CN108182636A

CN108182636A - 基于贡献的区块链共识机制

Info

Publication number: CN108182636A
Application number: CN201810086660.4A
Authority: CN
Inventors: 杨显波
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2018-06-19

Abstract

本发明提出了一种基于贡献的区块链共识机制，将节点处理交易视为贡献并作为权益的增益，以增益后的权益值作为节点的贡献值，能够激励节点积极维护系统运行，有益系统生态发展；本发明使得处理交易多的活跃节点易于获得记账权，有益于交易的快速验证。

Description

基于贡献的区块链共识机制

技术领域

本发明涉及区块链共识机制技术领域，具体涉及一种基于贡献的区块链共识机制。

背景技术

区块链是一种去中心化的分布式账本系统，账本是由包含若干交易记录的区块通过哈希值链接而成。分布式系统各节点所维护的账本需要保证一致，因此需要一个规则实现系统中节点间的状态复制。状态复制通过在相同状态的基础上执行相同的命令序列来实现，保证数据的一致性。区块链中的命令序列即交易序列，而交易序列存在于区块当中，因此，区块链中各节点实现状态复制即是所有节点对下一个加入链中的区块达成共识的过程，而这种对区块达成共识的算法则称为区块链共识机制。

目前广泛采用的共识机制包括工作量证明(POW)，权益证明(POS)，委托权益证明(DPOS)，重要性证明(POI)，实用拜占庭容错(PBFT)以及授权拜占庭容错(DBFT)等。

其中，1、POW(Proof Of Work)：工作量证明，通过解决数学难题竞争记账权。节点计算能力越强，越有可能最先解决数学难题，从而获得记账权；2、POS(Proof Of Stake)：权益证明，节点通过权益人持有的权益竞争记账权；权益体现为持有代币的份额，持有的代币越多，越有可能获得记账权；3、DPOS(Delegated Proof Of Stake)：委托权益证明，权益人用投票的方式选出一部分节点作为候选记账人，候选记账人节点轮流记账；4、POI(ProofOf Importance)：重要性证明，通过节点持有的权益、交易的数量及金额计算节点的重要性，重要性越高，越有可能获得记账权；5、PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)：实用拜占庭容错，采用许可投票、少数服从多数来选举领导者进行记账，当少于(N-1)/3个节点反对时即可成功记账；6、DBFT(Delegated Byzantine Fault Tolerance)：授权拜占庭容错，权益人用投票的方式选出一部节点作为候选记账人，候选记账人之间通过实用拜占庭容错算法来达成共识。

然而，上述各算法存在如下缺点：POW的显著的缺点是消耗大量的计算资源；POS仅以权益作为竞争记账权的依据有失公正，未考虑账户在整个系统中的行为特征及对系统所做的贡献；POI虽然在考虑权益的同时将账户的重要性考虑在内，但重要性本身仅体现的是对系统的使用而非贡献；PBFT不适合节点动态加入和退出的情况，因此适用性受限；基于委托或授权的DPOS和DBFT建立在选举人积极参与的基础上，而这一前提条件往往不能满足。

记账权意味着可以获得交易费作为回报，因此应将记账权授予积极为系统做出贡献，维持系统良好运行的节点，良好的记账激励机制对公有链尤为重要。目前已有的共识机制均未充分体现这一点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于贡献的区块链共识机制，能够基于某一节点对整个系统的贡献来竞争记账权，激励节点积极维护系统运行，有益系统生态发展。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于贡献的区块链共识机制，获取节点的交易处理节点信息；

客户端访问具有交易处理功能的服务端节点时，获取所述交易处理节点信息，当用户对交易签名时，客户端将处理节点信息作为交易数据的一部分进行签名；

服务端节点接收到具有签名的交易后，对交易进行验证；如果交易中的交易处理节点信息与配置的交易处理节点信息不匹配，则验证失败，拒绝处理该交易；

服务端节点将验证通过的合法交易发送给与其连接的其他节点；

竞争记账权时，通过节点的贡献值作为权益并以POS的方式竞争记账。

优选地，在所述的基于贡献的区块链共识机制中，所述节点贡献值的获得步骤包括：

设定一交易类型集S_p＝{p₁,p₂,p₃,……,p_n}；

设定一用于计算节点贡献的区块范围参数w；

定义计算贡献的区块集S_b：S_b＝{b|height(b)<＝h,height(b)>h-w}，其中，h为当前区块高度；height(b)为区块b的高度；

定义用于计算贡献的交易集S_t：S_t＝{t|t∈b,b∈S_b,type(t)∈S_p}，其中，t∈b表示交易t存在于区块b中；type(t)为交易t的交易类型；

节点N_i贡献的有效交易集S_Ni为：S_Ni＝{t|t∈S_t,processNode(t)＝N_i}，其中，processNode(t)＝N_i表示交易t的处理节点与节点N_i为同一节点；

获得节点N_i的贡献系数φ_Ni：

φ_Ni＝min(γ,α)+sgn(γ-α)·(γ-α)/(1-α)·(β-α)，其中，γ＝|S_Ni|/|S_t|；α>＝0,α<＝1；β>＝0,β<＝1,β>α；α,β为预先设置的起始限制系数和最大限制系数；

节点N_i的贡献值C_Ni计算如下：

其中，v_Ni为节点N_i持有的用于计算权益的有效代币数量；v_total为系统代币总量；[]为向下取整算子。

优选地，在所述的基于贡献的区块链共识机制中，所述交易处理节点信息包括空值。

优选地，在所述的基于贡献的区块链共识机制中，服务端节点对从其他节点接收到的交易进行验证时，对交易中的处理节点信息的合法性进行验证。

优选地，在所述的基于贡献的区块链共识机制中，所述交易处理节点信息包括可识别节点所代表的权益账户。

优选地，在所述的基于贡献的区块链共识机制中，所述权益账户包括账户ID或账户公钥。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：将节点处理交易视为贡献并作为权益的增益，以增益后的权益值作为节点的贡献值，能够激励节点积极维护系统运行，有益系统生态发展；本发明使得处理交易多的活跃节点易于获得记账权，有益于交易的快速验证。

具体实施方式

下面对本发明的基于贡献的区块链共识机制进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

鉴于现有技术中存在的不足，针对现有共识机制未考虑节点对整个系统的贡献，本发明提供一种基于贡献的区块链共识机制(Proof Of Contribution,POC)，使节点通过其对整个系统的贡献来竞争记账权。

在本实施例中，提出了一种基于贡献的区块链共识机制，包括：

获取节点的交易处理节点信息；

其中，所述节点贡献值的获得步骤包括：

设定一交易类型集S_p＝{p₁,p₂,p₃,……,p_n}；

设定一用于计算节点贡献的区块范围参数w；

获得节点N_i的贡献系数φ_Ni：

节点N_i的贡献值C_Ni计算如下：

具体的，所述交易处理节点信息包括空值。所述服务端节点对从其他节点接收到的交易进行验证时，只需要对交易中的处理节点信息的合法性进行验证。所述交易处理节点信息包括可识别节点所代表的权益账户，例如账户ID或账户公钥。

综上，在本实施例提出的基于贡献的区块链共识机制中，将节点处理交易视为贡献并作为权益的增益，以增益后的权益值作为节点的贡献值，能够激励节点积极维护系统运行，有益系统生态发展；本发明使得处理交易多的活跃节点易于获得记账权，有益于交易的快速验证。

下面结合具体实施例作为介绍：

实施例一

若区块链平台代表权益的代币总额1000000000，节点N₁使用的账户A₁持有有效代表权益的代币为10000，设定仅代币交易用于计算贡献。设定当前区块及以前的1440个区块作为计算贡献的区块范围。当前区块高度为3000。从区块高度为1561的区块至当前区块共有代币交易10000笔，其中，100笔交易的处理节点为节点N₁。设定起始限制系数为0.1，最大限制系数为0.3。

由上述条件可知：

S_p＝{代币交易},w＝1440,α＝0.1,β＝0.3,v_total＝1000000000，v₁＝10000；

γ＝|S_N1|/|S_t|＝100/10000＝0.01；

节点N₁的贡献系数φ_N1计算如下：

φ_N1＝min(0.01,0.1)+sgn(0.01-0.1)·(0.01-0.1)/(1-0.1)·(0.3-0.1)＝0.01

节点N₁的贡献值计算如下：

因此，可知，获得N₁的贡献值为0.0000101，在竞争记账权时，可将贡献值作为增益与持有的权益配合以更加公平的进行竞争记账权。

实施例二

若区块链平台代表权益的代币总额1000000000，节点N₁使用的账户A₁持有有效代表权益的代币为10000，设定代币交易及消息用于计算贡献。设定当前区块及以前的1440个区块作为计算贡献的区块范围。当前区块高度为500。从创世区块至当前区块共有代币交易1000笔，其中，200笔交易的处理节点为节点N1。设定起始限制系数为0.1，最大限制系数为0.3。

由上述条件可知：

S_p＝{代币交易，消息},w＝1440,α＝0.1,β＝0.3,v_total＝1000000000，v₁＝10000

γ＝|S_N1|/|S_t|＝200/1000＝0.2；

节点N₁的贡献系数φ_N1计算如下：

φ_N1＝min(0.2,0.1)+sgn(0.2-0.1)·(0.2-0.1)/(1-0.1)·(0.3-0.1)

＝0.1+(0.1/0.9)·0.2

＝0.12222222

节点N₁的贡献值计算如下：

同样的，获得N₁的贡献值为0.000011222，在竞争记账权时，可将贡献值作为增益与持有的权益配合以更加公平的进行竞争记账权。

实施例三

若区块链平台代表权益的代币总额1000000000，节点N₁使用的账户A₁持有有效代表权益的代币为10000，设定仅代币交易用于计算贡献。设定当前区块以前的所有区块作为计算贡献的区块范围。当前区块高度为3000。从创世区块至当前区块共有代币交易10000笔，其中，100笔交易的处理节点为节点N₁。设定起始限制系数为0，最大限制系数为1。

由上述条件可知：

S_p＝{代币交易},w＝h＝3000,α＝0,β＝1,v_total＝1000000000，v1＝10000；

γ＝|S_N1|/|S_t|＝100/10000＝0.01；

节点N₁的贡献系数φ_N1计算如下：

φ_N1＝min(0.01,0)+sgn(0.01-0)·(0.01-0)/(1-0)·(1-0)

＝0.01

节点N₁的贡献值计算如下：

同样的，获得N₁的贡献值为0.0000101，在竞争记账权时，可将贡献值作为增益与持有的权益配合以更加公平的进行竞争记账权。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于贡献的区块链共识机制，其特征在于，包括：

获取节点的交易处理节点信息；

2.如权利要求1所述的基于贡献的区块链共识机制，其特征在于，所述节点贡献值的获得步骤包括：

设定一交易类型集S_p＝{p₁,p₂,p₃,……,p_n}；

设定一用于计算节点贡献的区块范围参数w；

获得节点N_i的贡献系数

其中，γ＝|S_Ni|/|S_t|；α>＝0,α<＝1；β>＝0,β<＝1,β>α；α,β为预先设置的起始限制系数和最大限制系数；

节点N_i的贡献值C_Ni计算如下：

3.如权利要求1所述的基于贡献的区块链共识机制，其特征在于，所述交易处理节点信息包括空值。

4.如权利要求1所述的基于贡献的区块链共识机制，其特征在于，服务端节点对从其他节点接收到的交易进行验证时，对交易中的处理节点信息的合法性进行验证。

5.如权利要求1所述的基于贡献的区块链共识机制，其特征在于，所述交易处理节点信息包括可识别节点所代表的权益账户。

6.如权利要求5所述的基于贡献的区块链共识机制，其特征在于，所述权益账户包括账户ID或账户公钥。