面向区块链吞吐率的网络节点优化部署问题研究

来源 :深圳大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mervin10183
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近年来,随着区块链技术日趋成熟,其在金融服务、资源共享、贸易管理等领域受到了越来越多的关注。但是,当前区块链技术的一个缺陷就是交易吞吐率低,不能很好的支持高并发的应用场景。目前针对该问题的研究主要集中在设计优化区块链网络框架、设计改进共识协议或应用其它新技术等方面。本文将从区块链节点部署的角度提高开源区块链框架Fabric的吞吐率。首先,本文针对Fabric区块链框架中的事务处理流程,提出了通过合理部署网络中的节点来降低各个节点彼此间的通信时延,进而降低事务处理时延,增加网络吞吐率的思路。Fabric中,事务由若干不同节点按一定顺序进行处理,优化节点部署能降低事务处理时延。从系统的角度来看,优化所有事务的时延,就能提高系统吞吐率。前期调研尚未发现采用这一思路的研究工作。其次,为准确刻画区块链的耗时机制,本文建立了Fabric区块链网络中常见事务的耗时模型。Fabric查询时应用程序节点连接到记账节点读取并返回即可,更新则需要经过背书节点背书、排序节点排序打包、记账节点验证存储等步骤。本文建立了查询事务、更新事务和查询-更新事务的耗时模型,并在涉及更新账本的耗时模型中考虑了两种不同的共识协议:Raft和PBFT。最后,本文基于上述耗时模型搭建了优化求解框架。优化的节点部署方案采用数学规划优化器Gurobi求解,并与随机产生的部署方案进行对比。测试数据根据真实区块链网络特性生成。实验结果表明,不论是查询事务、更新事务,或者是查询-更新混合事务,基于所提耗时模型求解的优化部署方案的时延明显小于随机方案。具体来讲,查询事务平均可降低28%,更新事务平均可降低27%,混合事务平均可降低36%。本文的研究虽然针对Fabric区块链框架,但通过优化节点部署来增加吞吐率这一方法可以推广到其它区块链框架中,且可以和其它优化方法叠加使用,进一步提升吞吐率。
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