一种区块链并行交易的方法、装置及电子系统与流程

本申请涉及网络技术领域，尤其涉及一种区块链并行交易的方法、装置及电子系统。

背景技术

区块链本质上是一个去中心化的数据库，是一连串使用密码学方法产生相关联的数据块，每一个数据块中包含了一段时间内全网交易的信息。比特币(bitcoin，btc)是基于区块链技术的p2p(peertopeer，简称p2p，对等网络或点对点)电子货币，其基于未消费交易输出(unspenttransactionoutput,utxo，tx代表transaction)的账号，交易由utxo组成。因为utxo被消费后即失效，所以交易可以认为是唯一的，具有唯一性，但它无法将同一utxo帐号里资金同时并行发送给两个目标帐号。

保证交易唯一性和提高交易并行性都是区块链网络技术中要解决的关键问题。由于这两个问题存在相关性，在现有的系统中，往往为了防重放攻击，保证交易的唯一性，而放弃交易的并行性。

由此，亟需找到一种区块链中既保证交易唯一性又提供交易并行性的方案，以克服上述问题。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种区块链并行交易的方法、装置及电子系统，用以解决现有技术的为了防重放攻击，保证交易的唯一性而无法进行并行交易的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例采用下述技术方案：

第一方面，提供了一种区块链并行交易的方法，用于至少一个用户发起两个以上的交易，所述两个以上的交易包括第一交易和第二交易，包括：

至少一个用户发起第一交易；

交易生成单元为所述第一交易生成第一交易的唯一标识，所述第一交易的唯一标识包括第一交易随机数和第一交易有效期；

所述交易生成单元将所述第一交易的唯一标识写入第一交易数据中；

所述交易生成单元将所述第一交易数据发送到区块链网络；

交易验证单元从所述区块链网络接收所述第一交易数据，并将在所述第一交易有效期内将所述第一交易随机数缓存到本地；

所述交易验证单元在所述第一交易有效期内验证所述第一交易的唯一性；

在所述交易生成单元将所述第一交易数据发送到所述区块链网络之后，所述方法还包括：

所述至少一个用户发起所述第二交易；

所述交易生成单元为所述第二交易生成第二交易的唯一标识，所述第二交易的唯一标识包括第二交易随机数和第二交易有效期；

所述交易生成单元将所述第二交易的唯一标识写入第二交易数据中；

所述交易生成单元将所述第二交易数据发送到所述区块链网络；

其中，所述交易生成单元对第二交易的操作与所述交易验证单元对第一交易的操作是并行执行的。

可选的，所述交易生成单元根据所述第一交易随机数生成第一哈希值，并查询在第一交易有效期内是否存在与第一哈希值相同的交易哈希值；如果存在，则重新生成一个新的哈希值，如果不存在则将所述第一哈希值作为第一交易的唯一性验证标识；

所述交易生成单元将所述第一哈希值写入所述第一交易数据中。

可选的，在所述交易生成单元将所述第二交易数据发送到所述区块链网络之后，所述方法还包括：

所述交易验证单元从所述区块链网络接收所述第二交易数据，并将在所述第二交易有效期内的所述第二交易随机数缓存到本地；

所述交易验证单元在所述第二交易有效期内验证所述第二交易的唯一性。

在一种可能的实现方式中，所述交易生成单元根据所述第二交易随机数生成第二哈希值，并查询在第二交易有效期内是否存在与第二哈希值相同的交易哈希值；如果存在，则重新生成一个新的哈希值，如果不存在则将所述第二哈希值作为第二交易的唯一性验证标识；

所述交易生成单元将所述第二哈希值写入所述第二交易数据中。

可选的，所述第一交易有效期和/或所述第二交易有效期小于第一阈值。

可选的，所述第一阈值为100。

第二方面，提供了一种区块链并行交易的装置，用于至少一个用户发起两个以上的交易，所述两个以上的交易包括第一交易和第二交易，包括：

交易生成单元，用于在至少一个用户发起第一交易后，为所述第一交易生成第一交易的唯一标识，所述第一交易的唯一标识包括第一交易随机数和第一交易有效期；将所述第一交易的唯一标识写入第一交易数据中；将所述第一交易数据发送到区块链网络；

交易验证单元，用于从所述区块链网络接收所述第一交易数据，并将在所述第一交易有效期内将所述第一交易随机数缓存到本地；以及在所述第一交易有效期内验证所述第一交易的唯一性；

所述交易生成单元，还用于在所述交易生成单元将所述第一交易数据发送到所述区块链网络之后，为所述至少一个用户发起的第二交易生成第二交易的唯一标识，所述第二交易的唯一标识包括第二交易随机数和第二交易有效期；将所述第二交易的唯一标识写入第二交易数据中；以及将所述第二交易数据发送到所述区块链网络；

其中，所述交易生成单元对第二交易的操作与所述交易验证单元对第一交易的操作是并行执行的。

第三方面，本申请提供一种电子系统，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行第一方面所述的方法。

第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面所述的方法。

第五方面，本申请提供一种芯片，所述芯片与存储器相连，用于读取并执行所述存储器中存储的软件程序，以实现第一方面所述的方法。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本申请实施例中提供的技术方案，一方面可以降低交易随机数生成的难度，交易生成单元只需检验所生成的交易随机数在交易有效期内是否唯一便可，如果有重复则重新生成；另一方面可以降低交易验证单元验证交易唯一性的难度，因为超过有效期的交易会被丢弃，并不影响整个系统的交易逻辑。

同时，通过本申请实施例提供的技术方案，区块链用户可以并行发起多笔交易，并且在余额满足的条件下均能执行成功。在保证了每笔交易的唯一性的同时，实现了在区块链系统中交易的并发执行，大大改善了区块链的交易性能。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种区块链并行交易的方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的另一种区块链并行交易的方法的流程图；

图3为本申请实施例提供的一种区块链并行交易的示意图；

图4为本申请实施例提供的一种电子系统的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种区块链并行交易的装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本说明书实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书具体实施例及相应的附图对本说明书实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本说明书实施例保护的范围。

以下结合附图，详细说明本说明书各实施例提供的技术方案。

对于基于状态机的账号模型，用户发送的交易，存在被其他用户获取并重新发送到区块链上的可能，由此会造成交易的多次执行，这种攻击行为称为重放攻击。为了避免重放攻击，需要采取一定的策略。例如，以太坊(ethereum)是一个开源的有智能合约功能的公共区块链平台，其通过提供以太虚拟机(ethereumvirtualmachine,evm)来处理以太坊智能合约。在以太坊中，用户发送的每一笔交易都必须包含一个自增的随机数(nonce)值，交易一旦被确认，该用户的合法nonce值会自增，含有同样nonce的交易则被认为是非法交易，以此来防止重放。

但是对于以太坊的这种设计有一个很大的缺陷，那就是后一笔交易必须等待前一笔交易进交易池才可以，也就是说交易只能顺序处理，这样就限制了交易的并行性。例如，用户m向同一节点发送交易t0之后，只能等待交易t0打包入块并处理完成后，才可以发送在后的交易。即使在后的交易t1与t0没有任何依赖关系，也不可以在t0未处理完成之前并行处理交易t1，否则可能造成交易t0打包入块失败、交易t1成功打包，但是验证nonce值失败的情况的发生。由此可见，以太坊的设计也是以放弃交易并行的代价来保证交易的唯一性的。

鉴于上述问题，本申请实施例提供了一种区块链并行交易的方法、装置及电子系统，既可以保证交易唯一性，又能实现交易并行性，从而提高了区块链交易的性能。

实施例一

图1为本申请实施例提供的一种区块链并行交易的方法的流程图，用于至少一个用户发起两个以上的交易，所述两个以上的交易包括第一交易和第二交易，如图1所示，包括如下步骤：

s101、至少一个用户发起第一交易。

其中，本申请的实施例尤其适合一个用户多笔交易的场景。

s102、交易生成单元为该第一交易生成第一交易随机数，并设置第一交易有效期。

交易生成单元在交易数据中添加了两个数据域，用于存放该第一交易的唯一标识：第一交易随机数和第一交易有效期。其中，交易生成单元生成随机字符串写入第一交易随机数中，采用数据域valid_until_block设置该第一交易有效期。数据域valid_until_block表示当前所发送的这个交易一直延续到哪个块还有效。比如区块链的当前块高度为100,交易a将valid_until_block设置为120,则表示当交易a被发送到区块链网络之后，直到块高度为120前都有效。也就是说，交易a可以被打包到101～120之间的区块当中；如果当块高度已经超过了120,而交易a还没有被区块链网络打包出块，则表示交易a已经被区块链网络抛弃，交易a将永远都不会被认可。由此可以看出，在区块链系统中，采用数据域valid_until_block来设置交易有效期非常方便合理。

s103、交易生成单元根据第一交易随机数生成第一哈希(hash)值，并查询在第一交易有效期内是否存在与第一哈希值相同的交易哈希值；如果存在(事实上，概率非常小)，则重新生成一个新的哈希值，如果不存在则将此哈希值作为第一交易的唯一性验证标识。

s104、交易生成单元将第一交易对应的第一交易随机数与第一交易有效期、第一哈希值等信息写入第一交易数据中。

s105、交易生成单元将该第一交易数据发送到区块链网络。

s106、交易验证单元从区块链网络接收第一交易数据，并将在第一交易有效期内的所述第一交易随机数缓存到本地。

s107、交易验证单元在第一交易有效期内验证第一交易的唯一性。

其中，交易验证单元在第一交易有效期内验证第一交易是否是唯一交易。

当存在两个以上交易时，在步骤s105之后，本申请实施例提供的方法还执行如图2所示的方法步骤：

s201、至少一个用户发起第二交易。

其中，第一交易与第二交易不同。

s202、交易生成单元为该第二交易生成第二交易随机数，并设置第二交易有效期。

与步骤s102相类似的，第二交易随机数和第二交易有效期同样为第二交易的唯一标识。其中，交易生成单元生成随机字符串写入第二交易随机数中，采用数据域valid_until_block设置该第二交易有效期。

可选的，第一交易有效期和/或所述第二交易有效期小于第一阈值。其中第一阈值为系统规定的最大值。在本申请的该实施例中，交易有效期valid_until_block可以是用户设置的，并且valid_until_block要小于系统规定的最大值max_valid_until_block。在一种可能的实现方式中，系统规定的最大值max_valid_until_block设置为100，如果用户设置的valid_until_block大于或等于100，则提示用户设置的valid_until_block不成功。通过设置valid_until_block的阈值，可以避免随机数缓冲池过大影响系统性能，从而提高了区域链系统的整体性能。

s203、交易生成单元根据第二交易随机数生成第二哈希(hash)值，并查询在第二交易有效期内是否存在与第二哈希值相同的交易哈希值；如果存在，则重新生成一个新的哈希值，如果不存在则将该第二哈希值作为第二交易的唯一性验证标识。

s204、交易生成单元将第二交易对应的第二交易随机数、第二交易有效期、第二哈希值等信息写入第二交易数据中。

s205、交易生成单元将该第二交易数据发送到区块链网络。

需要说明的是，步骤s201-s205与步骤s106-s107是并行的，并不需要等待步骤s106-s107完成后再执行，即所述交易生成单元对第二交易的操作与所述交易验证单元对第一交易的操作是并行执行的。同样的，区块链用户可以并行发起多个交易，其都可以参照步骤s101-s105执行相类似的步骤来与交易验证单元并行执行，从而提高了区块链交易的性能。

同时，如图2所示，在步骤s205之后，还执行如下的步骤：

s206、交易验证单元从区块链网络接收第二交易数据，并将在第二交易有效期内的所述第二交易随机数缓存到本地。

s207、交易验证单元在第二交易有效期内验证第二交易的唯一性。

其中，交易验证单元在第二交易有效期内验证第二交易是否是唯一交易。

归纳图1和图2的方法步骤，本申请实施例的提供的方法可以如图3所示。其中，交易验证单元与交易生成单元独立并行执行各自的步骤。交易生成单元用于为每个交易生成各自的唯一标识，其中唯一标识包括每个交易对应的交易随机数和交易有效期，同时交易生成单元将每个交易的唯一标识写入每个交易的交易数据中。交易验证单元用于在每个交易的有效期内验证该交易是否有效。

本申请实施例中提供的方法，一方面可以降低交易随机数生成的难度，交易生成单元只需检验所生成的交易随机数在交易有效期内是否唯一便可，如果有重复则重新生成；另一方面可以降低交易验证单元验证交易唯一性的难度，因为超过有效期的交易会被丢弃，并不影响整个系统的交易逻辑。

同时，通过本申请实施例提供的方法，区块链用户可以并行发起多笔交易，并且在余额满足的条件下均能执行成功。在保证了每笔交易的唯一性的同时，实现了在区块链系统中交易的并发执行，大大改善了区块链的交易性能。

实施例二

下面参照图4详细介绍本说明书实施例的电子系统。请参考图4，在硬件层面，该电子系统包括处理器，可选地还包括内部总线、网络接口、存储器。其中，存储器可能包含内存，例如高速随机存取存储器(random-accessmemory，ram)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少1个磁盘存储器等。当然，该电子系统还可能包括其他业务所需要的硬件。

处理器、网络接口和存储器可以通过内部总线相互连接，该内部总线可以是工业标准体系结构(industrystandardarchitecture，isa)总线、外设部件互连标准(peripheralcomponentinterconnect，pci)总线或扩展工业标准结构(extendedindustrystandardarchitecture，eisa)总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

存储器，用于存放程序。具体地，程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操作指令。存储器可以包括内存和非易失性存储器，并向处理器提供指令和数据。

处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行，在逻辑层面上形成内容推荐装置。处理器，执行存储器所存放的程序，并具体用于执行前文所述服务器作为执行主体时所执行的方法操作。

上述如本说明书实施例图1-图2所示实施例揭示的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、网络处理器(networkprocessor，np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现场可编程门阵列(field－programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本说明书实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本说明书实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

该电子系统还可执行图1-图2的方法，并实现区块链并行交易装置在图1-图2所示实施例的功能，本说明书实施例在此不再赘述。

当然，除了软件实现方式之外，本说明书实施例的电子系统并不排除其他实现方式，比如逻辑器件抑或软硬件结合的方式等等，也就是说以下处理流程的执行主体并不限定于各个逻辑单元，也可以是硬件或逻辑器件。

实施例三

本说明书实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被包括多个应用程序的电子系统执行时，使得所述电子系统执行实施例一所述的方法。在此不再赘述。

其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等。

实施例四

参照图5所示，为本说明书实施例提供的区块链并行交易装置500的结构示意图，该装置主要包括：

交易生成单元501，用于在至少一个用户发起第一交易后，为所述第一交易生成第一交易随机数，设置所述第一交易有效期；将所述第一交易随机数和所述第一交易有效期写入第一交易数据中；将所述第一交易数据发送到区块链网络。

交易验证单元502，用于从所述区块链网络接收所述第一交易数据，并将在所述第一交易有效期内将所述第一交易随机数缓存到本地；以及在所述第一交易有效期内验证所述第一交易的唯一性。

可选的，交易生成单元501，还用于根据所述第一交易随机数生成第一哈希值，并查询在第一交易有效期内是否存在与第一哈希值相同的交易哈希值；如果存在，则重新生成一个新的哈希值，如果不存在则将所述第一哈希值作为第一交易的唯一性验证标识。

可选的，交易生成单元501，还用于将所述第一哈希值写入所述第一交易数据中。

在一种可能的实现方式中，在所述交易生成单元501将所述第一交易数据发送到所述区块链网络，至少一个用户发起第二交易之后，所述交易生成单元501还用于为所述第二交易生成第二交易随机数，并设置所述第二交易有效期；将所述第二交易随机数和所述第二交易有效期写入第二交易数据中；将所述第二交易数据发送到所述区块链网络；其中，所述交易生成单元对第二交易的操作与所述交易验证单元对第一交易的操作是并行执行的。

在一种可能的实现方式中，交易验证单元502，还用于在交易生成单元501将所述第二交易数据发送到所述区块链网络之后，从所述区块链网络接收所述第二交易数据，并将在所述第二交易有效期内的所述第二交易随机数缓存到本地；以及在所述第二交易有效期内验证所述第二交易的唯一性。

可选的，交易生成单元501还用于根据所述第二交易随机数生成第二哈希值，并查询在第二交易有效期内是否存在与第二哈希值相同的交易哈希值；如果存在，则重新生成一个新的哈希值，如果不存在则将所述第二哈希值作为第二交易的唯一性验证标识；以及将所述第二哈希值写入所述第二交易数据中。

在一种可能的实现方式中，所述第一交易有效期和/或所述第二交易有效期小于第一阈值。

可选的，所述第一阈值为100。

本申请实施例中提供的装置，一方面可以降低交易随机数生成的难度，交易生成单元只需检验所生成的交易随机数在交易有效期内是否唯一便可，如果有重复则重新生成；另一方面可以降低交易验证单元验证交易唯一性的难度，因为超过有效期的交易会被丢弃，并不影响整个系统的交易逻辑。

同时，通过本申请实施例提供的装置，区块链用户可以并行发起多笔交易，并且在余额满足的条件下均能执行成功。在保证了每笔交易的唯一性的同时，实现了在区块链系统中交易的并发执行，大大改善了区块链的交易性能。

总之，以上所述仅为本说明书实施例的较佳实施例而已，并非用于限定本说明书实施例的保护范围。凡在本说明书实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的保护范围之内。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitorymedia)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书实施例中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。