[发明专利]一种基于区块链的并发交易处理方法及其应用

权利要求书

1.一种基于区块链的并发交易处理方法，其特征是应用于由区块链、状态数据库S所组成的交易环境中，所述区块链的区块中存储有用户进行商品交易所产生的交易信息，所述状态数据库S中记录有所有数据对象的最新值；所述并发交易处理方法是按如下步骤进行：

步骤1：更新维护状态数据库S为最新值；

步骤1.1、定义状态数据库S＝{s₁,s₂,...,s_i,...,s_I}，其中，s_i表示第i个数据对象a_i的状态信息，I为状态信息的总条数；令第i个数据对象a_i的状态信息s_i是一个三元组其中，表示第i个数据对象a_i的键，表示第i个数据对象a_i的当前最新的版本号，表示第i个数据对象a_i的当前值；

步骤1.2、构建待上链区块的交易信息集合，记为TX＝{tx₁,tx₂,...,tx_p,...,tx_P}，其中，tx_p表示第p条交易信息，P为交易信息的总条数；所述第p条交易信息tx_p包含的操作数据，记为其中，d_q,p表示第p条交易信息tx_p中的第q个操作，Q_p表示第p条交易信息tx_p包含的最大操作数；令所述第p条交易信息tx_p中的第q个操作数据d_q,p包含三元组其中，key_q,p表示第q个操作数据d_q,p访问数据对象的键，表示第q个操作数据d_q,p读取数据对象的版本号，表示第q个操作数据d_q,p写入数据对象的值；

步骤1.3、遍历交易信息集合TX，并对第p条交易信息tx_p构建对应的交易读集其中，是第p条交易tx_p读取的第j个键版本对信息，key_j,p,分别表示第p条交易tx_p读取的第j个数据对象的键和版本号，J是第p条交易tx_p读取操作的总数；

步骤1.4、遍历交易读集RS_p中的键版本对信息，对第j个键版本对信息如果状态数据库S中不存在键为key_j,p的数据对象或者存在键为key_j,p的数据对象对应的版本号小于则更新S中对应条目为其中，表示键为key_j,p，版本号为的数据对象的值；

步骤2：区块数据预处理；

步骤2.1、遍历交易信息集合TX，对第p条交易信息tx_p，构建对应的交易写集其中，是第p条交易tx_p写入的第k个键值对信息，key_k,p,分别表示第p条交易tx_p写入的第k个数据对象的键和值，K是第p条交易tx_p写入操作的总数；

步骤2.2、如果第p条交易信息tx_p的交易写集WS_p为空，则表示第p条交易信息tx_p为读交易，并将第p条交易信息tx_p在区块中的位置前移到第一位；否则，表示第p条交易信息tx_p为写交易，并保持不动；

步骤2.3、遍历交易信息集合TX，如果第p条交易信息tx_p的交易读集RS_p中存在一个键版本对满足小于状态数据库S中键为key_l,p的数据对象对应的版本号，则将相应交易标记出来，且被标记的交易不参与步骤3和步骤4；

步骤3：求解最大可合并交易序列集；

步骤3.1、遍历交易信息集合TX，对第p条交易信息tx_p，构建对应的值增量集ΔV_p＝{＜key_1,p,Δval_1,p＞,＜key_2,p,Δval_2,p＞,...,＜key_e,p,Δval_e,p＞,...,＜key_E,p,Δval_E,p＞}，其中，＜key_e,p,Δval_e,p＞是第p条交易tx_p涉及的第e个数据对象的键和增值，E是第p条交易tx_p涉及的数据对象总数；

步骤3.2、判定交易是否语义合法：

对第p条交易信息tx_p，遍历ΔV_p，并根据式(1)计算键为key_e,p的数据对象a_e的新值val_e,p：

式(1)中，是键为key_e,p的数据对象a_e在状态数据库S中记录的值，如果第p条交易信息tx_p涉及的所有数据对象的新值都大于等于0，则判定第p条交易信息tx_p的语义合法，否则标记第p条交易信息tx_p的语义不合法；

步骤3.3、定义一个数组arr，对第p条交易信息tx_p，令arr[p]表示以tx_p作为最后一条交易信息的最长合法交易序列的长度，初始化arr[p]为0；

步骤3.4、定义最大可合并交易序列集为B；

步骤3.5、记执行第p条交易tx_p后得到的状态数据库为S_p；记除tx_p外任意一条交易为tx_g；记执行第g条交易tx_g后得到的状态数据库为S_g；如果基于状态数据库S_p执行交易tx_g是合法的，则记是安全的；

步骤3.6、基于状态数据库S和交易信息集TX，利用式(2)更新数组arr中的元素arr[p]，从而更新数组arr中的所有元素：

式(2)中，max(·)表示取最大值，∧表示且；

步骤3.6、找到数组arr中的最大值以及其对应的索引t，即arr[t]为数组arr中的最大值，令arr[t]对应的交易序列为最长合法交易子序列L＝(tx′₁,tx′₂,...tx′_i,...,tx′_t)，i∈[1,t]，其中，tx′_i表示交易序列L包含的任意一个交易，交易序列L包含的交易数|L|≤t，且在交易信息集合TX中能找到一个交易tx_k，使得tx′_t＝tx_k，k∈[1,t]；

步骤3.8、将最长合法交易子序列L添加到最大可合并交易序列集B中，并执行L中交易后得到的状态数据库记为S′，并由除L中的交易以外的所有交易构成余下的交易信息集TX′；

步骤3.9、基于状态数据库S′和余下的交易信息集TX′重复步骤3.6～3.8，直至最大可合并交易序列集B不再更新为止，从而得到更新后的最大可合并交易序列集B′；

步骤4：合并交易；

步骤4.1、根据状态数据库S和更新后的最大可合并交易序列集B′，得到新的状态数据库S_B；

步骤4.2、建立一个空的读集RS′和一个空的写集WS′；

步骤4.3、遍历交易信息集TX，将TX中的任意一个交易访问的任意一个数据对象b_h的键及其在状态数据库S中的版本号构成的二元组添加到读集RS′中；

步骤4.4、遍历交易信息集TX，将TX中的任意一个交易访问的任意一个数据对象b_h的键及其在状态数据库S_B中的值构成的二元组添加到写集WS′中；

步骤4.5、由读集RS′，写集WS′与最大可合并交易序列集B′中的交易序列构成处理完成的合并交易。