CN109360100A - 基于区块链技术的交易快速确认方法及装置 - Google Patents

基于区块链技术的交易快速确认方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链技术的交易快速确认方法及装置，其中，方法包括以下步骤：步骤S1：确认节点身份，并选举共识委员会和委员会领导者；步骤S2：提交交易至委员会，使得委员会领导者发起对交易的一轮BLS聚合签名，并将对交易的总签名在全网广播，以快速确认交易；步骤S3：通过委员会领导者将已经确认的交易打包汇总，并将交易包、交易证明、上个区块哈希和当前未花费交易池组成本轮区块，将本轮区块和区块哈希值发送给委员会的成员，运行委员会内共识，以生成新区块。该方法可以实现交易的快速确认，有效提高了交易的实用性和可靠性，简单易实现。

Description

基于区块链技术的交易快速确认方法及装置
技术领域
本发明涉及信息安全和电子商务技术领域，特别涉及一种基于区块链技术的交易快速确认方法及装置。
背景技术
移动互联网的高速发展促进了电子商务业的繁荣。电子支付应运而生，并且日新月异。人们越来越多的在互联网上买卖商品，由此产生的交易数量十分庞大。
目前大多数的网上交易或电子支付产生的交易都依赖可信的第三方，即依靠银行、金融机构等提供交易服务，将买家和商家联系起来。可信第三方的存在为交易的安全性带来了一定的隐患，越来越多的国家、机构开始研究未来交易的新模式。
区块链技术的出现奠定了未来交易模式的发展方向。区块链是比特币等数字加密货币背后隐藏的深层次技术。区块链是在不可信网络环境中达成共识的一种技术，具有去中心化、去信任化、分布式的特点。区块链在不断的发展研究中，演变成了一种公开的、透明的分布式账本，在不可信网络环境中，即敌手存在的条件下，区块链能够通过一定的共识机制来使得所有诚实用户的账本达成一致。而能够达成共识的前提条件是敌手控制的算力不能超过全网算力的一半，一旦敌手算力过于庞大，敌手便能够发动攻击，造成区块链的分叉，对交易历史进行随机篡改。
区块链之所以能够作为公共可信账本是因为它能够满足两个最基本的特性，一致性和活性。一致性指的是，在所有诚实用户的区块链上，从末尾处去掉k(k为安全参数，比特币中k一般等于6)个区块之后，诚实用户得到的区块链是互为前缀的，即诚实用户得到的区块链总能够达成彼此一致。活性指的是，诚实用户在某个时间上传交易，经过一定时间之后，一定出现在其他所有诚实用户的区块链上。区块链底层的一致性和活性使得其能够成为存储交易的公开账本，并且能够满足以下特点：第一是公开性，任何节点能够在任意时间查询到区块链上的交易历史；第二是去中心化，基于区块链的交易模式不需要传统的可信第三方存在，而是通过全网节点的共同力量来实现对交易历史的共识；第三是交易历史不可篡改性，交易一旦被打包经过共识写入到区块上，并在一定的确认时间后(如比特币是6个区块之后，大约60分钟)便是不可随意篡改的。
比特币采用工作量证明机制来实现共识。比特币每十分钟产生一个区块，用于记录当前时间段内所有交易数据，所有的节点可以通过计算一个小于特定目标值的哈希值来产生区块，哈希函数的输入包括三部分：上一个区块的哈希值、当前时间段内所有交易的默克尔树树根、随机数，找到这样一个满足目标难度要求的随机数即完成了工作量证明的过程，网络中所有其他节点可以通过验证哈希运算来确认该区块的正确性，并继续在该区块之后进行接下来的工作量证明，寻找新的区块。比特币的共识机制以找到目标哈希值的时间和难度为标准，实现了全网节点的共识，因此，算力越大的节点越容易成为下一个区块的生产者，即该时期账本上的交易内容由该节点负责写入。在该时期内产生的大部分交易将被记录到该时期的区块中。而由于区块链安全参数的设定，该过程需要一定的时间来完成。就比特币而言，为了确保比特币区块的链质量满足一定的要求，对工作量证明的难度需要进行一定的设置，保证大约每10分钟产生一个区块，由于比特币出块速度的设置和区块大小1MB的限制，比特币中的交易规模有限，每秒钟大概能确定7个交易。而每个交易的确认时延较长，至少要等待6个区块(即60分钟)的时间才能确保交易的合法可用性。相对较长的交易确认时间和较低的交易规模使得比特币的实际可用性十分有限，在一些需要快速完成支付过程的场景，如超市、便利店等，并不适用。
针对比特币中交易确认时延长、交易规模低下的问题，出现了一些改进的方案。通过一定的方式选出共识委员会，例如工作量证明或权益证明的方式，在委员会内部运行拜占庭容错共识协议，来实现区块的确认。这种方式能够在某种程度上提高交易的规模，缩短一定的交易确认时间，但是用户在将交易提交至区块链网络中后仍然需要等待一定的时间之后才能够对交易进行确认，交易确认时间跟网络时延的上限有关，而并不是由网络实际时延所决定，所以交易确认仍然不是快速响应的
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种基于区块链技术的交易快速确认方法，该方法可以实现交易的快速确认，有效提高了交易的实用性和可靠性，简单易实现。
本发明的另一个目的在于提出一种基于区块链技术的交易快速确认装置。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于区块链技术的交易快速确认方法，包括以下步骤：步骤S1：确认节点身份，并选举共识委员会和委员会领导者；步骤S2：提交交易至所述委员会，使得所述委员会领导者发起对交易的一轮BLS聚合签名，并将对交易的总签名在全网广播，以快速确认所述交易；步骤S3：通过所述委员会领导者将已经确认的交易打包汇总，并将交易包、交易证明、上个区块哈希和当前未花费交易池组成本轮区块，将所述本轮区块和区块哈希值发送给所述委员会的成员，运行委员会内共识，以生成新区块。
本发明实施例的基于区块链技术的交易快速确认方法，1)实现了交易的快速确认特性，用户发送的交易能够在短时间内实现确认，交易确认时延仅与网络真实时延有关，即实现了交易的快速响应，在超市、便利店等需要快速支付的场景下十分实用；2)实现了交易历史的不可篡改性，由于采用的是委员会共识的方法，属于确定性共识，不会出现区块分叉，因此产生的区块中包含的交易历史也是任何节点在任何时间无法篡改的；3)提高了交易的规模，相对于比特币来说交易确认速度更快，并且每个区块间隔时间更短，因此交易规模能够大大增加；4)委员会内共识协议所需的系统通信复杂度低，仅为O(n)，降低了系统开销和带宽消耗。
另外，根据本发明上述实施例的基于区块链技术的交易快速确认方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S1进一步包括：节点随机选择满足条件的私钥，并利用BLS密钥生成算法生成对应的公钥，并将所述私钥秘密保存；参与共识的节点根据当前的难题寻找满足难度条件的工作量证明，且找到所述工作量证明的节点将寻找到的哈希值在全网广播，在预设时间范围内，找到所述工作量证明的n个节点进入所述共识委员会，确认委员会成员列表；通过所述委员会内成员采取投票的方式，对节点投票，投票消息包含选择的节点的公钥，并对投票消息利用自身私钥实施数字签名，使得得票最少的节点成为本时期委员会领导者。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S2进一步包括：将用户产生的交易tx提交给所述委员会领导者，并进入等待状态，其中，若在等待时间Ttx之后仍未收到返回的交易确认信息，则重新将所述交易提交给所述委员会中其他多个节点，并再次进入等待状态，直到交易确认信息被返回；将所述交易发送给每个委员会内成员，且所述委员会内成员在收到所述交易之后，利用自身的私钥对其签名，并将签名发送给领导者，使得所述领导者收集到超过预设个数的有效签名份额后，利用BLS聚合签名的签名重建函数恢复总签名；将所述总签名作为所述交易的确认证明在全网广播，同时将所述总签名和所述交易发送给提交所述交易的用户。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S3进一步包括：通过所述委员会领导者收集已经得到聚合签名确认的交易，在预设时间内对交易打包，交易打包时每个交易应当附上其确认信息，并将所述上个区块哈希、所述交易包、交易证明和未花费交易池组成当前轮区块，并计算其哈希值，且将所述当前轮区块和所述哈希值发送给委员会其他成员。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述确认信息为对应交易的总的聚合签名。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种基于区块链技术的交易快速确认装置，包括：初始化模块，用于确认节点身份，并选举共识委员会和委员会领导者；交易快速确认模块，用于提交交易至所述委员会，使得所述委员会领导者发起对交易的一轮BLS聚合签名，并将对交易的总签名在全网广播，以快速确认所述交易；交易区块生成模块，用于通过所述委员会领导者将已经确认的交易打包汇总，并将交易包、交易证明、上个区块哈希和当前未花费交易池组成本轮区块，将所述本轮区块和区块哈希值发送给所述委员会的成员，运行委员会内共识，以生成新区块。
本发明实施例的基于区块链技术的交易快速确认装置，1)实现了交易的快速确认特性，用户发送的交易能够在短时间内实现确认，交易确认时延仅与网络真实时延有关，即实现了交易的快速响应，在超市、便利店等需要快速支付的场景下十分实用；2)实现了交易历史的不可篡改性，由于采用的是委员会共识的方法，属于确定性共识，不会出现区块分叉，因此产生的区块中包含的交易历史也是任何节点在任何时间无法篡改的；3)提高了交易的规模，相对于比特币来说交易确认速度更快，并且每个区块间隔时间更短，因此交易规模能够大大增加；4)委员会内共识协议所需的系统通信复杂度低，仅为O(n)，降低了系统开销和带宽消耗。
另外，根据本发明上述实施例的基于区块链技术的交易快速确认装置还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述初始化模块进一步用于节点随机选择满足条件的私钥，并利用BLS密钥生成算法生成对应的公钥，并将所述私钥秘密保存；参与共识的节点根据当前的难题寻找满足难度条件的工作量证明，且找到所述工作量证明的节点将寻找到的哈希值在全网广播，在预设时间范围内，找到所述工作量证明的n个节点进入所述共识委员会，确认委员会成员列表；通过所述委员会内成员采取投票的方式，对节点投票，投票消息包含选择的节点的公钥，并对投票消息利用自身私钥实施数字签名，使得得票最少的节点成为本时期委员会领导者。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述交易快速确认模块进一步用于将用户产生的交易tx提交给所述委员会领导者，并进入等待状态，其中，若在等待时间Ttx之后仍未收到返回的交易确认信息，则重新将所述交易提交给所述委员会中其他多个节点，并再次进入等待状态，直到交易确认信息被返回；将所述交易发送给每个委员会内成员，且所述委员会内成员在收到所述交易之后，利用自身的私钥对其签名，并将签名发送给领导者，使得所述领导者收集到超过预设个数的有效签名份额后，利用BLS聚合签名的签名重建函数恢复总签名；将所述总签名作为所述交易的确认证明在全网广播，同时将所述总签名和所述交易发送给提交所述交易的用户。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述交易区块生成模块进一步用于通过所述委员会领导者收集已经得到聚合签名确认的交易，在预设时间内对交易打包，交易打包时每个交易应当附上其确认信息，并将所述上个区块哈希、所述交易包、交易证明和未花费交易池组成当前轮区块，并计算其哈希值，且将所述当前轮区块和所述哈希值发送给委员会其他成员。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述确认信息为对应交易的总的聚合签名。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的基于区块链技术的交易快速确认方法的流程图；
图2为根据本发明一个实施例的基于区块链技术的交易快速确认装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于区块链技术的交易快速确认方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于区块链技术的交易快速确认方法。
图1是本发明一个实施例的基于区块链技术的交易快速确认方法的流程图。
如图1所示，该基于区块链技术的交易快速确认方法包括以下步骤：
步骤S1：确认节点身份，并选举共识委员会和委员会领导者。
可以理解的是，节点身份确认、共识委员会选举和委员会领导者选举，委员会内成员需严格保证私钥的安全。具体地，为了保证用户上传的交易能够被快速确认，本发明实施例将整个过程分为三个阶段。第一个阶段为初始化阶段，包括节点身份确认、共识委员会选举和委员会领导者选举，通过工作量证明的方式选举共识委员会，在全网诚实算力占据三分之二以上的前提下，能够确保委员会内部成员的诚实用户占据三分之二以上。
需要说明的是，本发明实施例包含三种实体：(1)用户(User):用户根据自身需要产生相应的交易，并将其发送给共识委员会，用户能够根据交易确认信息，即对交易的聚合签名来确认交易的合法性。(2)共识委员会成员(Committee Members)：由网络中节点构成，利用工作量证明的方式确保委员会中诚实委员占据三分之二以上，委员会成员在收到某个交易后，对交易实施聚合签名来完成交易确认，与此同时，打包已确认交易，写入到交易区块中。(3)委员会领导者(Committee Leader)：委员会领导者由委员会成员投票产生，在聚合签名过程中起到信息发送、收集的关键作用，在委员会内部区块共识过程中，起到信息广播、签名收集作用。
进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤S1进一步包括：节点随机选择满足条件的私钥，并利用BLS密钥生成算法生成对应的公钥，并将私钥秘密保存；参与共识的节点根据当前的难题寻找满足难度条件的工作量证明，且找到工作量证明的节点将寻找到的哈希值在全网广播，在预设时间范围内，找到工作量证明的n个节点进入共识委员会，确认委员会成员列表；通过委员会内成员采取投票的方式，对节点投票，投票消息包含选择的节点的公钥，并对投票消息利用自身私钥实施数字签名，使得得票最少的节点成为本时期委员会领导者。
可以理解的是，步骤S11：节点身份确认：非授权网络中，节点在进行工作量证明之前必须确认自身的私钥和公钥，节点首先随机选择满足条件的私钥，并利用BLS密钥生成算法生成对应的公钥，将私钥秘密保存。
步骤S12：共识委员会选举：参与共识的节点根据当前的难题寻找满足难度条件的工作量证明，找到工作量证明的节点将寻找到的哈希值在全网广播。在一定的时间范围内，找到工作量证明的n个节点进入共识委员会，委员会成员列表得到确认。
步骤S13：委员会领导者选举：每个时期，委员会内部需要一个领导者来启动共识协议，因此需要选举委员会内领导者。委员会内成员采取投票的方式，对节点投票。投票消息包含选择的节点的公钥，并对投票消息利用自身私钥实施数字签名。最终得票最少的节点成为本时期委员会领导者。
具体而言，步骤S11：节点身份确认
节点在完成工作量证明之前必须确认自身的私钥和公钥，本方案采取BLS签名算法，节点首先按照如下方式生成公私钥对。
BLS签名算法的系统参数分别为G,GT,e,g,gT,p,H1，其中G,GT是素数阶p的乘法群，生成元分别为g,gT，e是非退化的双线性映射，满足e(gx,gy)＝e(g,g)xy，且在群G中，计算性Diffie-Hellman问题是困难的，判定性Diffie-Hellman问题是简单的，H1:{0,1}*→G是安全哈希函数。
BLS密钥生成算法如下：
(1)节点Pi随机选取[0,p-1]范围内的整数x，作为BLS签名的私钥SKi；
(2)计算得到gx作为节点公钥PKi。
BLS签名算法Sign(m,SK)→σ：
(1)输入消息m、节点私钥SK；
(2)计算得到h←H1(m)，签名为σ＝hSK。
BLS签名验证算法Verify(σ,PK,m)→1/0：
(1)输入签名σ，签名者公钥PK，消息m；
(2)计算h←H1(m)；
(3)计算a＝e(h,PK)，b＝e(σ,g)；
(4)判断若a＝b，则签名σ合法，输出1；否则输出0，验证失败。
步骤S12：共识委员会选举
在非授权网络中，节点想要参与共识，需要通过以下步骤完成：
(1)节点向现有委员会请求当前工作量证明的难度D和当前时期的随机数P；
(2)节点Pi利用自身的算力计算哈希值hpow＝H2(P,Ar-1,nonce,PKi)，其中P是当前时期的随机数，Ar-1是上个区块的哈希值，可以通过SHA256算法对上个区块实施哈希运算得到，r代表当前轮，r-1代表上一轮，nonce是节点随机选取的数值，PKi是节点Pi的公钥。节点将每次计算得到的hpow进行判断，若满足hpow<D，则代表挖矿成功，此时满足条件的nonce就是工作量证明的解；
(3)节点将满足条件的hpow在全网广播；
(4)当前委员会收到节点工作量证明，判断其正确性，如果通过验证则加入委员会成员列表liste。在等待时间Tpow之后，将包含n个工作量证明的列表在全网广播，这样时期e的委员会成员得到确定。
步骤S13：委员会领导者选举
委员会成员通过投票的方式选取当前时期e的领导者leadere，具体选举方式如下：
(1)找到工作量证明的节点Pi将(hpow,nonce,PKi)在全网广播，其中nonce为hpow对应的随机数，PKi是节点Pi的公钥。
(2)委员会成员Pi选定需要投票的对象leader；
(3)委员会成员Pi计算ticketi＝Sign("leader"||liste,SKi)，并将其投票在全网广播；
(4)在时间Tticket之后，委员会成员统计得票最低的节点作为该时期委员会的领导者leadere；
(5)如果得票最低者有多个节点，则针对这些节点发起一轮新的投票，直到选出唯一的leadere。
上述为本发明实施例的初始化阶段，下面将结合具体实施例对本发明实施例的交易快速确认阶段进行详细阐述。
步骤S2：提交交易至委员会，使得委员会领导者发起对交易的一轮BLS聚合签名，并将对交易的总签名在全网广播，以快速确认交易。
可以理解的是，用户首先提交交易至委员会，委员会领导者发起对交易的一轮BLS聚合签名，将对交易的总签名在全网广播，交易得到快速确认。就是说，第二阶段为交易快速确认阶段，用户将交易提交至委员会，委员会对交易实施聚合签名进而完成交易确认。
进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤S2进一步包括：将用户产生的交易tx提交给委员会领导者，并进入等待状态，其中，若在等待时间Ttx之后仍未收到返回的交易确认信息，则重新将交易提交给委员会中其他多个节点，并再次进入等待状态，直到交易确认信息被返回；将交易发送给每个委员会内成员，且委员会内成员在收到交易之后，利用自身的私钥对其签名，并将签名发送给领导者，使得领导者收集到超过预设个数的有效签名份额后，利用BLS聚合签名的签名重建函数恢复总签名；将总签名作为交易的确认证明在全网广播，同时将总签名和交易发送给提交交易的用户。
可以理解的是，步骤S21：用户提交交易：用户产生新的交易tx，并将该交易提交给委员会领导者，进入等待状态。若在等待时间Ttx之后仍未收到返回的交易确认信息，则重新将交易提交给委员会中其他多个节点，再次进入等待状态，直到交易确认信息被返回。
步骤S22：交易签名确认：委员会领导者发起对交易tx的一轮BLS聚合签名：leadere将交易tx发送给每个委员会内成员，委员会内成员Pi在收到交易之后，迅速利用自身的私钥SKi对其签名，并将签名σi发送给领导者。领导者收集到大于等于个有效的签名份额σ1,σ2,…,σt+1后，利用BLS聚合签名的签名重建函数恢复总签名σ。
步骤S23：广播确认交易：委员会领导者将总签名σ作为交易tx的确认证明在全网广播，同时将总签名和交易发送给提交交易的用户。
具体而言，步骤S21：用户提交交易
用户提交交易至网络的过程如下：
(1)用户User产生交易tx，交易tx的输入为txinput；
(2)用户User将交易tx发送给当前共识委员会的领导者leadere，并开始等待计时；
(3)如果用户User在等待时间Ttx结束后，仍然未收到领导者leadere返回的交易确认信息或交易拒绝信息，则用户User将交易发送给共识委员会中的其他节点，并重新开始等待计时，直到收到交易确认信息或拒绝信息。
步骤S22：交易签名确认
共识委员会对交易tx的签名确认过程如下：
(1)共识委员会领导者将其收到的交易tx发送给其他委员会成员；
(2)委员会成员Pi在收到交易tx后，检验交易的输入txinput是否属于当前的未花费交易池UTXO，如果是，则对交易实施BLS签名，计算并将签名σi发送给委员会领导者leadere。如果否，则向leadere发送对交易的拒绝消息Rejecttx；
(3)委员会领导者leadere收集对交易tx合法性的确认签名，如果收到的合法签名超过个则任取其中的个有效签名以及此个签名对应的签名成员集合并计算总的聚合签名
(4)如果leadere收到的有效交易签名不足个，则leadere生成对交易的拒绝确认信息Rejecttx。
步骤S23：广播确认交易
广播确认交易的过程如下：
(1)若交易tx被确认通过，则委员会领导者leadere将待确认交易tx和其聚合签名σtx组成对交易的确认证明CCtx＝(tx,L,σtx)，将CCtx在全网广播，发送给委员会其他成员、用户和其他网络节点；
(2)若交易tx被拒绝，则leadere将拒绝确认信息Rejecttx在全网广播，发送给委员会其他成员、用户和其他网络节点；
(3)用户User或其他成员如果在等待时间Ttx内收到对交易的确认信息CCtx＝(tx,L,σtx)，首先需要验证聚合签名σtx的合法性：用户获取签名成员集合即签名者的公钥，计算总的验证公钥利用BLS签名验证函数Verify(σtx,PKL,tx)验证签名σtx，若输出为1，则签名σtx合法；若输出为0，则签名σtx不合法。
(4)若用户判定签名σtx合法，则完成对交易的确认，整个支付过程完成；否则，交易存在问题，交易被拒绝。
上述为交易快速确认阶段的详细阐述，下面将结合具体实施例对交易区块生成阶段进行详细阐述。
步骤S3：通过委员会领导者将已经确认的交易打包汇总，并将交易包、交易证明、上个区块哈希和当前未花费交易池组成本轮区块，将本轮区块和区块哈希值发送给委员会的成员，运行委员会内共识，以生成新区块。
可以理解的是，第三阶段为交易区块生成阶段，领导者将已确认交易打包，运行委员会内共识完成交易写入区块的过程。具体地，委员会领导者将已经确认的交易打包汇总，并将交易包、交易证明、上个区块哈希和当前未花费交易池组成本轮区块，将本轮区块和区块哈希值发送给委员会成员，运行委员会内共识，生成新区块。
进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤S3进一步包括：通过委员会领导者收集已经得到聚合签名确认的交易，在预设时间内对交易打包，交易打包时每个交易应当附上其确认信息，并将上个区块哈希、交易包、交易证明和未花费交易池组成当前轮区块，并计算其哈希值，且将当前轮区块和哈希值发送给委员会其他成员。
其中，在本发明的一个实施例中，确认信息为对应交易的总的聚合签名。
可以理解的是，步骤S31：交易区块生成：委员会领导者收集已经得到聚合签名确认的交易，在时间Tround内对交易打包，交易打包时每个交易应当附上其确认信息，即针对该交易的总的聚合签名。领导者将上个区块哈希、交易包、交易证明和未花费交易池组成当前轮区块Br＝(Ar-1,TXr,TXCCr,UTXOr)，并计算其哈希值hash(Br)。领导者将区块和其哈希值发送给委员会其他成员。
步骤S32：委员会内共识达成：委员会领导者发起一轮委员会内共识，就区块哈希值hash(Br)运行改进的拜占庭容错协议，经过预准备、准备、承诺阶段，达成共识，确认本轮新区快Br。改进的拜占庭容错协议利用领导者作为消息的收集者，使得整个协议运行的通信复杂度仅为O(n)。
具体而言，步骤S31：交易区块生成
交易区块生成阶段具体步骤如下：
(1)委员会领导者leadere将时间窗口Tround之内经过确认的m个交易打包TXr＝(tx1,tx2,…,txm)，每个交易对应的交易确认证明TXCCr＝(CC1,CC2,…,CCm)，当前交易发生后新的未花费交易池UTXOr，计算上个区块的哈希值Ar-1＝H2(Br-1)；
(2)leadere将以上信息组成新的区块Br＝(Ar-1,Xr,TXCCr,UTXOr)；
(3)leadere计算新区块Br的哈希值
(4)leadere将发送给委员会其他成员。
步骤S31：委员会内共识达成
委员会内共识达成具体步骤如下：
(1)leadere向委员会其他成员发送签名后的预准备消息：
(2)委员会成员Pi在收到预准备消息后，验证交易集中的交易和交易确认证明，如果没有问题，则向leadere返回准备消息：
(3)leadere收集委员会成员返回的准备消息，并验证其签名的合法性，合法准备消息达到时，将其组成准备证明并将其发送给其他委员会成员；
(4)委员会成员Pi验证准备证明的合法性，通过后，向leadere返回承诺消息：COMMITi＝Sign((COMMIT,hBr),SKi)；
(5)leadere收集委员会成员返回的承诺消息，并验证其签名的合法性，合法承诺消息达到时，将其组成承诺证明并将其作为新区块Br的确认证明在全网广播。
(6)收到承诺证明的节点将本地的区块链更新到新的区块Br。
综上，本发明实施例为一种交易快速确认方法，具有交易快速确认、防止双花攻击、系统通信开销低的特点。本发明的主要目的如下：第一，本发明克服现有基于区块链的交易系统交易确认缓慢、交易时延非快速响应的缺点，实现了交易确认的快速响应特性。本发明实施例提出的交易快速确认方法，增加了对交易实施聚合签名快速确认机制，其交易确认时延仅与网络真实时延有关，而与网络时延上限无关，交易确认时间在秒级。将其运用到现实生活中，能够充分提高交易速度，扩大交易规模，特别是应用到线下支付、超市或便利店等需要交易快速确认的场景中时，能够帮助用户实现快速的交易确认，交易双方能够快速完成整个付款、收货过程。第二，本发明实施例采用委员会共识的方法对交易历史记录，属于确定性共识，区块链不会产生分叉，因此交易一旦被确认，便保证最终一定能出现在区块链的区块中，因而能够实现交易的不可篡改性和防止双花性，交易的安全能够得到极大保障。第三，本发明实施例采取的委员会内部共识方法降低了系统通信开销，利用领导者作为签名和消息的收集者，使内部共识通信复杂度由原来的O(n2)降低为O(n)，节点间通信成本降低，通信速度得以提升。
根据本发明实施例提出的基于区块链技术的交易快速确认方法，1)实现了交易的快速确认特性，用户发送的交易能够在短时间内实现确认，交易确认时延仅与网络真实时延有关，即实现了交易的快速响应，在超市、便利店等需要快速支付的场景下十分实用；2)实现了交易历史的不可篡改性，由于采用的是委员会共识的方法，属于确定性共识，不会出现区块分叉，因此产生的区块中包含的交易历史也是任何节点在任何时间无法篡改的；3)提高了交易的规模，相对于比特币来说交易确认速度更快，并且每个区块间隔时间更短，因此交易规模能够大大增加；4)委员会内共识协议所需的系统通信复杂度低，仅为O(n)，降低了系统开销和带宽消耗。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于区块链技术的交易快速确认装置。
图2是本发明一个实施例的基于区块链技术的交易快速确认装置的结构示意图。
如图2所示，该基于区块链技术的交易快速确认装置10包括：初始化模块100、交易快速确认模块200和交易区块生成模块300。
其中，初始化模块100用于确认节点身份，并选举共识委员会和委员会领导者。交易快速确认模块200用于提交交易至委员会，使得委员会领导者发起对交易的一轮BLS聚合签名，并将对交易的总签名在全网广播，以快速确认交易。交易区块生成模块300用于通过委员会领导者将已经确认的交易打包汇总，并将交易包、交易证明、上个区块哈希和当前未花费交易池组成本轮区块，将本轮区块和区块哈希值发送给委员会的成员，运行委员会内共识，以生成新区块。本发明实施例的装置10可以实现交易的快速确认，有效提高了交易的实用性和可靠性，简单易实现。
进一步地，在本发明的一个实施例中，初始化模块100进一步用于节点随机选择满足条件的私钥，并利用BLS密钥生成算法生成对应的公钥，并将私钥秘密保存；参与共识的节点根据当前的难题寻找满足难度条件的工作量证明，且找到工作量证明的节点将寻找到的哈希值在全网广播，在预设时间范围内，找到工作量证明的n个节点进入共识委员会，确认委员会成员列表；通过委员会内成员采取投票的方式，对节点投票，投票消息包含选择的节点的公钥，并对投票消息利用自身私钥实施数字签名，使得得票最少的节点成为本时期委员会领导者。
进一步地，在本发明的一个实施例中，交易快速确认模块200进一步用于将用户产生的交易tx提交给委员会领导者，并进入等待状态，其中，若在等待时间Ttx之后仍未收到返回的交易确认信息，则重新将交易提交给委员会中其他多个节点，并再次进入等待状态，直到交易确认信息被返回；将交易发送给每个委员会内成员，且委员会内成员在收到交易之后，利用自身的私钥对其签名，并将签名发送给领导者，使得领导者收集到超过预设个数的有效签名份额后，利用BLS聚合签名的签名重建函数恢复总签名；将总签名作为交易的确认证明在全网广播，同时将总签名和交易发送给提交交易的用户。
进一步地，在本发明的一个实施例中，交易区块生成模块300进一步用于通过委员会领导者收集已经得到聚合签名确认的交易，在预设时间内对交易打包，交易打包时每个交易应当附上其确认信息，并将上个区块哈希、交易包、交易证明和未花费交易池组成当前轮区块，并计算其哈希值，且将当前轮区块和哈希值发送给委员会其他成员。
进一步地，在本发明的一个实施例中，确认信息为对应交易的总的聚合签名。
需要说明的是，前述对基于区块链技术的交易快速确认方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于区块链技术的交易快速确认装置，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的基于区块链技术的交易快速确认装置，1)实现了交易的快速确认特性，用户发送的交易能够在短时间内实现确认，交易确认时延仅与网络真实时延有关，即实现了交易的快速响应，在超市、便利店等需要快速支付的场景下十分实用；2)实现了交易历史的不可篡改性，由于采用的是委员会共识的方法，属于确定性共识，不会出现区块分叉，因此产生的区块中包含的交易历史也是任何节点在任何时间无法篡改的；3)提高了交易的规模，相对于比特币来说交易确认速度更快，并且每个区块间隔时间更短，因此交易规模能够大大增加；4)委员会内共识协议所需的系统通信复杂度低，仅为O(n)，降低了系统开销和带宽消耗。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于区块链技术的交易快速确认方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：确认节点身份，并选举共识委员会和委员会领导者；
步骤S2：提交交易至所述委员会，使得所述委员会领导者发起对交易的一轮BLS聚合签名，并将对交易的总签名在全网广播，以快速确认所述交易；以及
步骤S3：通过所述委员会领导者将已经确认的交易打包汇总，并将交易包、交易证明、上个区块哈希和当前未花费交易池组成本轮区块，将所述本轮区块和区块哈希值发送给所述委员会的成员，运行委员会内共识，以生成新区块。
2.根据权利要求1所述的基于区块链技术的交易快速确认方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括：
节点随机选择满足条件的私钥，并利用BLS密钥生成算法生成对应的公钥，并将所述私钥秘密保存；
参与共识的节点根据当前的难题寻找满足难度条件的工作量证明，且找到所述工作量证明的节点将寻找到的哈希值在全网广播，在预设时间范围内，找到所述工作量证明的n个节点进入所述共识委员会，确认委员会成员列表；
通过所述委员会内成员采取投票的方式，对节点投票，投票消息包含选择的节点的公钥，并对投票消息利用自身私钥实施数字签名，使得得票最少的节点成为本时期委员会领导者。
3.根据权利要求1所述的基于区块链技术的交易快速确认方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：
将用户产生的交易tx提交给所述委员会领导者，并进入等待状态，其中，若在等待时间Ttx之后仍未收到返回的交易确认信息，则重新将所述交易提交给所述委员会中其他多个节点，并再次进入等待状态，直到交易确认信息被返回；
将所述交易发送给每个委员会内成员，且所述委员会内成员在收到所述交易之后，利用自身的私钥对其签名，并将签名发送给领导者，使得所述领导者收集到超过预设个数的有效签名份额后，利用BLS聚合签名的签名重建函数恢复总签名；
将所述总签名作为所述交易的确认证明在全网广播，同时将所述总签名和所述交易发送给提交所述交易的用户。
4.根据权利要求1所述的基于区块链技术的交易快速确认方法，其特征在于，所述步骤S3进一步包括：
通过所述委员会领导者收集已经得到聚合签名确认的交易，在预设时间内对交易打包，交易打包时每个交易应当附上其确认信息，并将所述上个区块哈希、所述交易包、交易证明和未花费交易池组成当前轮区块，并计算其哈希值，且将所述当前轮区块和所述哈希值发送给委员会其他成员。
5.根据权利要求4所述的基于区块链技术的交易快速确认方法，其特征在于，所述确认信息为对应交易的总的聚合签名。
6.一种基于区块链技术的交易快速确认装置，其特征在于，包括：
初始化模块，用于确认节点身份，并选举共识委员会和委员会领导者；
交易快速确认模块，用于提交交易至所述委员会，使得所述委员会领导者发起对交易的一轮BLS聚合签名，并将对交易的总签名在全网广播，以快速确认所述交易；以及
交易区块生成模块，用于通过所述委员会领导者将已经确认的交易打包汇总，并将交易包、交易证明、上个区块哈希和当前未花费交易池组成本轮区块，将所述本轮区块和区块哈希值发送给所述委员会的成员，运行委员会内共识，以生成新区块。
7.根据权利要求6所述的基于区块链技术的交易快速确认装置，其特征在于，所述初始化模块进一步用于节点随机选择满足条件的私钥，并利用BLS密钥生成算法生成对应的公钥，并将所述私钥秘密保存；参与共识的节点根据当前的难题寻找满足难度条件的工作量证明，且找到所述工作量证明的节点将寻找到的哈希值在全网广播，在预设时间范围内，找到所述工作量证明的n个节点进入所述共识委员会，确认委员会成员列表；通过所述委员会内成员采取投票的方式，对节点投票，投票消息包含选择的节点的公钥，并对投票消息利用自身私钥实施数字签名，使得得票最少的节点成为本时期委员会领导者。
8.根据权利要求6所述的基于区块链技术的交易快速确认方法，其特征在于，所述交易快速确认模块进一步用于将用户产生的交易tx提交给所述委员会领导者，并进入等待状态，其中，若在等待时间Ttx之后仍未收到返回的交易确认信息，则重新将所述交易提交给所述委员会中其他多个节点，并再次进入等待状态，直到交易确认信息被返回；将所述交易发送给每个委员会内成员，且所述委员会内成员在收到所述交易之后，利用自身的私钥对其签名，并将签名发送给领导者，使得所述领导者收集到超过预设个数的有效签名份额后，利用BLS聚合签名的签名重建函数恢复总签名；将所述总签名作为所述交易的确认证明在全网广播，同时将所述总签名和所述交易发送给提交所述交易的用户。
9.根据权利要求6所述的基于区块链技术的交易快速确认装置，其特征在于，所述交易区块生成模块进一步用于通过所述委员会领导者收集已经得到聚合签名确认的交易，在预设时间内对交易打包，交易打包时每个交易应当附上其确认信息，并将所述上个区块哈希、所述交易包、交易证明和未花费交易池组成当前轮区块，并计算其哈希值，且将所述当前轮区块和所述哈希值发送给委员会其他成员。
10.根据权利要求9所述的基于区块链技术的交易快速确认装置，其特征在于，所述确认信息为对应交易的总的聚合签名。
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