本發(fā)明涉及一種區(qū)塊鏈技術，特別是一種基于階段桶的復雜智能合約狀態(tài)同步方法。

背景技術：

所謂復雜智能合約，就是執(zhí)行時間長，邏輯較復雜的合約，通常具有多個階段。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，智能合約需要部署在所有節(jié)點上，并且智能合約在每次執(zhí)行時也需要系統(tǒng)中所有節(jié)點來同時執(zhí)行，以使得所有的節(jié)點狀態(tài)保持一致。然而，在實際中，區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的各個節(jié)點的環(huán)境可能各有不同，智能合約在各個節(jié)點運行的速度可能各不相同，加之邏輯復雜，智能合約可能會在運行中的任何一個階段改變其所在節(jié)點的狀態(tài)，而現有技術的方案并沒有針對只能合約節(jié)點環(huán)境存在差異情況下的智能合約執(zhí)行方法，因此會產生合約狀態(tài)異步，區(qū)塊鏈系統(tǒng)對于支持復雜智能合約執(zhí)行的能力低的技術缺陷，同時，多個獨立節(jié)點同時執(zhí)行合約時數據一致性，結果統(tǒng)一性，數據的完整性以及數據的隔離性難以保證，數據同步會相互干擾。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于階段桶的復雜智能合約狀態(tài)同步方法，允許執(zhí)行智能合約的各節(jié)點環(huán)境存在差異，并且在執(zhí)行同一個智能合約時的速度存在差異，包括如下步驟：(1)判斷狀態(tài)類型交易，確定需要更新狀態(tài)的賬戶地址；(2)根據狀態(tài)交易的信息生成階段桶，然后為每個階段桶設定一個計時器；(3)統(tǒng)計階段桶內的狀態(tài)信息，并分別統(tǒng)計每類信息的條數；(4)檢查 步驟(3)的結果，確定某階段桶是否已達成一致，如果已達成一致，繼續(xù)執(zhí)行步驟(5)，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟(7)；(5)將狀態(tài)存儲到狀態(tài)區(qū)塊鏈中；(6)標記該階段桶為“已達成一致”，然后刪除該階段桶；(7)檢查階段桶的計時器是否已超時，如果未超時則跳轉執(zhí)行步驟(3)，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟(8)；(8)標記該階段桶為“已超時”，然后刪除該階段桶，此時的階段桶稱為“廢桶”。

優(yōu)選的，步驟(1)的所述交易是從交易區(qū)塊鏈發(fā)來的。

優(yōu)選的，步驟(2)中所述信息包括合約賬戶的地址、該合約賬戶總共被觸發(fā)執(zhí)行的次數以及需要更改的賬戶地址，

優(yōu)選的，步驟(3)所述統(tǒng)計階段桶內的狀態(tài)信息是對階段桶內的來自交易區(qū)塊鏈不同節(jié)點的相同內容信息進行歸類。

優(yōu)選的，步驟(4)所述確定某階段桶是否已達成一致是確定否有超過2/3的合約執(zhí)行節(jié)點擁有相同的狀態(tài)。

優(yōu)選的，步驟(8)所述“廢桶”是由某個階段桶中的意見長期無法達成一致產生的。

優(yōu)選的，廢桶是由于桶內已經收集了所有執(zhí)行合約的節(jié)點的意見，但相同的狀態(tài)信息總數小于總節(jié)點數的2/3而沒有達成一致所產生的。

優(yōu)選的，廢桶是由于執(zhí)行智能合約的個別節(jié)點執(zhí)行速度慢，當它將自己的sTx發(fā)送到狀態(tài)區(qū)塊鏈時，狀態(tài)區(qū)塊鏈已經完成了對該階段的狀態(tài)統(tǒng)計，超過2/3的節(jié)點已經對該階段的狀態(tài)改變達成了一致，并已經銷毀了對應的階段桶而產生的，狀態(tài)區(qū)塊鏈會為該條sTx新建一個階段桶并等待永遠無法完成的狀態(tài)統(tǒng)計。

優(yōu)選的，廢桶是由于某些sTx未能到達狀態(tài)區(qū)塊鏈，或者某些節(jié)點未能成功發(fā)送sTx導致對某階段的狀態(tài)統(tǒng)計達不到執(zhí)行合約總節(jié)點數的2/3以上所產生的。

優(yōu)選的，廢桶產生后，對于該合約的后續(xù)狀態(tài)無論是否一致都不再統(tǒng)計， 記錄本次合約的源賬戶地址和標記了本次執(zhí)行是合約第幾次被激活執(zhí)行的本次的執(zhí)行序號，如果后續(xù)sTx是對同一合約的相同執(zhí)行序號的狀態(tài)信息，則直接丟棄。

優(yōu)選的，執(zhí)行智能合約的個別節(jié)點執(zhí)行速度慢時，對于最近一段時間內已經確認達成一致的階段桶，系統(tǒng)動態(tài)維護一張“狀態(tài)表”，銷毀該階段桶時在表中記錄了桶的標記名，以及銷毀時桶內累計的意見總數，如果隨后的sTx對應標記名與表中記錄的標記名匹配，直接丟棄該sTx并將累計在該標記名的意見總數加1，當一條階段桶緩存記錄上所累積的意見總數達到執(zhí)行合約的所有節(jié)點的節(jié)點點數，即執(zhí)行合約的所有節(jié)點已經執(zhí)行完這個階段，或者該緩存記錄超過了一定時間限制時，將記錄寫入日志，然后在“狀態(tài)表”中清除它。

優(yōu)選的，某些sTx未能到達狀態(tài)區(qū)塊鏈，或者某些節(jié)點未能成功發(fā)送sTx時，系統(tǒng)在每次新建階段桶的時候都會啟動一個計時器，當一個階段桶經過一段時間后還沒有達成狀態(tài)一致時，系統(tǒng)將銷毀階段桶。

本發(fā)明通過在單獨存儲狀態(tài)的區(qū)塊鏈上使用“階段桶”的辦法來保證執(zhí)行智能合約的各節(jié)點狀態(tài)的一致，區(qū)塊鏈系統(tǒng)對于支持復雜智能合約執(zhí)行的能力提高，同時，多個獨立節(jié)點同時執(zhí)行合約時數據一致性，結果統(tǒng)一性，數據的完整性以及數據的隔離性的以保證，數據同步不會相互干擾。

根據下文結合附圖對本發(fā)明具體實施例的詳細描述，本領域技術人員將會更加明了本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點和特征。

附圖說明

后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細描述本發(fā)明的一些具體實施例。附圖中相同的附圖標記標示了相同或類似的部件或部分。本領域技術人員應該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。本發(fā)明的目標及特征考慮到如下結合附圖的描述將更加明顯，附圖中：

圖1是根據本發(fā)明實施例的簡單賬戶結構示意圖；

圖2是根據本發(fā)明實施例的復雜合約賬戶結構示意圖；

圖3是根據本發(fā)明實施例的狀態(tài)同步流程示意圖。

具體實施方式

在進行具體實施方式的說明之前，為了更為清楚的表達所論述的內容，首先說明本發(fā)明所涉及的一些重要概念。

1、賬戶

智能合約附屬于某個賬戶，賬戶的結構描述如下：

(1)激活狀態(tài)：賬戶是否已被激活。0代表未被激活，1代表已激活。如果該字段為0，則賬戶不能發(fā)送交易，并且忽略除激活信息外一切發(fā)送到它的交易信息，直到重新被激活；

(2)創(chuàng)建時間和更新時間：記錄了此賬戶被創(chuàng)建的時間和上一次更新的時間；

(3)合約哈希值：對合約賬戶而言，這個字段記錄了與該賬戶關聯的合約代碼的哈希值，賬戶一旦生成，這個值就不再改變；

(4)nonce：一個整數，記錄從該賬戶地址共發(fā)出了多少交易；

(5)number：記錄有多少交易發(fā)送到了該賬戶地址，記錄了合約被激活執(zhí)行的次數；

(6)賬戶類型：分為兩種類型，1表示普通合約賬戶，2表示復雜合約賬戶；

(7)賬戶地址：一個20位長的字符串，在系統(tǒng)中唯一標識一個賬戶采用的是非對稱加密技術生成的公鑰和私鑰，然后對公鑰進行md5哈希，取最后20個字符作為地址；

(8)賬戶緩存：暫時記錄合約執(zhí)行過程中產生的臨時數據。

對于簡單的合約，完全可以將編譯完成后的二進制數據直接存儲在區(qū)塊鏈上，以提高加載速度。但是對于復雜智能合約，如果將合約執(zhí)行相關的文件直接存儲在區(qū)塊鏈上將可能造成區(qū)塊體積過大，因此復雜合約只在賬戶中保存了 相關文件的地址以節(jié)省空間，真正的文件保存在區(qū)塊鏈外。賬戶的結構如附圖1和圖2所示。

2、交易區(qū)塊鏈和狀態(tài)區(qū)塊鏈

交易區(qū)塊鏈接收來自區(qū)塊鏈系統(tǒng)外部的信息，并將這些信息存儲至區(qū)塊中，智能合約的執(zhí)行在交易區(qū)塊鏈的節(jié)點中完成。

狀態(tài)區(qū)塊鏈專門存儲狀態(tài)信息，維護賬戶信息，它負責智能合約執(zhí)行過程中和執(zhí)行完畢后的狀態(tài)同步及存儲。

3、狀態(tài)型交易

在智能合約執(zhí)行的過程中，每當有狀態(tài)改變的操作時，各執(zhí)行合約節(jié)點都會向專門存儲狀態(tài)的區(qū)塊鏈發(fā)送狀態(tài)型交易(sTx)來進行狀態(tài)同步。sTx的內容如下：

(1)源地址：發(fā)出該狀態(tài)交易的賬戶地址；

(2)源賬戶的公鑰：對這個公鑰進行哈希后取其最后20個字符，應該與源地址相同；

(3)執(zhí)行信息：本次合約的執(zhí)行信息，包括記錄本次是合約的第幾次執(zhí)行；

(4)對象賬戶地址：改變狀態(tài)的賬戶地址；

(5)狀態(tài)信息：狀態(tài)改變信息，與具體的領域有關；

(6)簽名：使用源地址的私鑰對對象賬戶地址、執(zhí)行信息、狀態(tài)信息生成的摘要字段的簽名；

(7)時間戳：交易創(chuàng)建的時間

4、階段桶

智能合約是在交易區(qū)塊鏈的所有節(jié)點同時執(zhí)行，因此執(zhí)行過程中在進行狀態(tài)改變操作時，每個節(jié)點都會產生一條狀態(tài)型交易，為了對各個節(jié)點的狀態(tài)改變結果進行匯總統(tǒng)一，維護狀態(tài)區(qū)塊鏈中的狀態(tài)一致性，系統(tǒng)為智能合約的每個階段設立一個階段桶，每個階段可能有一次或者多次狀態(tài)改變。

復雜類型的智能合約通常擁有較長的執(zhí)行周期，并且具有多個階段，當在 多個獨立的節(jié)點同時部署執(zhí)行時，由于實際中不同節(jié)點的環(huán)境不同，智能合約執(zhí)行的速度存在差別，使得對合約執(zhí)行狀態(tài)的同步變得困難。比如，一個智能合約分為三個階段執(zhí)行，分別為a，b，c，其中每個階段都可能涉及一次或多次的狀態(tài)改變。假設當node(i)的b階段執(zhí)行完畢時，node(i+1)由于某種原因，其a階段剛剛執(zhí)行完畢，那么此時的本地狀態(tài)無法直接同步，而是需要等待node(i+1)的b階段執(zhí)行結束才可以進行，這時使用階段桶從而減少處理等待時間就顯得很有必要性了。

階段桶的實現原理是將階段桶看成是一種結果統(tǒng)計器。狀態(tài)區(qū)塊鏈的每個節(jié)點都會接收到來自交易區(qū)塊鏈所有參與合約執(zhí)行的節(jié)點發(fā)來的狀態(tài)交易。對合約執(zhí)行的每個階段，交易區(qū)塊鏈都會以唯一的標注作為階段桶的名稱(比如以“合約賬戶名+該合約被觸發(fā)的次數[即該賬戶合約執(zhí)行的總次數]+合約執(zhí)行階段的名稱或標號”來命名)。

在首次收到交易區(qū)塊鏈某結點發(fā)來的一個新的階段的狀態(tài)交易時建立階段桶，接下來，每次狀態(tài)區(qū)塊鏈節(jié)點在收到交易區(qū)塊鏈其余節(jié)點關于某階段的狀態(tài)交易時，就放入對應的階段桶。由此可見，階段桶中存放的是來自交易區(qū)塊鏈不同節(jié)點的相同內容信息。當某個階段桶內相同的內容信息數量在規(guī)定的時限內超過交易區(qū)塊鏈節(jié)點總數的2/3時，階段桶的信息內容達成一致，否則認為階段桶的信息內容無法達成一致，即產生了廢桶。

引入階段桶后，解決了在多個節(jié)點同時執(zhí)行合約的狀態(tài)同步問題，提高了區(qū)塊鏈系統(tǒng)對于支持復雜智能合約執(zhí)行的能力。首先，階段桶保證了數據的一致性，使得在多個獨立節(jié)點同時執(zhí)行合約時，可以得到統(tǒng)一的結果。另外，階段桶保證了數據的完整性，由于階段桶的存在，當少數節(jié)點出現故障時并不會影響數據的準確性和可靠性。再次，階段桶保證了數據的隔離性，如前文所述，復雜型合約通常具有較長的實行周期，并且具有多個階段，階段桶使得相同合約的不同階段之間，相同合約在不同執(zhí)行輪次的相同階段之間(系統(tǒng)中可能同時有多個復雜型合約在執(zhí)行，也可能是不同的交易觸發(fā)了相同合約的多次執(zhí)行， 但他們屬于不同的執(zhí)行輪次)，不同合約之間的數據同步不會相互干擾。

5、廢桶

如果某個階段桶中的意見長期無法達成一致，就會產生廢桶。廢桶無法對狀態(tài)同步做出貢獻，應該及時的銷毀以避免浪費資源。產生廢桶的原因可能有多種：

第一，桶內已經收集了所有執(zhí)行合約的節(jié)點的意見，但沒有達成一致，即相同的狀態(tài)信息總數小于總節(jié)點數的2/3；

第二，執(zhí)行智能合約的個別節(jié)點執(zhí)行速度慢，當它將自己的sTx發(fā)送到狀態(tài)區(qū)塊鏈時，狀態(tài)區(qū)塊鏈已經完成了對該階段的狀態(tài)統(tǒng)計，即超過2/3的節(jié)點已經對該階段的狀態(tài)改變達成了一致，并銷毀的對應的階段桶，按照本發(fā)明的策略，狀態(tài)區(qū)塊鏈會為該條sTx新建一個階段桶并等待永遠無法完成的狀態(tài)統(tǒng)計；

第三，由于未知原因，某些sTx未能到達狀態(tài)區(qū)塊鏈，或者某些節(jié)點未能成功發(fā)送sTx導致對某階段的狀態(tài)統(tǒng)計達不到執(zhí)行合約總節(jié)點數的2/3以上。

第一種情況屬于錯誤，這說明執(zhí)行合約的所有節(jié)點在執(zhí)行合約時有總數超過1/3的節(jié)點與其他節(jié)點的狀態(tài)不一致，此時對于該合約的后續(xù)狀態(tài)無論是否一致都不再統(tǒng)計，應該記錄本次合約的源賬戶地址和本次的執(zhí)行序號(標記了本次執(zhí)行是合約第幾次被激活執(zhí)行)，如果后續(xù)sTx是對同一合約的相同執(zhí)行序號的狀態(tài)信息，則直接丟棄。

第二種情況，對于最近一段時間內已經確認達成一致的階段桶，系統(tǒng)動態(tài)維護一張“狀態(tài)表”，銷毀該階段桶時在表中記錄了桶的標記名，以及銷毀時桶內累計的意見總數。如果隨后的sTx對應標記名與表中記錄的標記名匹配，直接丟棄該sTx并將累計在該標記名的意見總數加1。當一條階段桶緩存記錄上所累積的意見總數達到執(zhí)行合約的所有節(jié)點的總節(jié)點數，即執(zhí)行合約的所有節(jié)點已經執(zhí)行完這個階段，或者該緩存記錄超過了一定時間限制時，將記錄寫入日志，然后在“狀態(tài)表”中清除它。

第三種情況，系統(tǒng)在每次新建階段桶的時候都會啟動一個計時器，當一個 階段桶經過一段時間后還沒有達成狀態(tài)一致時，系統(tǒng)將銷毀階段桶。理由是，在正常的情況下，執(zhí)行合約的所有節(jié)點各節(jié)點對同一個合約的執(zhí)行速度不應該相差太大，因此大多數節(jié)點對同一階段的狀態(tài)確認時間間隔不會太久。如果經過很長時間還沒有達成一致，那么很可能這個階段桶以后也無法達成一致。

由于狀態(tài)區(qū)塊鏈并不知道一個具體的合約在執(zhí)行過程中會涉及到多少次的狀態(tài)改變操作，所以按照前文所述，狀態(tài)區(qū)塊鏈會給每個新出現的階段創(chuàng)建一個新的階段桶，并對其進行關于狀態(tài)一致性的意見統(tǒng)計。但如果階段桶內的信息長期無法達成一致(即產生了廢桶)，并且得不到適當的處理就會造成極大的資源浪費，造成系統(tǒng)性能下降，甚至影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此以上的處理機制是必不可少的。

實施例

本具體實施例所涉及的系統(tǒng)有多個節(jié)點，每個節(jié)點都部署相同的智能合約，智能合約作為合約賬戶的一部分而存在，由于區(qū)塊鏈系統(tǒng)各節(jié)點信息需要保持一致，因此系統(tǒng)中各節(jié)點所部署的智能合約均相同。

本具體實施例所涉及的智能合約為復雜類型，通常擁有較長的執(zhí)行周期，具有多個階段，并且可能多次進行狀態(tài)的改變，如果有狀態(tài)改變，則系統(tǒng)在每個階段結束時進行一次狀態(tài)同步。

假設區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的交易區(qū)塊鏈有A，B，C，D四個節(jié)點，狀態(tài)區(qū)塊鏈有E，F，G，H四個節(jié)點，一個智能合約M分為三個階段執(zhí)行，分別為a,b,c，其中每個階段都可能涉及一次或多次的狀態(tài)改變，智能合約在ABCD四個節(jié)點被同時觸發(fā)執(zhí)行。對于ABCD每個節(jié)點，每一個階段執(zhí)行結束，如果此階段涉及到狀態(tài)的改變，則改變后的狀態(tài)需要同步至狀態(tài)區(qū)塊鏈，因此節(jié)點ABCD都需要向狀態(tài)區(qū)塊鏈發(fā)送sTx來進行狀態(tài)同步。

但是在實際中，不同節(jié)點之間不僅運行環(huán)境存在差別，執(zhí)行速度也可能會不一致，即節(jié)點ABCD在執(zhí)行智能合約M時，雖然同時被觸發(fā)執(zhí)行，但不一定 可以每次都同時完成a，b，c三個階段。

假設在智能合約M被觸發(fā)執(zhí)行一段時間后的t1時刻，ABCD四個節(jié)點的執(zhí)行狀態(tài)如下：

A節(jié)點：階段a執(zhí)行完畢，正在執(zhí)行階段b，已經向狀態(tài)區(qū)塊鏈發(fā)送了sTx(a)；

B節(jié)點：正在執(zhí)行階段a，還未向狀態(tài)區(qū)塊鏈發(fā)送狀態(tài)交易信息；

C節(jié)點：階段a，b執(zhí)行完畢，正在執(zhí)行階段c，已經向狀態(tài)區(qū)塊鏈發(fā)送了sTx(a)，sTx(b)；

D節(jié)點：階段a執(zhí)行完畢，正在執(zhí)行階段b，已經向狀態(tài)區(qū)塊鏈發(fā)送了sTx(a)。

狀態(tài)交易以廣播方式發(fā)向狀態(tài)區(qū)塊鏈的每個節(jié)點，因此節(jié)點EFGH均可收到由交易區(qū)塊鏈節(jié)點ABCD發(fā)來的狀態(tài)交易信息。節(jié)點EFGH每個節(jié)點執(zhí)行的操作都相同，以節(jié)點E為例，由于t1時刻接到的不同階段的狀態(tài)信息共有兩類，分別為階段a和階段b，所以共有階段桶2個，t1時刻節(jié)點E的階段桶情況如表1所示：

表1 t1時刻節(jié)點E的階段桶情況

可見t1時刻，合約階段a對應的階段桶中收集的相同意見已經超過了交易區(qū)塊鏈總結點數(本例中是4個節(jié)點)的2/3，已經達成一致，sTx(a)將會被寫入狀態(tài)區(qū)塊鏈，按照本文前述策略，該階段桶將被刪除。

經過一段時間，到達t2時刻后，ABCD四個節(jié)點的執(zhí)行狀態(tài)如下：

A節(jié)點：階段a，b執(zhí)行完畢，正在執(zhí)行階段c，t1時刻后，又向狀態(tài)區(qū)塊鏈發(fā)送了sTx(b)；

B節(jié)點：階段a，b，c執(zhí)行完畢，t1時刻后，又向狀態(tài)區(qū)塊鏈發(fā)送了sTx(a)，sTx(b)，sTx(c)；

C節(jié)點：階段a，b，c執(zhí)行完畢，t1時刻后，又向狀態(tài)區(qū)塊鏈發(fā)送了sTx(c)；

D節(jié)點：階段a，b執(zhí)行完畢，正在執(zhí)行階段c，t1時刻后，又向狀態(tài)區(qū)塊鏈發(fā)送了sTx(b)；

t2時刻節(jié)點E的階段桶情況如表2所示：

表2 t2時刻節(jié)點E階段桶情況

t2時刻，合約階段b對應的階段桶已經集齊了交易區(qū)塊鏈節(jié)點ABCD發(fā)來的狀態(tài)交易，若桶中相同內容的信息數量超過交易區(qū)塊鏈節(jié)點總數的2/3，該桶就會被刪除，sTx(b)則會被寫入狀態(tài)區(qū)塊鏈。合約階段c對應的階段桶還在等待節(jié)點A和D的狀態(tài)交易，如果超過一定時長，狀態(tài)區(qū)塊鏈將不再等待sTx(c)的同步，則sTx(c)將不會被寫入狀態(tài)區(qū)塊鏈，即sTx(c)沒有達成一致。

雖然本發(fā)明已經參考特定的說明性實施例進行了描述，但是不會受到這些實施例的限定而僅僅受到附加權利要求的限定。本領域技術人員應當理解可以在不偏離本發(fā)明的保護范圍和精神的情況下對本發(fā)明的實施例能夠進行改動和修改。