流支付平台每秒处理交易数高达10000-50000笔。

造成区块链扩展性障碍的因素主要包括以下两方面：

一方面，现有机制下的区块链节点需要维护全网的账本数据，随着网络规模的扩大，这将对节点的存储能力与运算处理能力带来很大的障碍。例如，具有代表性的比特币区块链以及以太坊区块链数据均已超过200GB，根据Etherscan最新统计，完整运行以太坊全部数据的“存档节点”的数据总量已超2TB，并且在目前的区块链共识协议中，区块链账本数据量会随时间越来越大；与此同时随着参与用户的增加，其所需维护的账户数据也会急剧增多，这对节点的运算能力带来极大的负担，大大提高了系统的准入门槛，并极大程度的降低了系统可扩展性。

另一方面，为保证各节点状态一致性，最大限度的避免分叉冲突情况的发出，其出块间隔设置必须远远大于区块的广播时间，因为只有这样才能保证区块链在上一状态确认之后，各个节点有足够的时间获取全网的最新消息，并对下一状态达成共识。假设一个区块存在1000笔事务，根据统计其平均洪泛广播到全网的时间大约为4-5s，那么每秒最多可以处理的交易数只有200-300笔，而实际环境中出块间隔需要远大于广播时间，例如比特币10分钟，以太坊15秒。随着网络规模的大规模扩大，广播时间会大幅增加，交易处理数也会大幅下降，但与之对应的参与节点会急剧增加，待处理的交易也会急剧上升，造成系统的拥堵甚至瘫痪。

在区块链技术的基础架构和协议框架下，通过优化其协议内置的参数(出块间隔、区块大小)和运行环境参数(挖矿节点的GPU、内存、硬盘、网络带宽)等，其预期的优化效果上限可以预估且无法达到传统中心化技术的通量水平，因此，受制于区块链核心协议的限制，对区块链系统的运行参数进行调整所能预期的效率提升是有限的，区块链核心协议严重制约了区块链技术在高并发、高通量业务场景的应用。例如，普通的信用卡公司可以每秒处理10000笔事务，支付卡VISA每秒处理的事务数量峰值可以到达50000笔，支付宝每秒处理的事务数量峰值可以达到25万笔，并且事务的确认时间只需几秒钟，远高于主流区块链平台