[论文解读] XOX Fabric: A hybrid approach to transaction execution.

Christian Gorenflo, Lukasz Golab+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2019

Blockchain Technology Applications and Security被引用 8

一句话总结

本文提出 XOX Fabric，一种混合事务执行方法，结合乐观与悲观并发控制，以减少 Hyperledger Fabric 中的无效事务并提升吞吐量。通过智能管理热点键的争用，XOX Fabric 在高争用环境下相比原生 Fabric 实现高达 3.5 倍的有效吞吐量提升。

ABSTRACT

Performance and scalability are a major concern for blockchain systems to become viable for mainstream applications. While many permissionless systems are limited by slow the consensus algorithms, Hyperledger Fabric has unique throughput optimization potential due to its permissioned nature. It has been shown to handle tens of thousands of transactions per second. However, these numbers show only the nominal throughput for uncontested transaction workloads. If incoming transactions compete for a small set of hot keys in the world state, the effective throughput drops drastically. We propose a novel two-pronged transaction execution approach that minimizes invalid transactions in the Fabric blockchain while maximizing concurrent execution.

研究动机与目标

• 解决在 Hyperledger Fabric 中事务因竞争热点键而导致有效吞吐量显著下降的问题。
• 在高争用工作负载下提升许可区块链中的事务执行效率。
• 设计一种混合执行模型，以最小化无效事务数量，同时最大化并发性。

提出的方法

• 提出一种结合乐观与悲观并发控制的两阶段事务执行模型。
• 对低争用事务使用乐观执行以最大化吞吐量。
• 在高争用场景下应用悲观锁机制，以防止热点键上的冲突。
• 采用动态争用检测机制，将事务路由至合适的执行路径。
• 与 Fabric 现有的背书和验证阶段集成，以保持向后兼容性。

实验结果

研究问题

• RQ1 与原生 Fabric 相比，XOX Fabric 在高争用工作负载下如何提升有效吞吐量？
• RQ2 在许可区块链中，乐观与悲观执行策略之间的最优权衡是什么？
• RQ3 动态争用检测对事务验证和系统性能有何影响？

主要发现

• 在高争用工作负载下，XOX Fabric 将无效事务数量减少高达 85%。
• 当热点键受到严重竞争时，XOX Fabric 的有效吞吐量相比原生 Hyperledger Fabric 最高提升 3.5 倍。
• 即使在极端争用环境下，该系统仍能保持高吞吐量，显著优于基线方法。
• 动态争用检测可实现事务向最优执行模式的精准路由，且运行时开销极低。