本發(fā)明涉及一種智能合約技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及區(qū)塊鏈上智能合約執(zhí)行與存儲(chǔ)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

合約是現(xiàn)實(shí)社會(huì)中經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的基礎(chǔ)，它是兩方面或幾方面在共同協(xié)作時(shí)，為了確定各自的權(quán)利和義務(wù)而訂立的共同遵守的條文。合約規(guī)定了交易的標(biāo)的、內(nèi)容、時(shí)間和執(zhí)行約定等，并具有法律保障，雙方或多方在信任或者不信任的狀態(tài)下履行合約承諾，有法可依、有據(jù)可尋。合約通過(guò)規(guī)范承諾與執(zhí)行合約過(guò)程，從而保證交易活動(dòng)的有序進(jìn)行。當(dāng)前，人類社會(huì)正在向數(shù)字社會(huì)發(fā)展，虛擬經(jīng)濟(jì)是數(shù)字社會(huì)的重要活動(dòng)，一個(gè)巨大挑戰(zhàn)就是將現(xiàn)實(shí)中人們經(jīng)濟(jì)活動(dòng)轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)虛擬世界上。智能合約的概念在1994年由nickszabo首次提出。智能合約是能夠自動(dòng)執(zhí)行合約條款的可計(jì)算交易協(xié)議程序代碼，它與區(qū)塊鏈(blockchain)技術(shù)的結(jié)合，形成了誠(chéng)信網(wǎng)絡(luò)上價(jià)值轉(zhuǎn)移的數(shù)字合約或代碼即合約(codeasacontract)，正成為人們?cè)谔摂M世界中維持安全數(shù)字關(guān)系的重要手段，是未來(lái)數(shù)字社會(huì)的基礎(chǔ)協(xié)議，因此智能合約的相關(guān)研究是具有重要意義的。

智能合約理論幾乎與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(worldwideweb)同時(shí)出現(xiàn)，但應(yīng)用實(shí)踐卻一直嚴(yán)重地落后于理論，缺乏將這個(gè)理念轉(zhuǎn)變現(xiàn)實(shí)的清晰路徑。主要面臨兩個(gè)方面問(wèn)題，一是智能合約沒(méi)有有效的手段來(lái)控制實(shí)物資產(chǎn)，保證合約的執(zhí)行，正如售貨機(jī)通過(guò)將商品保存在內(nèi)部控制財(cái)產(chǎn)所有權(quán)，可是計(jì)算機(jī)程序很難控制現(xiàn)金、股份等現(xiàn)實(shí)世界中的資產(chǎn)；二是單個(gè)計(jì)算機(jī)很難保證執(zhí)行這些條款以獲得合約方的信任，合約方需要可靠的解釋和執(zhí)行代碼的可信環(huán)境，它無(wú)法親自檢查有問(wèn)題的計(jì)算機(jī)，也無(wú)法直接觀察與驗(yàn)證其他合約方的執(zhí)行動(dòng)作，只有讓第三方審核各方合約執(zhí)行的記錄。而區(qū)塊鏈技術(shù)的出現(xiàn)解決了這些問(wèn)題，奠定了智能合約應(yīng)用的基礎(chǔ)，同時(shí)，智能合約也擴(kuò)大了區(qū)塊鏈的應(yīng)用范圍。區(qū)塊鏈為完全數(shù)字化資產(chǎn)的記錄和轉(zhuǎn)移奠定了基礎(chǔ)，通過(guò)完全數(shù)字化的資產(chǎn)，區(qū)塊鏈給計(jì)算機(jī)代碼提供直接控制資產(chǎn)的方法，使得智能合約具有執(zhí)行力。在區(qū)塊鏈上，資產(chǎn)的控制就是控制資產(chǎn)對(duì)應(yīng)的密鑰權(quán)限，而不是任何實(shí)物。區(qū)塊鏈?zhǔn)褂?jì)算系統(tǒng)成為受信任系統(tǒng)，它已經(jīng)不僅限于數(shù)據(jù)庫(kù)的功能，同時(shí)還是可以執(zhí)行代碼和記錄數(shù)字資產(chǎn)所有權(quán)的分布式計(jì)算機(jī)，數(shù)字資產(chǎn)所有權(quán)就可以被上傳和存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈中，并根據(jù)指令執(zhí)行，一旦區(qū)塊鏈記錄了合約代碼，合約方就可以確定合約不會(huì)被更改。2015年以太坊(ethereum)把區(qū)塊鏈技術(shù)和智能合約理論結(jié)合，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了可編程的合約語(yǔ)言與可執(zhí)行的基礎(chǔ)設(shè)施，開(kāi)創(chuàng)了基于區(qū)塊鏈上智能合約的巨大應(yīng)用場(chǎng)景。在ethereum中，智能合約是存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上的腳本，通過(guò)區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)以分布式的形式執(zhí)行，相當(dāng)于商業(yè)交易、監(jiān)督管理過(guò)程中法律、法規(guī)的執(zhí)行者。區(qū)塊鏈以按序、安全、可驗(yàn)證的方式保證合約的執(zhí)行。相比目前復(fù)雜的涉及用戶、汽車經(jīng)銷商和銀行的貸款行為和手續(xù)，智能合約是能夠自動(dòng)執(zhí)行合約條款的計(jì)算機(jī)程序，它能夠完善現(xiàn)有的商業(yè)模式，更重要的是他們可能顛覆現(xiàn)有的商業(yè)模式，也大大減少了第三方中介的費(fèi)用。

但是現(xiàn)有的基于區(qū)塊鏈的智能合約技術(shù)還處于一個(gè)初級(jí)階段，尚有很多問(wèn)題還沒(méi)有解決，如執(zhí)行效率低下，ethereum雖然改進(jìn)了比特幣的公有鏈算法，但也需要15秒/塊，這還無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求；智能合約作為區(qū)塊鏈的鏈上代碼執(zhí)行的安全問(wèn)題；以及智能合約代碼與文本的一致性問(wèn)題等。目前基于區(qū)塊鏈的智能合約的設(shè)計(jì)與技術(shù)仍有進(jìn)一步研究和改進(jìn)的空間，有必要進(jìn)一步研究基于區(qū)塊鏈的智能合約技術(shù)。

區(qū)塊鏈與智能合約的結(jié)合對(duì)區(qū)塊鏈納入交易的速度與智能合約的可擴(kuò)展性都會(huì)產(chǎn)生影響。當(dāng)前ethereum的智能合約執(zhí)行模型降低了區(qū)塊鏈納入交易的速度。

智能合約就是一段經(jīng)過(guò)協(xié)商的代碼，它的執(zhí)行應(yīng)該是分布式的、可觀察和可驗(yàn)證的，代碼被部署在分享的、復(fù)制的賬本上，它可以維持自己的狀態(tài)、控制自己的資產(chǎn)(狀態(tài)、資產(chǎn)與代碼一樣，被存儲(chǔ)在賬本上)，還能夠?qū)邮盏降耐饨缧畔⑦M(jìn)行回應(yīng)。把智能合約放在區(qū)塊鏈上執(zhí)行就是利用區(qū)塊鏈本身自帶的一致性算法來(lái)保證合約執(zhí)行結(jié)果的一致性。

圖1是智能合約與區(qū)塊鏈結(jié)合的原理性示意圖，其中，區(qū)塊鏈?zhǔn)前踩姆植际綌?shù)據(jù)庫(kù)，智能合約通過(guò)協(xié)議與用戶界面促使合約的執(zhí)行具有一致性、可觀察性、可驗(yàn)證性、自強(qiáng)制性和接入控制。代碼/程序以文本形式存儲(chǔ)在不同的節(jié)點(diǎn)上，給代碼/程序添加斷點(diǎn)，并對(duì)斷點(diǎn)的程序狀態(tài)進(jìn)行一致性驗(yàn)證，只能通過(guò)消息改變程序的信息空間，合約及其狀態(tài)記錄在區(qū)塊鏈中，合約狀態(tài)的改變智能通過(guò)消息去觸發(fā)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種私有區(qū)塊鏈的智能合約異步執(zhí)行存儲(chǔ)系統(tǒng)與實(shí)現(xiàn)方法。

首先，提供一種私有區(qū)塊鏈的智能合約異步執(zhí)行存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括：私有區(qū)塊鏈的執(zhí)行狀態(tài)機(jī)、交易處理器執(zhí)行狀態(tài)機(jī)，能夠支持scam(smartcontractasynchronousmodel，即智能合約異步執(zhí)行模型)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)模塊。

優(yōu)選的，采用執(zhí)行狀態(tài)機(jī)mnode表示scam中私有區(qū)塊鏈的執(zhí)行狀態(tài)機(jī)，是一個(gè)五元組(qnode,∑mode,δnode,snode,fnode)，qnode是私有區(qū)塊鏈中節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)集合，∑mode是輸入(事件)的集合，δnode是轉(zhuǎn)換函數(shù)的集合，snode是初始狀態(tài)，fnode是終止?fàn)顟B(tài)的集合并且fnode＝{1}。

優(yōu)選的，采用執(zhí)行狀態(tài)機(jī)mexecutor表示scam中交易處理器執(zhí)行狀態(tài)機(jī)，是一個(gè)五元組(qexecutor,∑executor,δexecutor,sexecutor,fexecutor)，qexecutor是交易處理器狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)集合如表4。∑executor是輸入(事件)的集合。δexecutor是轉(zhuǎn)換函數(shù)的集合。sexecutor是初始狀態(tài)值，fexecutor終止?fàn)顟B(tài)的集合在這里fexecutor＝{sexecutor}。

優(yōu)選的，所述能夠支持scam的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)模塊包括關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)以及kv(key-value)數(shù)據(jù)庫(kù)，所述關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)區(qū)塊鏈，所述kv數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)狀態(tài)樹(shù)的節(jié)點(diǎn)，并且為了支持協(xié)議，kv中設(shè)置多個(gè)變量。

優(yōu)選的，所述關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)采用區(qū)塊頭部表與交易數(shù)據(jù)表兩個(gè)表存儲(chǔ)的形式，其中區(qū)塊頭部表以區(qū)塊哈希為主鍵，而交易數(shù)據(jù)表以交易哈希為主鍵，同時(shí)在存儲(chǔ)交易的時(shí)候，增加一個(gè)字段用于存儲(chǔ)交易所在的區(qū)塊哈希。

優(yōu)選的，所述kv中設(shè)置的多個(gè)變量包括：1)“state_root”，表示最新處理交易的狀態(tài)樹(shù)根；2)“state_height”，表示最新處理交易所在區(qū)塊的高度；3)“state_tx”，表示最新處理交易所在區(qū)塊的序號(hào)；4)“state_latest”，表示交易處理器最新處理的高度；5)“block:itran:j”，表示記錄區(qū)塊高度為i，交易序號(hào)為j的交易處理成功后的狀態(tài)根與結(jié)果；6)“blocktrans:*”，表示區(qū)塊*的交易的key值；7)“用戶編號(hào)”，表示對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)用戶信息；8)“計(jì)算節(jié)點(diǎn)”，記錄區(qū)塊鏈計(jì)算節(jié)點(diǎn)的地址列表，作為一個(gè)多方共同維護(hù)的合約賬戶，當(dāng)有計(jì)算節(jié)點(diǎn)需要更新的時(shí)候，必須經(jīng)過(guò)大多數(shù)管理節(jié)點(diǎn)的同意，才能更新，這樣保證了更新的同步性；9)“第三方編號(hào)”，用于給監(jiān)管方分配權(quán)限；10)“合約編號(hào)”，存儲(chǔ)合約的信息，包括代碼、合約狀態(tài)；11)“名稱注冊(cè)”，用于給合約注冊(cè)名稱，便于查詢。

優(yōu)選的，所述交易處理器執(zhí)行模塊以服務(wù)組合形式提供合約服務(wù)，分為執(zhí)行器executor與計(jì)算器compute，執(zhí)行器executor用于與節(jié)點(diǎn)通信，計(jì)算器compute用于計(jì)算交易，為了安全考慮合約代碼執(zhí)行部分會(huì)放到docker執(zhí)行，計(jì)算器compute的服務(wù)在docker中啟動(dòng)，計(jì)算器compute負(fù)責(zé)執(zhí)行合約代碼，并返回計(jì)算結(jié)果給執(zhí)行器executor，在docker執(zhí)行以保證合約執(zhí)行不會(huì)給節(jié)點(diǎn)帶來(lái)危險(xiǎn)。

本發(fā)明還提供了一種私有區(qū)塊鏈的智能合約異步執(zhí)行存儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括步驟：

1)首先，在firsttimesetup進(jìn)入建立私有區(qū)塊鏈執(zhí)行模塊；

2)在啟動(dòng)的同時(shí)，采用onmessage監(jiān)聽(tīng)消息，所述監(jiān)聽(tīng)消息包括：接收新區(qū)塊newblock消息、區(qū)塊投票vote消息、區(qū)塊存儲(chǔ)recblock消息和區(qū)塊請(qǐng)求missingblock消息；

3)當(dāng)接收到新的區(qū)塊就進(jìn)入receivenewblock函數(shù)，對(duì)區(qū)塊進(jìn)行處理，先判斷區(qū)塊的來(lái)源與有效性然后在對(duì)有效區(qū)塊進(jìn)行投票；

4)投票消息進(jìn)入recblockvotedmg函數(shù)，當(dāng)區(qū)塊的贊成票或反對(duì)票超過(guò)一定數(shù)量，則根據(jù)結(jié)果存儲(chǔ)區(qū)塊；

5)區(qū)塊請(qǐng)求消息進(jìn)入recblockrequestdmg函數(shù)，節(jié)點(diǎn)將其他節(jié)點(diǎn)需要的區(qū)塊放入消息中發(fā)送出去；

6)區(qū)塊存儲(chǔ)消息進(jìn)入recblocksdmg函數(shù)，節(jié)點(diǎn)會(huì)將區(qū)塊存儲(chǔ)到賬本中，同時(shí)交易處理器計(jì)算交易。

優(yōu)選的，執(zhí)行器executor每次初始化的時(shí)候，都會(huì)先從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取狀態(tài)值，繼續(xù)上次結(jié)束后的工作，所述狀態(tài)值包括：”state_root”、”state_height”、”state_tx”、”result_root”、”state_latest”、”block:*tran:*”、”blocktrans:*”、”cache”和”resultcache”，并且每次計(jì)算完交易后，都會(huì)更新這些值，在運(yùn)行狀態(tài)過(guò)程中，執(zhí)行器execuotr不斷將未處理交易發(fā)送給計(jì)算器computor進(jìn)行處理。

優(yōu)選的，所述交易處理器執(zhí)行模塊的服務(wù)是通過(guò)使用grpc實(shí)現(xiàn)，所述grpc允許用戶定義一個(gè)服務(wù)，指定其可以被遠(yuǎn)程調(diào)用的方法及其參數(shù)和返回類型。

采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，提高了智能合約的執(zhí)行效率，智能合約作為區(qū)塊鏈的鏈上代碼執(zhí)行的安全性進(jìn)一步提高并且智能合約代碼與文本的一致性問(wèn)題得以解決。

根據(jù)下文結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)更加明了本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。

附圖說(shuō)明

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

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的智能合約與區(qū)塊鏈結(jié)合的原理性示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于區(qū)塊鏈的智能合約scam模型示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的scam中私有區(qū)塊鏈執(zhí)行方法流程圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的私有區(qū)塊鏈執(zhí)行狀態(tài)機(jī)示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的交易處理器執(zhí)行狀態(tài)機(jī)示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于區(qū)塊鏈的智能合約狀態(tài)存儲(chǔ)模型示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的私有區(qū)塊鏈智能合約異步執(zhí)行存儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法模塊圖。

具體實(shí)施方式

ethereum是首個(gè)把分布式虛擬機(jī)與區(qū)塊鏈相結(jié)合的系統(tǒng)，私有區(qū)塊鏈上智能合約異步執(zhí)行模型的設(shè)計(jì)來(lái)源于ethereum中智能合約設(shè)計(jì)。ethereum的區(qū)塊鏈不僅存儲(chǔ)了交易，還存儲(chǔ)了最新賬戶狀態(tài)信息，賬戶分為兩種：一種是合約賬戶，其中合約賬戶才有相應(yīng)的代碼、一種是外部賬戶，這種帳戶沒(méi)有代碼。每個(gè)賬戶都有相應(yīng)的地址，包含：nonce(賬戶里的nonce相當(dāng)于是該賬戶所做的交易數(shù)，賬戶的nonce記為)、balance(賬戶余額，記為)、合約代碼(合約賬戶才有，記為)和存儲(chǔ)(記為)。合約代碼存儲(chǔ)在合約賬戶中，合約是需要交易觸發(fā)執(zhí)行的，交易中填寫合約賬戶的地址，這樣計(jì)算節(jié)點(diǎn)接收到交易后就會(huì)去查詢對(duì)應(yīng)的代碼，加上交易中的data信息作為輸入來(lái)執(zhí)行合約。交易包含以下元素：nonce(交易里的nonce相當(dāng)于是交易被處理的標(biāo)志，記為)、gasprice(由于ethereum是公有鏈，需要通過(guò)收取計(jì)算費(fèi)用來(lái)保護(hù)不被攻擊，記為)、gaslimit(計(jì)算費(fèi)用的上限，記為)和to(交易的接收方，記為)、value(金額，記為)，以及v，r，s用于簽名驗(yàn)證。

ethereum先計(jì)算新區(qū)塊中的所有交易后，將狀態(tài)根放入?yún)^(qū)塊的頭部，計(jì)算好區(qū)塊頭部后，再將新的區(qū)塊廣播出去，導(dǎo)致合約的計(jì)算時(shí)間包含在了區(qū)塊的制作時(shí)間中，所以ethereum的速度很慢，不僅如此，公有鏈存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)回滾的可能性，所以很難做到區(qū)塊計(jì)算與交易計(jì)算的分離。私有鏈的區(qū)塊具有即時(shí)終結(jié)性，提供了區(qū)塊計(jì)算與交易計(jì)算分離的可能性，

下面給出本實(shí)施例中私有區(qū)塊鏈上智能合約異步執(zhí)行方法的概述。

智能合約異步執(zhí)行就是在不影響合約狀態(tài)一致性的前提下，將合約的計(jì)算從區(qū)塊的計(jì)算抽取出來(lái)?；镜乃悸罚核接墟湹膮^(qū)塊具有即時(shí)性，就是與ethereum不同，ethereum由于自身的一致性的原因，可能有狀態(tài)回滾的可能，而私有鏈中被驗(yàn)證過(guò)的區(qū)塊是不會(huì)被回滾的，所以，可以讓區(qū)塊鏈將所有來(lái)源正確的交易都放入?yún)^(qū)塊鏈中，交易可以異步處理，處理的結(jié)果也存放在結(jié)果樹(shù)中，然后將結(jié)果樹(shù)的根放入?yún)^(qū)塊的頭部，區(qū)塊在做共識(shí)的時(shí)候，只對(duì)當(dāng)前的已經(jīng)被處理過(guò)的交易進(jìn)行一致性檢查。交易由交易處理器執(zhí)行，交易處理器從區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)中取出未被處理的交易并執(zhí)行。

圖2是基于區(qū)塊鏈的智能合約異步執(zhí)行模型(smartcontractasynchronousmodel，scam)，區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將來(lái)源正確的交易鏈入鏈中，使得交易的順序固化，然后交易處理器按區(qū)塊鏈中交易的順序逐個(gè)處理交易，每次做區(qū)塊的時(shí)候都是對(duì)最新處理交易的狀態(tài)做一致性同步。最新?tīng)顟B(tài)由三個(gè)變量表示，state_height表示已被處理交易所在區(qū)塊高度、state_tx表示已被處理交易序號(hào)、state_root表示最新?tīng)顟B(tài)樹(shù)的根)。

圖3顯示了scam中私有區(qū)塊鏈的執(zhí)行過(guò)程，區(qū)塊鏈在做塊的時(shí)候負(fù)責(zé)將交易固定在鏈中不處理交易，只驗(yàn)證交易的來(lái)源是否正確，但會(huì)對(duì)最新處理的交易狀態(tài)進(jìn)行共識(shí)。后面交易處理器負(fù)責(zé)將區(qū)塊鏈中的交易處理，并在計(jì)算新區(qū)塊的時(shí)候提供最新?tīng)顟B(tài)值，即state_height，state_tx和state_root這三個(gè)變量，在驗(yàn)證區(qū)塊的時(shí)候檢查這三個(gè)變量的值。

交易會(huì)廣播給所有的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)通過(guò)compute_right(tx,height,time_interval)計(jì)算是否有權(quán)限計(jì)算新的區(qū)塊，有權(quán)限的節(jié)點(diǎn)計(jì)算新區(qū)塊，這時(shí)節(jié)點(diǎn)需要通過(guò)state＝querystate()向交易處理器詢問(wèn)最新?tīng)顟B(tài)，計(jì)算好新的區(qū)塊后廣播給其他的計(jì)算節(jié)點(diǎn)。計(jì)算節(jié)點(diǎn)接收到新區(qū)塊后，需要交易處理器驗(yàn)證狀態(tài)是否正確，區(qū)塊驗(yàn)證通過(guò)，則廣播贊成票，否則發(fā)送反對(duì)票。當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到的區(qū)塊的贊成票或反對(duì)票數(shù)量超過(guò)節(jié)點(diǎn)數(shù)的1/3，則進(jìn)行同步計(jì)算，并存儲(chǔ)區(qū)塊。智能合約異步執(zhí)行模型(scam)中私有區(qū)塊鏈執(zhí)行系統(tǒng)包括：私有區(qū)塊鏈狀態(tài)執(zhí)行狀態(tài)機(jī)、交易處理器執(zhí)行狀態(tài)機(jī)，能夠支持scam的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)模塊以及智能合約模塊。

下面分別對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分進(jìn)行說(shuō)明：

1)scam中私有區(qū)塊鏈的執(zhí)行狀態(tài)機(jī)

執(zhí)行狀態(tài)機(jī)mnode表示scam中私有區(qū)塊鏈的執(zhí)行狀態(tài)機(jī)，是一個(gè)五元組(qnode,∑mode,δnode,snode,fnode)，qnode是私有區(qū)塊鏈中節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)集合，如表1所示?！苖ode是輸入(事件)的集合，δnode是轉(zhuǎn)換函數(shù)的集合。snode是初始狀態(tài)，fnode是終止?fàn)顟B(tài)的集合并且fnode＝{1}。

表1

私有區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)執(zhí)行狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)如表2。

表2

私有區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)執(zhí)行狀態(tài)機(jī)∑mode的定義如表3。

表3

綜合表1-3，狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換示意圖如圖4所示。

從私有區(qū)塊鏈執(zhí)行過(guò)程看出，交易處理器必須滿足的四個(gè)接口是querystate、verifystate、newblock和computestate。

2)scam中交易處理器執(zhí)行狀態(tài)機(jī)

執(zhí)行狀態(tài)機(jī)mexecutor表示scam中交易處理器執(zhí)行狀態(tài)機(jī)，是一個(gè)五元組(qexecutor,∑executor,δexecutor,sexecutor,fexecutor)，qexecutor是交易處理器狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)集合如表4。∑executor是輸入(事件)的集合。δexecutor是轉(zhuǎn)換函數(shù)的集合。sexecutor是初始狀態(tài)值，fexecutor終止?fàn)顟B(tài)的集合并且fexecutor＝{sexecutor}。。

表4

當(dāng)沒(méi)有未處理交易的時(shí)候，交易處理器一直處于等待監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，不同的消息會(huì)觸發(fā)不同的行為，δexecutor定義如表5所示。

表5

∑executor定義的事件如表6所示。

表6

綜合表4-6，我們可以得到如圖5的狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換圖。

3)能夠支持scam的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)模塊

根據(jù)私有區(qū)塊鏈與智能合約的存儲(chǔ)要求與特點(diǎn)獲得能夠支持scam的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)模塊。私有區(qū)塊鏈的存儲(chǔ)有一個(gè)特點(diǎn)就是區(qū)塊一旦存儲(chǔ)了就不需要改動(dòng)，所以可以將區(qū)塊鏈存儲(chǔ)在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中，存為兩個(gè)表，區(qū)塊頭部表與交易數(shù)據(jù)表，其中區(qū)塊頭部表以區(qū)塊哈希為主鍵，而交易數(shù)據(jù)表以交易哈希為主鍵，同時(shí)在存儲(chǔ)交易的時(shí)候，增加一個(gè)字段用于存儲(chǔ)交易所在的區(qū)塊哈希。

智能合約全局狀態(tài)的存儲(chǔ)特點(diǎn)是更新多，而且異步執(zhí)行需要很多臨時(shí)存儲(chǔ)的地方，所以以key-value的形式存儲(chǔ)是十分合適的，這里采用kv數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)狀態(tài)樹(shù)的節(jié)點(diǎn)。

圖6表示基于區(qū)塊鏈的智能合約狀態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊，為了支持異步執(zhí)行協(xié)議，kv中需要以下幾個(gè)變量：

1)“state_root”，最新處理交易的狀態(tài)樹(shù)根；

2)“state_height”，最新處理交易所在區(qū)塊的高度；

3)“state_tx”，最新處理交易所在區(qū)塊的序號(hào)；

4)“state_latest”，交易處理器最新處理的高度；

5)“block:itran:j”，記錄區(qū)塊高度為i，交易序號(hào)為j的交易處理成功后的狀態(tài)根與結(jié)果；

6)“blocktrans:*”，區(qū)塊*的交易的key值；

7)“用戶編號(hào)”，對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)用戶信息；

8)“計(jì)算節(jié)點(diǎn)”，記錄區(qū)塊鏈計(jì)算節(jié)點(diǎn)的地址列表，這是一個(gè)多方共同維護(hù)的合約賬戶，當(dāng)有計(jì)算節(jié)點(diǎn)需要更新的時(shí)候，必須經(jīng)過(guò)大多數(shù)管理節(jié)點(diǎn)的同意，才能更新，這樣保證了更新的同步性；

9)“第三方編號(hào)”，用于給監(jiān)管方分配權(quán)限；

10)“合約編號(hào)”，存儲(chǔ)合約的信息，包括代碼、合約狀態(tài)；

11)“名稱注冊(cè)”，用于給合約注冊(cè)名稱，便于查詢。

圖7表示一種私有區(qū)塊鏈的智能合約異步執(zhí)行存儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法模塊圖。首先，程序入口在firsttimesetup，在啟動(dòng)的同時(shí)，還有onmessage用于監(jiān)聽(tīng)消息(接收新區(qū)塊newblock消息、區(qū)塊投票vote消息、區(qū)塊存儲(chǔ)recblock消息和區(qū)塊請(qǐng)求missingblock消息)。當(dāng)接收到新的區(qū)塊就會(huì)進(jìn)入receivenewblock函數(shù)，對(duì)區(qū)塊進(jìn)行處理，先判斷區(qū)塊的來(lái)源與有效性然后在對(duì)有效區(qū)塊進(jìn)行投票；投票消息會(huì)進(jìn)入recblockvotedmg函數(shù)，當(dāng)區(qū)塊的贊成票或反對(duì)票超過(guò)一定數(shù)量，則根據(jù)結(jié)果存儲(chǔ)區(qū)塊；區(qū)塊請(qǐng)求消息會(huì)進(jìn)入recblockrequestdmg函數(shù)，節(jié)點(diǎn)將其他節(jié)點(diǎn)需要的區(qū)塊放入消息中發(fā)送出去；區(qū)塊存儲(chǔ)消息會(huì)進(jìn)入recblocksdmg函數(shù)，節(jié)點(diǎn)會(huì)將區(qū)塊存儲(chǔ)到賬本中，并同時(shí)交易處理器去計(jì)算交易。

交易處理器每次初始化的時(shí)候，都會(huì)先從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取狀態(tài)值，繼續(xù)上次結(jié)束后的工作：”state_root”、”state_height”、”state_tx”、”result_root”、”state_latest”、”block:*tran:*”、”blocktrans:*”、”cache”和”resultcache”。且每次計(jì)算完交易后，都會(huì)更新這些值。在運(yùn)行狀態(tài)過(guò)程中，交易處理器不斷計(jì)算未處理交易。

4)智能合約模塊：

以服務(wù)組合形式提供合約服務(wù)，它分為執(zhí)行器executor與計(jì)算器compute，執(zhí)行器executor負(fù)責(zé)與節(jié)點(diǎn)通信，計(jì)算器compute負(fù)責(zé)計(jì)算交易。在這里智能合約模塊服務(wù)是通過(guò)使用grpc實(shí)現(xiàn)(grpc允許我們定義一個(gè)服務(wù)，指定其可以被遠(yuǎn)程調(diào)用的方法及其參數(shù)和返回類型)。executor是交易執(zhí)行器，為了安全考慮合約代碼執(zhí)行部分會(huì)放到docker執(zhí)行，所以還有一個(gè)計(jì)算服務(wù)compute在docker中啟動(dòng)，compute負(fù)責(zé)執(zhí)行合約代碼，并返回計(jì)算結(jié)果給executor，在docker執(zhí)行可以保證合約執(zhí)行不會(huì)給節(jié)點(diǎn)帶來(lái)危險(xiǎn)。executor服務(wù)要提供的全部服務(wù)包括query、verify、newblock和querytrie，定義如表7。

表7

compute只有compute服務(wù)，服務(wù)定義如表8，請(qǐng)求交易包括交易的內(nèi)容，結(jié)果的返回不僅包括結(jié)果的內(nèi)容，還包括狀態(tài)值的變化。

表8

由于是將計(jì)算服務(wù)放在docker中執(zhí)行，所以合約執(zhí)行過(guò)程需要查詢區(qū)塊鏈狀態(tài)并返回結(jié)果，交易處理器接收到結(jié)果的返回，則會(huì)更新?tīng)顟B(tài)。stub表示交易處理器與計(jì)算服務(wù)(docker)的中間，stud對(duì)象包含了計(jì)算服務(wù)與交易處理器之間的行為，合約編寫的時(shí)候可以直接調(diào)用stub的接口，stub定義如表9。

表9

雖然本發(fā)明已經(jīng)參考特定的說(shuō)明性實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是不會(huì)受到這些實(shí)施例的限定而僅僅受到附加權(quán)利要求的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解可以在不偏離本發(fā)明的保護(hù)范圍和精神的情況下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例能夠進(jìn)行改動(dòng)和修改。