[发明专利]一种面向联盟链的状态树上的并行更新方法及更新系统

说明书

本发明公开了一种面向联盟链的状态树上的并行更新方法。本发明通过对每个更新的状态定位到状态树上需要修改的冲突节点，合理给线程分配更新状态和节点的任务，让线程并行地更新状态树节点。本发明还公开了一种实现上述并行更新方法的系统，所述系统包括共识模块、交易执行模块、存储模块。通过这种方法，可以对状态树的更新可以并行执行，从而大大提高的系统吞吐。本发明实现了对状态的无锁并行更新，通过将读操作和写操作解耦，并且巧妙结合使用了区块链批量更新的特点，最大化提升并发性能。

技术领域

本发明属于区块链技术领域，涉及一种状态树上的更新方法，具体涉及一种面向联盟链的状态树上的并行更新方法及更新系统。

背景技术

区块链是一种面向互不可信环境的多方共同维护的分布式账本，具有去中心化、不可篡改、历史数据可追溯等特点。然而传统的区块链为了保证每个副本拥有一致的最终状态，都是对一批交易顺序执行。但这种顺序执行的模式不能很好的利用现代多核处理器的性能，闲置了大量的计算机资源并且带来了极差的性能。

状态的存储主要有一种可验证的数据结构存储，统称为状态树，如MPT、SMT等。该结构除了可以计算摘要外，还可以作为账户状态的索引，并提供完整性证明。此外，状态树通过在每个块上构建全局账户状态的快照来存储账户状态数据的所有版本。但是，由于在状态树上每一个节点的更新，都会导致状态树在提交时根节点到这个更新节点的路径上的所有节点的哈希重新计算，并且需要将所有更新的节点持久化。目前很多对状态树的并行操作都是将一整棵树锁住来更新状态，但是这种方法和串行更新效果基本一致；另一种是设计是在节点粒度上使用锁的机制，但是由于节点和其孩子的上下关系，因此越靠近根节点的节点上的锁的竞争越激烈，这也会影响整体并发性能。

因此，为了提升联盟链的整体性能，有必要提出一种面向联盟链的状态树上的并行更新策略。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种面向联盟链的状态树上的并行更新方法，实现了对状态的无锁并行更新，通过将读操作和写操作解耦，并且巧妙结合使用了区块链批量更新的特点，最大化提升并发性能。

本发明以提高联盟链吞吐率为目标，针对现有技术的缺失，提出一种面向联盟链的状态树上的并行更新方法。在状态树上的并行更新中，本发明通过将读操作和写操作解耦，解析作业之间的冲突关系，并行下沉从根节点开始找到作业间公共更新的节点，将无冲突的作业分到不同的工作线程上执行，无锁地将一个区块中的所有更新的状态并行的更新到状态树上，从而提高区块处理速度，提高系统吞吐量。

本发明提出了一种面向联盟链的状态树上的并行更新方法，所述方法具体包括以下步骤：

步骤1：将需要更新的状态集合S以取模、哈希映射、有序分段划分等分配方式分配给不同的工作线程；

步骤2：将所有的更新状态在状态树上做并行下沉搜索，直到找到冲突节点，并将对应状态附加到冲突节点上；

步骤3：从映射关系中取出冲突节点-更新的状态列表，以取模、哈希映射、有序分段划分等分配方式将冲突节点以及其附加的状态集合重新分配给不同的工作线程，尽量使一个冲突节点由一个工作线程修改，一个工作线程可以修改一个或多个冲突节点；

步骤4：根据工作线程分配的状态和冲突节点信息，并行对状态树的节点进行更新。

其中，

所述步骤1进一步包括以下步骤：

步骤1-1：批量收集所有需要更新的状态集合S、工作线程集合，并初始化计数器；

步骤1-2：将每个更新的状态从集合S中取出，利用取模、哈希映射、有序分段划分等方式得到工作线程的索引，将取出的状态分配给对应的工作线程。

所述步骤2进一步包括以下步骤：