(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111477673.2 (22)申请日 2021.12.0 6 (71)申请人 东北大学 地址 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3 号巷11号 (72)发明人 刘海旭　彭泽顺　徐倩　张岩峰　 李晓华　于戈　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 代理人 李珉 (51)Int.Cl. H04L 41/044(2022.01) H04L 41/0668(2022.01) H04L 41/0823(2022.01) H04L 67/1061(2022.01)H04L 67/1097(2022.01) H04L 67/1396(2022.01) H04L 67/30(2022.01) G06Q 40/04(2012.01) H04L 9/40(2022.01) (54)发明名称 一种基于无冲突事务合并的联盟区块链系 统 (57)摘要 本发明提供一种基于无冲突事务合并的联 盟区块链系统， 涉及区块链技术领域。 该系统是 由多个全节点和多个Epoch服务器组成的区块链 网络； Epoch服务器只负责为全节点提供Epoch号 服务， Epoch服务器之间通过共识来增加Epoch 号， 系统其他功能都由全节点完成； 每个全节点 都存储完整的区块链副本； 该系统具体包括持久 层、 逻辑层、 网络层和应用层； 持久层用于状态数 据存储、 无冲突事务数据存储以及区块数据存储 的持久层； 逻辑层包括交易分割方法、 事务确定 性排序方法、 无冲突事务处理方法以及系统运行 所必须的功能模块； 网络层包 括P2P网络配置、 全 节点间的数据传输以及心跳机制； 应用层包括一 个客户端程序， 并支持开发各种应用程序。 权利要求书2页 说明书8页 附图5页 CN 114157550 A 2022.03.08 CN 114157550 A 1.一种基于无冲突事务合并的联盟区块链系统， 其特征在于： 为包括多个全节点和多 个Epoch服务器的区块链 网络； Epoch服务器只负责为全节点提供Epoch号服务， Epoch服务 器之间通过共识 来增加Epoch号， 系统其他功能都由全节 点完成； 每个全节 点都存储完整的 区块链副本； 一个联盟的组织内有一个或多个全节点， 同时为了安全性， 每个组织提供一台 机器去作为Epoc h服务器参与Epoc h共识。 2.根据权利要求1所述的一种基于无冲突事务合并的联盟区块链系统， 其特征在于： 所 述系统包括持久层、 逻辑层、 网络层和应用层； 所述持久层用于状态数据存储以及区块数据存储， 区块数据使用数据库或文件来存 储； 而对于状态数据则需要使用数据库来存储， 因为每个交易的执行都 需要访问状态数据； 对于无冲突事务， 使用无冲突事务的存 储结构进行存 储； 所述逻辑层包括基于Epoch的交易分割方法、 基于哈希函数的事务确定性排序方法， 无 冲突事务处 理方法， 以及系统运行 所必须的功能模块； 所述网络层包括P2P网络配置、 全节点间的数据传输以及心跳机制； P2P网络配置采用 配置文件的方式进行网络配置； 全节点之间的数据传输使用ZeroMQ完成， 全节点之间数据 传输使用的消息格式通过Pr otoBuf来定义； 节 点间的心跳机制用来检测区块链网络内部的 故障节点； 所述应用 层包括一个客户端程序， 并支持开发各种应用程序； 所述客户端程序用于向 全节点发出交易请求， 查询执 行结果、 查询区块数据。 3.根据权利要求2所述的一种基于无冲突事务合并的联盟区块链系统， 其特征在于： 基 于Epoch的交易分割方法具体为： 当系统中全节点收集了由客户端发起的一组事务后， 先验证事务的合法性， 然后它将 生成一个请求并将其 发送到Epoch服务器； 该请求包括这组事务的摘要和组中的事务数量； 每个组都由有序的事务组成； Epoch服务器为该组事务分配Epoch号， 并使用组摘要和Epoch 号生成证明； 因为Epoch服务器之间已经达成了共识， 因此Epoch号分配不需要额外的共识； 每个全节点在一个Epoch号中生 成多个组； 随后， 在完成一个Epoch 之后， 每个全节 点将已签 名的组广播给其他全节点； 其他全节点收集一个Epoch期间内的所有组， 然后将通一个 Epoch号的所有事务划分到一个区块中。 4.根据权利要求2所述的一种基于无冲突事务合并的联盟区块链系统， 其特征在于： 基 于哈希函数的事务确定性 排序方法具体为： Epoch服务器为一组事务分配Epoc h号之后， 全节点收集同一Epoc h服务器的所有事务； 全节点通过使用哈希函数为每个事务生成TID； 按照TID的大小对区块 内的事务进行排 序； 各全节点使用相同的哈希函数独自生成TID并保证全节点之间的一致性和随机性； 在 基于冲突事务合并的联盟区块链中， 使用客户端id和事务请求签名作为哈希 函数的输入来 创建TID。 5.根据权利要求2所述的一种基于无冲突事务合并的联盟区块链系统， 其特征在于： 所 述无冲突事务处 理方法具体为： 当全节点根据基于Epoch的交易分割方法收集完区块号为n的所有事务， 并根据基于哈 希函数的事务确定性方法排序后， 基于第n ‑1个区块上链后的状态， 并发执行区块n内的所权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114157550 A 2有事务， 生成每个事务的读写集， 对于普通事务按照MVCC并发控制方法验证事务是否冲突， 提交通过验证的事务， 未通过的事务标记为无效； 对于无冲突事务， 调用对应的合并方法提 交全部无冲突事务。 6.根据权利要求2所述的一种基于无冲突事务合并的联盟区块链系统， 其特征在于： 所 述系统运行所必须的功能模块包括默克尔树生 成模块、 区块组装模块、 区块验证模块、 无冲 突事务合并模块和MVC C并发控制模块； 所述默克尔 树生成模块根据一个区块内的所有事务生成一颗默克尔 树， 最后将默克尔 树根存放在区块头 部， 用于验证区块的数据完整性以及每笔事务的正确性； 所述区块组装模块负责将前一个区块的哈希、 默克尔 树根、 时间戳、 事务列表组装到一 个区块中； 所述区块验证模块用于确保当前节点生成的区块与其他非恶意的节点生成的区块相 同； 所述无冲突事务合并模块调用合并方法合并无冲突事务， 合并方法是由应用程序开发 者实现的， 并且每个无冲突事务的合并方法都是不同的， 应用程序开发者需要保证合并方 法的逻辑 正确性； 所述MVCC并发控制模块用于检查非无冲突事务之间是否冲突， 并废弃冲突事务。 7.根据权利要求6所述的一种基于无冲突事务合并的联盟区块链系统， 其特征在于： 所 述系统运行所必须 的功能模块还包括分区聚合模块， 该模块通过分区聚合功 能执行事务； 且分区聚合功能一与配合背 书功能一 起使用。 8.根据权利要求2所述的一种基于无冲突事务合并的联盟区块链系统， 其特征在于： 所 述无冲突事务接口声明了一个合并方法； 合并方法定义了每个无冲突事务的更新规则； 所 述无冲突事务存储结构基于哈希表实现， 每个无冲突事务的数据需要实现无冲突事务接 口； 每个事务数据的存储对象也实现为一个哈希表， 其中， key为string类型的字符串， value为对应事务的实现了无冲突事务接口的对象； 实现了无冲突事务接口的对象直接合 并对应事务的读写集， 完成事务数据更新。 9.根据权利要求3 ‑7任一项权利要求所述的一种基于无冲突事务合并的联盟区块链系 统， 其特征在于： 所述系统还针对系统内部存在拜占庭节点的情况， 设计可行方法并实施保 障系统安全性， 具体为： 第一种情况是恶意的Epoch服务器， 会发送给全节点错误的Epoch号； 解决办法是多个 Epoch服务器基于PBFT共识算法进行共识； 全节点获取多个Epoch服务器提供的Epoch号， 全 节点收到大于1/ 3节点个数的相同Epoc h号时， 表示Epoc h号是正确的； 第二种情况是在启用分区聚合功能下， 恶意的全节点可能会广播错误的执行结果， 导 致正确的节点使用错误的执行结果更新了数据库； 解决办法是分区聚合功能需要配合背书 功能一起使用， 一组交易， 会指 定联盟内的几个组织甚至所有组织一同背书， 当所有背书 结 果相同时， 才能直接使用这组交易的执行结果， 当有一个背书 结果不相同时， 直接在本地执 行这组交易； 第三种情况是恶意的全节点可能会打包不正确的区块并提交上链； 解决办法是每个全 节点在出完区块后， 广播区块的哈希值， 只有当本地计算的区块哈希值与区块链网络中的 大于1/3节点的区块哈希值 一致时才能提交区块。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114157550 A 3