基于Fisco-Bcos平台的区块链系统性能精确分析模型

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023013

电信科学 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (1): 79-91.doi: 10.11959/j.issn.1000-0801.2023013

基于Fisco-Bcos平台的区块链系统性能精确分析模型

许鸣睿¹, 姚玉才², 朱晓荣¹

¹ 南京邮电大学，江苏南京 210003
² 南京深业智能化系统工程有限公司，江苏南京 210018

修回日期:2022-12-29 出版日期:2023-01-20 发布日期:2023-01-01
作者简介:许鸣睿（1998- ），男，南京邮电大学硕士生，主要研究方向为区块链和联邦学习等
姚玉才（1975- ），男，南京深业智能化系统工程有限公司副总裁、正高级工程师，主要研究方向为物联网、智慧社区、智慧园区建设等
朱晓荣（1977- ），女，南京邮电大学通信与信息工程学院教授、博士生导师，主要研究方向为5G/6G通信系统、物联网、区块链等关键技术及系统
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(92067101);江苏省高校“青蓝工程”和江苏省重点研发计划项目(BE2021013-3)

A Fisco-Bcos platform based accurate performance analysis model of blockchain system

Mingrui XU¹, Yucai YAO², Xiaorong ZHU¹

¹ Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China
² Nanjing Shenye Intelligentization System Engineering Co., Ltd., Nanjing 210018, China

Revised:2022-12-29 Online:2023-01-20 Published:2023-01-01
Supported by:
The National Natural Science Foundation of China(92067101);Program to Cultivate Middle-aged and Young Science Leaders of Universities of Jiangsu Province and Key Research and Development Plan of Jiangsu Province(BE2021013-3)

摘要/Abstract

摘要：

为了解决区块链系统实际部署面临的性能难以估计、所需的硬件设施性能难以确定等问题，建立了不同网络结构下基于模型和数据融合的区块链网络吞吐量精确表达模型。通过分析实用拜占庭容错（practical Byzantine fault tolerance，PBFT）算法区块链系统的交易流程，综合考虑网络拓扑结构、采用的共识算法、节点的通信方式等状况，基于大量实际数据建立了Fisco-Bcos区块链平台的交易吞吐量（transaction per second， TPS）精确表达模型。实际的区块链系统测试结果表明，本文建立的 TPS 预测模型可以在不同的网络结构下保持较高的预测精确度。

关键词: 区块链, 异构网络, 无线通信, TPS模型

Abstract:

In order to solve the problems such as difficult to estimate the performance of blockchain system and determine the requirement of hardware facilities, an accurate model of blockchain TPS based on model and data was established under different network structures.Considering the network architecture, the consensus algorithm, the communication of nodes and other elements, the precise model of TPS was established based on the blockchain transaction model of Fisco-Bcos platform and a large amount of actual data fitting.Through the TPS test of the actual blockchain system, the results show that the prediction TPS model established can maintain high prediction accuracy under different network architecture.

Key words: blockchain, heterogeneous network, wireless communication, TPS model

中图分类号:

TN915.81

许鸣睿, 姚玉才, 朱晓荣. 基于Fisco-Bcos平台的区块链系统性能精确分析模型[J]. 电信科学, 2023, 39(1): 79-91.

Mingrui XU, Yucai YAO, Xiaorong ZHU. A Fisco-Bcos platform based accurate performance analysis model of blockchain system[J]. Telecommunications Science, 2023, 39(1): 79-91.

图/表 17

图1

表1

表2

图2

图3

图4

图5

图6

图7

表3

表4

图8

图9

图10

图11

图12

图13

参考文献 14

[1]	巫细波, 杨再高 . 智慧城市理念与未来城市发展[J]. 城市发展研究, 2010,17(11): 56-60,40.
	WU X B , YANG Z G . The concept of smart city and future city development[J]. Urban Studies, 2010,17(11): 56-60,40.
[2]	邵奇峰, 金澈清, 张召 ,等. 区块链技术:架构及进展[J]. 计算机学报, 2018,41(5): 969-988.
	SHAO Q F , JIN C Q , ZHANG Z ,et al. Blockchain:architecture and research progress[J]. Chinese Journal of Computers, 2018,41(5): 969-988.
[3]	代玥玥, 张科, 张彦 . 区块链赋能 6G[J]. 物联网学报, 2020,4(1): 111-120.
	DAI Y Y , ZHANG K , ZHANG Y . Blockchain empowered 6G[J]. Chinese Journal on Internet of Things, 2020,4(1): 111-120.
[4]	ABDELLA J , TARI Z , ANWAR A ,et al. An architecture and performance evaluation of blockchain-based peer-to-peer energy trading[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2021,12(4): 3364-3378.
[5]	JIANG T G , FANG H , WANG H G . Blockchain-based Internet of vehicles:distributed network architecture and performance analysis[J]. IEEE Internet of Things Journal, 2019,6(3): 4640-4649.
[6]	SUN Y , ZHANG L , FENG G ,et al. Blockchain-enabled wireless Internet of Things:performance analysis and optimal communication node deployment[J]. IEEE Internet of Things Journal, 2019,6(3): 5791-5802.
[7]	HUANG D Y , MA X L , ZHANG S L . Performance analysis of the raft consensus algorithm for private blockchains[J]. IEEE Transactions on Systems,Man,and Cybernetics:Systems, 2020,50(1): 172-181.
[8]	ALRUBEI S M , BALL E A , RIGELSFORD J M ,et al. Latency and performance analyses of real-world wireless IoT-blockchain application[J]. IEEE Sensors Journal, 2020,20(13): 7372-7383.
[9]	KOKORIS-KOGIAS E , JOVANOVIC P , GASSER L ,et al. OmniLedger:a secure,scale-out,decentralized ledger[J]. IACR Cryptology ePrint Archive, 2017:406.
[10]	HU M , SHEN T , MEN J B ,et al. CRSM:an effective blockchain consensus resource slicing model for real-time distributed energy trading[J]. IEEE Access, 2020(8): 206876-206887.
[11]	ERD?S P , RéNYI A , . On the evolution of random graphs[J]. Publication of the Mathematical Institute of the Hungarian Academy of Sciences, 1960(5): 17-61.
[12]	WU Y Q , SONG P X , WANG F X . Hybrid consensus algorithm optimization:a mathematical method based on POS and PBFT and its application in blockchain[J]. Mathematical Problems in Engineering, 2020:7270624.
[13]	杨春燕, 宾冬梅, 黎新 . 基于 PBFT 区块链技术的电网企业仓储系统[J]. 电信科学, 2021,37(2): 144-153.
	YANG C Y , BIN D M , LI X . Storage system of power grid enterprise based on PBFT blockchain technology[J]. Telecommunications Science, 2021,37(2): 144-153.
[14]	刘应, 范洪博, 马首群 ,等. 基于区块链的生鲜奶供应链可信追溯系统方案[J]. 电信科学, 2021,37(5): 148-159.
	LIU Y , FAN H B , MA S Q ,et al. Blockchain based trusted traceability system scheme for raw milk supply chain[J]. Telecommunications Science, 2021,37(5): 148-159.

参数	含义	参数	含义
S_tx	每条交易的大小	S_blockhead	每个区块区块头的大小
C	每个节点的最大传输能力（上行与下行的上限）	T_blockdone	完成区块内所有交易的时间
N	区块链系统包含的节点总数量	T_blockcheck	区块验证的时间
T_txbuild	每条交易构建的时间	T_tx	每条交易执行的时间
T_txsend	每条交易从客户端发送到区块链节点的时间	S_result	区块执行结果的大小
T_txcheck	每条交易在区块链节点进行验签的时间	T_resultsend	区块执行结果发送的时间
T_blockpk	每个区块打包的时间	T_consensus	交易共识时间
T_blocksend	每个区块发送的时间	T_blocksave	交易及执行结果写入硬盘的时间
n	每个区块包含的交易数量

分组内容	大小	含义
type	enum	指明交易类型
nonce	u256	发送方提供的随机数，交易唯一性标识
receiveAddress	h160	交易接收方地址
gasPrice	u256	本次交易的gas的单价
gas	u256	本次交易允许最多消耗gas数量
data	vector< byte >	与交易相关的数据，大小与调用的智能合约有关
chainId	u256	记录本次交易所属的链信息
groupId	u256	记录本次交易所属的群组
extraData	vector< byte >	预留字段，若无需求则为空
vrs	SignatureStruct	交易发送方对交易7字段RLP编码后的哈希值签名生成的数据
hashWith	h256	交易结构所有字段（含签名信息）RLP编码后的哈希值
sender	h160	交易发送方地址
blockLimit	u256	交易生命周期，该交易最晚被处理的块高
importTime	u256	进入交易池的UNIX时间戳
rpcCallback	function	交易出块后RPC回调

硬件名称	主要参数
计算机CPU	I7 6 700四核八线程，主频为3.4 GHz
计算机内存	DDR3 16 GB 1 600 MHz
计算机网卡	Intel(R) Ethernet Connection (2) I219-V
	（1 000 Mbit/s）
虚拟机CPU	三核三线程（虚拟）
虚拟机内存	DDR3 4 GB 1 600 MHz（虚拟）
虚拟机网卡	虚拟网卡
路由器	Newifi D2 （1 000 Mbit/s）

软件名称	软件用途/版本
Ubuntu	Linux操作系统，版本20.04
Fisco-Bcos	区块链平台，版本2.8.0
Docker	Docker容器，版本20.10.8
Docker-Compose	Docker容器管理工具，版本1.25.4
Iperf3	带宽测试工具，版本2.0.13
wondershaper	Linux系统下带宽限制工具
Caliper	区块链性能测试工具，版本0.2.0

[1]	丁青锋, 王松. 高铁场景下联合天线与IOS单元选择的分布式IOS-SM传输方案[J]. 电信科学, 2023, 39(4): 31-42.
[2]	蒋跃宇, 承昊新, 王康, 戴文骏, 刘笑宇. PLC-RF无线传输网络中的能效最优设计方法[J]. 电信科学, 2023, 39(4): 111-119.
[3]	丁雨, 李晨凯, 韩会梅, 卢为党, 任元红, 高原, 曹江. 基于5G无人机通信的多智能体异构网络选择方法[J]. 电信科学, 2022, 38(8): 28-36.
[4]	罗洪斌, 张珊, 王志远. 异构网络融合共生的需求、挑战与架构[J]. 电信科学, 2022, 38(6): 18-30.
[5]	戴亚盛, 马柏林, 乐光学. 复杂气象环境海上无线通信信道衰落估计模型[J]. 电信科学, 2022, 38(3): 158-171.
[6]	李攀攀, 谢正霞, 乐光学, 刘鑫. 基于深度学习的无线通信接收方法研究进展与趋势[J]. 电信科学, 2022, 38(2): 1-17.
[7]	宁岩, 张蕾, 陆肖元. 基于5G边缘云的港口统一通信方案研究与实践[J]. 电信科学, 2022, 38(11): 123-135.
[8]	吴晓文, 焦侦丰, 凌翔, 刘冰, 朱立东, 韩磊. 面向6G的卫星通信网络架构展望[J]. 电信科学, 2021, 37(7): 1-14.
[9]	李楠楠, 韩瑜, 高宁, 金石. 基于幅度和相位联合分区的无线物理层密钥生成方法[J]. 电信科学, 2021, 37(5): 100-112.
[10]	刘应, 范洪博, 马首群, 高志伟, 刘锦江. 基于区块链的生鲜奶供应链可信追溯系统方案[J]. 电信科学, 2021, 37(5): 148-159.
[11]	刘志勇, 何忠江, 阮宜龙, 单俊峰, 张超. 大数据安全特征与运营实践[J]. 电信科学, 2021, 37(5): 160-169.
[12]	王双星, 罗劲瑭, 帅莉莎, 张佳敏, 张敏, 阳小龙. 基于区块链的云数据匿名确定性删除方法[J]. 电信科学, 2021, 37(3): 90-104.
[13]	杨春燕, 宾冬梅, 黎新. 基于PBFT区块链技术的电网企业仓储系统[J]. 电信科学, 2021, 37(2): 144-153.
[14]	谢高畅, 卢华, 唐琴琴, 朱涵, 梁成昊, 文雯, 谢人超. 区块链在轨道交通边缘计算网络中的应用[J]. 电信科学, 2021, 37(10): 117-125.
[15]	李舒婷,刘金科,陈娜. 基于区块链技术的计费清结算平台的设计与研究[J]. 电信科学, 2020, 36(9): 84-93.

基于Fisco-Bcos平台的区块链系统性能精确分析模型

A Fisco-Bcos platform based accurate performance analysis model of blockchain system

在线阅读

PDF下载

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 17

参考文献 14

相关文章 15

Metrics

推荐阅读 0