区块链分片方法以及区块链分片系统与流程

本发明涉及区块链，特别是涉及区块链分片方法以及区块链分片系统。

背景技术：

1、随着区块链技术的广泛应用，区块链系统在处理大量并发交易时的性能和可扩展性问题日益凸显。传统的区块链网络因其全节点参与验证机制，在交易处理速度和网络扩展性上面临瓶颈。目前常见区块链系统每秒能处理的交易数量(以下简称tps)普遍偏低，公有链如比特币的平均tps约为7笔/s，以太坊约为16笔/s；联盟链如超级账本下开源全块链框架fabric的平均tps约为400笔/s，国内金链盟的fisco bcos的平均tps约为1200笔/s。在实际应用中，区块链的tps受网络环境、硬件配置、使用场景等的影响较大，并不总能达到各区块链框架声称的效果。与支付宝、微信钱包这些应用相比，tps是衡量区块链技术能否得到有效应用的一个关键限制因素。

2、为了提高区块链的吞吐量，人们往往会将区块链系统分割成若干个较小的单元并行处理，每个单元被称为一个分片。然而，这种并行化处理带来了新的挑战，如何确定操作节点所处的分片成为技术发展的关键因素，传统的解决方案尝试通过地址映射等技术来确定节点所属的处理单元，但无论是采用前缀映射或后缀映射的技术方法，都无法较好地解决节点之间的交互性，还会导致区块链系统中大量的跨分片交易。因此，亟需一种既能保证较低的跨分片交易的比率，又能同时保证分片之间的负载均衡的区块链分片方法及系统。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明提供了区块链分片方法以及区块链分片系统；

2、一方面，提供了一种区块链分片方法，包括：

3、枢纽服务器收集各个工作分片中节点间产生的交易数据；基于所述交易数据，构建交易节点网络g(v,e)，其中，v表示各个工作分片中所有节点，e表示节点之间的连接边，每条边的权重表示相应节点之间交易的数量；

4、枢纽服务器基于所述交易节点网络g(v,e)，根据标签传播算法，计算不同节点之间边的权重的总和；以最小化不同节点之间边的权重的总和为目标，对所有工作分片中的节点进行重新分配，获得优化的分片结果；

5、枢纽服务器将优化的分片结果发送给工作分片，以使工作分片的节点依据收到的优化的分片结果，对自身的节点信息进行更新；对所有工作分片的节点进行重新划分，得到划分结果。

6、另一方面，提供了区块链分片系统，包括：枢纽服务器和工作分片；

7、枢纽服务器收集各个工作分片中节点间产生的交易数据；基于所述交易数据，构建交易节点网络g(v,e)，其中，v表示各个工作分片中所有节点，e表示节点之间的连接边，每条边的权重表示相应节点之间交易的数量；

8、枢纽服务器基于所述交易节点网络g(v,e)，根据标签传播算法，计算不同节点之间边的权重的总和；以最小化不同节点之间边的权重的总和为目标，对所有工作分片中的节点进行重新分配，获得优化的分片结果；

9、枢纽服务器将优化的分片结果发送给工作分片，以使工作分片的节点依据收到的优化的分片结果，对自身的节点信息进行更新；对所有工作分片的节点进行重新划分，得到划分结果。

10、上述技术方案具有如下优点或有益效果：

11、本发明中的枢纽服务器负责调整节点的分片归属，使得频繁进行交易的节点尽可能在同一分片内，实现降低需要在分片间传输的交易数量与减少跨链交易的比例，从而提高系统的总体效率和降低延迟。因此，本发明相比现有技术能够更加高效地处理交易，同时有效减轻网络的压力。

12、本发明中的调控服务器能够实时监控各工作分片的处理能力和当前负载情况，并根据交易负载量对分片进行动态调整。通过将负载较重的分片中的部分节点迁移至负载较轻的分片，并对分片内节点的重新排序以实现分片负载的均衡，从而降低了系统过热的风险，提高了系统的稳定性和吞吐量。

13、本发明设计的区块链分片方法及系统，有效减少了区块链节点的跨分片交易，较好地实现了分片负载的均衡，使得系统能够达到高吞吐量。特别是当区块链系统的交易率激增时，本发明的分片方法仍然能够保持系统较高的吞吐量，更能凸显本发明在在提升区块链网络效率方面的优势。

技术特征：

1.一种区块链分片方法，其特征是，包括：

2.如权利要求1所述的一种区块链分片方法，其特征是，所述枢纽服务器基于所述交易节点网络g(v，e)，根据标签传播算法，计算不同节点之间边的权重的总和；以最小化不同节点之间边的权重的总和为目标，对所有工作分片中的节点进行重新分配，获得优化的分片结果，包括：

3.如权利要求1所述的一种区块链分片方法，其特征是，枢纽服务器将优化的分片结果发送给工作分片，以使工作分片的节点依据收到的优化的分片结果，对自身的节点信息进行更新；对所有工作分片的节点进行重新划分，得到划分结果，是将标签相同的节点划分到同一个分片当中。

4.如权利要求1所述的一种区块链分片方法，其特征是，所述方法，还包括：

5.如权利要求4所述的一种区块链分片方法，其特征是，所述调控服务器，对各个工作分片的处理能力和当前负载情况进行实时监控，包括：

6.如权利要求1所述的一种区块链分片方法，其特征是，所述方法，还包括：调控服务器依据监控结果，产生相应的记录区块，并对记录区块执行共识确认；所述记录区块，是指：由调控服务器基于监控结果生成的区块；所述记录区块，包括：对工作分片进行优化调整的决策信息；所述记录区块，包括：节点的重新分配结果、分片的负载情况调整以及系统配置更新。

7.如权利要求1所述的一种区块链分片方法，其特征是，所述方法，还包括：工作分片依据记录区块来验证分配结果，一旦验证成功，便根据分配结果重新分片。

8.如权利要求7所述的一种区块链分片方法，其特征是，所述工作分片依据记录区块来验证分配结果，具体包括：

9.如权利要求1所述的一种区块链分片方法，其特征是，所述方法，还包括：所述工作分片产生一个同步区块；工作分片接收新的分片配置信息，利用新的分片配置信息确定加入当前工作分片的新节点；所述工作分片通过同步区块，对新节点的状态信息进行同步更新；所述新的分片配置信息是通过重新配置枢纽服务器与工作分片中的节点信息后获得；

10.区块链分片系统，其特征是，包括：枢纽服务器和工作分片；

技术总结本发明公开了一种区块链分片方法以及区块链分片系统，所述方法，包括：枢纽服务器收集各个工作分片中节点间产生的交易数据；基于所述交易数据，构建交易节点网络，其中，V表示各个工作分片中所有节点，E表示节点之间的连接边，每条边的权重表示相应节点之间交易的数量；枢纽服务器基于所述交易节点网络，根据标签传播算法，计算不同节点之间边的权重的总和；以最小化不同节点之间边的权重的总和为目标，对所有工作分片中的节点进行重新分配，获得优化的分片结果；枢纽服务器将优化的分片结果发送给工作分片，以使工作分片的节点依据收到的优化的分片结果，对自身的节点信息进行更新；对所有工作分片的节点进行重新划分，得到划分结果。技术研发人员：刘祥志,王宇,侯冬冬,满佳政,曹炳阳,许赞受保护的技术使用者：山东省计算中心（国家超级计算济南中心）技术研发日：技术公布日：2024/7/29