[发明专利]一种面向以太坊区块链的性能测试方法

说明书

本发明是一种面向以太坊区块链的性能测试方法，该方法以以太坊区块链作为研究对象，建立了一套系统的性能测试策略与性能指标体系。首先，我们提出一套性能测试策略。我们以智能合约作为性能测试基准，提出了三类智能合约，用于从存储、共识、EVM的角度测试以太坊性能。通过将智能合约部署到区块链上，模拟大量用户向智能合约发起交易，达到性能测试的目的。第二，我们提出了一套性能指标体系。我们将性能指标分为四个维度：以太坊性能指标、区块链性能指标、分布式系统性能指标、系统资源消耗指标。在进行性能测试的的同时，监控并收集性能指标信息。最终，通过性能测试最终生成一个包含四个维度的性能指标的测试报告，对以太坊性能进行评估。

技术领域

本发明属于计算机技术中的区块链领域，尤其是面向以太坊区块链系统的性能测试领域，用于测试与评估特定配置下以太坊区块链的性能。本发明使用不同类型的智能合约作为测试基准，模拟大量用户发送智能合约交易请求，达到测试以太坊区块链性能的目的。

背景技术

在科技飞速发展的当前，区块链技术因其去中心化的特性而受到人们的广泛关注。2008年，中本聪提出了去中心化的比特币，意味着在无需一个中心化的机构监管下，比特币便可实现自主发行和流通。由于比特币已在无人监管的情况下连续多年实现正常发行和流通，研究人员开始关注其底层技术，并最终从中抽离出核心的区块链技术。区块链是由一个个区块按生成时间逐个链接在一起，最终形成一条由区块首尾相接的链式数据结构。在区块链系统中，所有节点拥有同样的权限，每个节点都可以通过一定方式生成下一个区块，也可以验证其他节点生成的区块。虚拟货币是区块链的一个重要应用场景。然而，区块链的应用场景远不限于此。1995年，Nick Szabo提出了智能合约(Smart Contract)的概念，它是一种信息化的计算机协议，类似人们生活中普遍存在的纸质合约。不同的是，智能合约的条件约束以代码的形式规定，而代码只会按照写明的条件执行，这意味着智能合约无需人来监督执行，从而有效降低了违约的风险。区块链的去中心化、一致性、不可变性等特性使部署在区块链上的智能合约具有无需监管、无法变更、自动运行等特点。因此，将智能合约与区块链结合，可以使区块链技术应用场景更加广泛。

区块链技术的核心是共识协议：在某一节点生成区块后，每一个人根据事先约定的共识协议验证区块有效性，只有验证通过后区块才会被加入到区块链的末尾。区块链的中心化特性显著降低了交易成本，链上数据不可变更的特性有效提升了恶意篡改数据的成本，因此受到了企业界的广泛关注和研究人员的深入探索。然而，正是由于区块链要求每个节点都要验证区块的合法性，导致各个节点之间达成共识的系统资源与时间耗费变得异常巨大，整个区块链系统的性能相比于传统的中心化的分布式系统差距明显。目前最常用的支付方式VISA，可以达到每秒钟40000笔交易与秒级的交易确认，而比特币每秒钟的交易数量仅为7笔，且每一笔交易的确认时间为一小时。同时，比特币使用的工作量证明共识协议还会消耗大量的CPU资源，导致比特币还远远不能满足生活中的需求。因此，区块链的性能是区块链研究者的主要关注点。

以太坊(Ethereum)是第一个有效结合智能合约技术的区块链平台。它为开发者提供了图灵完备的智能合约开发语言Solidity，可以很好的支持智能合约开发。同时，以太坊还提供了以太坊虚拟机EVM(Ethereum Virtual Machine)，用于执行智能合约。为了防止恶意攻击，以太坊虚拟机执行合约的过程直接与金钱挂钩。执行过程中，以太坊会根据执行的操作码的类型收取一部分费用，称为Gas。Gas可以反映智能合约对系统资源的消耗，因此可用于评估以太坊的性能。尽管以太坊的性能要优于比特币，但仍然难以满足实际使用需求。对此，以太坊开发人员也在对以太坊的共识协议进行优化以求提升交易吞吐量，降低交易确认延迟。不同版本的以太坊客户端可能体现出不同的性能。同时，节点数量、硬件配置与运行环境的差异都有可能对以太坊的性能产生影响。因此，为了系统性地评估给定配置下以太坊区块链系统的性能，我们需要依据确定的配置搭建一个以太坊测试链，并模拟真实场景下的交易情况，在此基础上，对该以太坊区块链做实时性能指标监控。因此，我们提出了一种面向以太坊区块链的性能测试方法。