CN106850536B - 区块链共识方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种区块链共识方法及系统，属于区块链技术领域，方法包括：针对各次待生成的新区块，分配节点按预设的权限分配原则分配记账权至任一成员节点，其中，在同一时间段内，所述分配节点的个数为一个，且由所述成员节点选举产生，所述成员节点的个数为多个；获取所述记账权的所述成员节点对新区块的区块体进行区块体数据写入。采用本发明实施例的方案能够在完成区块链共识的基本功能基础上，使得区块链达成一致的效率高，成本低，而且实现简单。

Description

区块链共识方法及系统

技术领域

本发明实施例属于区块链技术领域，尤其涉及一种区块链共识方法及系统。

背景技术

随着互联网的不断发展，区块链技术应运而生，它是一种互联网数据库技术，具有去中心化、公开透明的特点。具体地，区块链技术的本质是去中心化且寓于分布式结构的数据存储、传输和证明的方法，用数据区块取代目前互联网对中心服务器的依赖，使得所有数据的变更或者交易项目都被记录在一个云系统之上。由于没有中央控制点的分布式对等网络，并且使用分布式集体运作的方法，可以说，区块链是网络上的“公开大账本”。它存在许多节点，每个节点都可以观察到整个账本，并且共同参与维护，其收益则是获得记账的权利，并且可以复制一份完整的数据库，单个节点无法修改数据库，从而保证了账本数据的安全可靠。

区块链共识是指在对等网络上多个区块链参与者之间对数据达成一致的过程，一般借由对区块记账权限分配的共识来完成。共识算法是区块链技术的核心，共识算法的优劣会直接影响到区块链应用的有效性和适用性。

在当前的区块链技术领域中，主要采用以下几种区块链的共识机制：

工作量证明(Proof of Work，PoW)，依赖机器进行数学运算来获取记账权，资源消耗相比其他共识机制高、可监管性弱，同时每次达成共识需要全网共同参与运算，性能效率比较低，容错性方面允许全网50％节点出错；

权益证明(Proof of Stake，PoS)，主要思想是节点记账权的获得难度与节点持有的权益成反比，相对于PoW，一定程度减少了数学运算带来的资源消耗，性能也得到了相应的提升，但依然是基于哈希运算竞争获取记账权的方式，可监管性弱。该共识机制容错性和PoW相同。它是Pow的一种升级共识机制，根据每个节点所占代币的比例和时间，等比例的降低挖矿难度，从而加快找随机数的速度；

股份授权证明(Delegate Proof of Stake，DPoS)，与PoS的主要区别在于节点选举若干代理人，由代理人验证和记账。其合规监管、性能、资源消耗和容错性与PoS相似。类似于董事会投票，持币者投出一定数量的节点，代理他们进行验证和记账；

实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT)，在分布式计算上，不同的计算机透过讯息交换，尝试达成共识；但有时候，系统上协调计算机(Coordinator/Commander)或成员计算机(Member /Lieutanent)可能因系统错误并交换错的讯息，导致影响最终的系统一致性。拜占庭将军问题就根据错误计算机的数量，寻找可能的解决办法，这无法找到一个绝对的答案，但可以用来验证一个机制的有效程度。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术存在如下缺陷：

PoW虽然可以达到完全去中心化，节点自由进出，但是目前bitcoin已经吸引全球大部分的算力，其它再用PoW共识机制的区块链应用很难获得相同的算力来保障自身的安全，挖矿造成大量的资源浪费，共识达成的周期较长；PoS虽然在一定程度上缩短了共识达成的时间；不再需要大量消耗能源挖矿，但还是需要挖矿；DPoS虽然大幅缩小参与验证和记账节点的数量，可以达到秒级的共识验证，但整个共识机制还是依赖于代币，很多商业应用是不需要代币存在的，普适性较差；PBFT下，当有1/3或以上记账人停止工作后，系统将无法提供服务；当有1/3或以上记账人联合作恶，且其它所有的记账人被恰好分割为两个网络孤岛时，恶意记账人可以使系统出现分叉。

这些缺陷普遍表现出，现有的区块链共识的方案达成一致的效率很低，成本很高，而且实现复杂。

发明内容

本发明实施例提供一种区块链共识方法及系统，能够在完成区块链共识的基本功能基础上，使得区块链达成一致的效率高，成本低，而且实现简单。

为达到上述目的，本发明实施例提供了一种区块链共识方法，包括：针对各次待生成的新区块，分配节点按预设的权限分配原则分配记账权至任一成员节点，其中，在同一时间段内，所述分配节点的个数为一个，且由所述成员节点选举产生，所述成员节点的个数为多个；获取所述记账权的所述成员节点对新区块的区块体进行区块体数据写入。

本发明实施例提供了一种区块链共识系统，包括：在同一时间段内共存的一个分配节点和多个成员节点，所述分配节点由所述成员节点选举产生，所述分配节点，用于针对各次待生成的新区块，按预设的权限分配原则分配记账权至任一所述成员节点；所述成员节点，用于获取所述记账权后，对所述新区块的区块体进行区块体数据写入。

本发明实施例的区块链共识方法及系统，针对各次待生成的新区块，由分配节点分配新区块的区块体数据的记账权给成员节点，并由获得权限的成员节点对新区块的区块体进行区块体数据写入，一定程度上简化了记账权的分配过程，使得区块链共识的效率更高；同时，分配节点又由各成员节点选举产生，即区块链的生成和维护仍由所有网络节点共同参与，维持了区块链的去中心化特征。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1为本发明实施例提供的区块链共识方法流程图一；

图2为本发明实施例提供的成员节点监督和改选分配节点的方法流程图；

图3为本发明实施例提供的区块链共识方法流程图二；

图4为本发明实施例提供的区块链共识系统示意图一；

图5为本发明实施例提供的区块链共识系统示意图二。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一

首先需要说明的是，本发明实施例将提供一种区块链共识方法，以简化共识过程为目的，实现一种相对去中心化的区块链共识机制。针对各次待生成的新区块，由分配节点按预设的权限分配原则分配记账权至任一成员节点，其中，在同一时间段内，所述分配节点的个数为一个，且由所述成员节点选举产生，所述成员节点的个数为多个；获取记账权的成员节点对新区块的区块体进行区块体数据写入，完成一次新区块的共识过程。

其次需要说明的是，本发明实施例中的区块链中各区块的区块体数据记载的交易信息不局限于商业中的“账本”或“金融交易”的信息，也可以广义的理解为是需要通过区块链这种数据组织形式管理的多样化的对象数据，如针对企业进行管理的企业管理数据，针对项目进行进展跟踪的项目进程管理数据等。

以下将对本发明实施例的区块链的生成方法进行详细阐述。

图1为本发明实施例提供的区块链共识方法流程图一，该方法的执行主体涉及由分配节点、成员节点共同组成的区块链共识系统。如图1所示，该区块链共识方法包括如下步骤：

S110，针对各次待生成的新区块，分配节点按预设的权限分配原则分配记账权至任一成员节点，其中，在同一时间段内，分配节点的个数为一个，且由成员节点选举产生，成员节点的个数为多个；

具体地，网络中的各网络节点被划分为一个分配节点和多个成员节点，分配节点具有分配记账权至任一成员节点的分配权，且该分配过程需遵循预设的权限分配原则，该权限分配原则应被其他成员节点公认通过才可实施，且具体可以是轮询原则、平均分配原则或权益比例原则(如预先设定各成员节点享有的记账权的比例)等，或由这些原则组合后的原则。分配节点分配记账权至任一成员节点后，该任一成员节点有权对新区块的区块体进行区块体数据写入。

其中，分配节点由成员节点选举产生，每个成员节点通常会选取自己最为信任的网络节点作为分配节点，因此，最终确定的分配节点通常也是大部分成员节点所信任的。除此之外，所有成员节点还共同享有对分配节点的选举、质疑以及罢免权。成员节点通过履行对分配节点的选举权，从而监督和保证各成员节点享有记账权的公平、公正性，避免分配节点具有“绝对”分配权，保证区块链的相对去中心化。

S120，获取记账权的成员节点对新区块的区块体进行区块体数据写入。

具体地，获取记账权的成员节点可将自己采集整理的数据写入到新区块的区块体中，从而完成新区块的共识过程。

本发明实施例的区块链共识方法，由成员节点选举出的分配节点分配记账权至任一成员节点，再由获取记账权的成员节点对新区块的区块体进行区块体数据写入，从而完成一次新区块的共识程。该区块链共识方法使得区块链达成一致的效率高，成本低，而且实现简单。

实施例二

在进行图1所示的区块链共识方法过程中，各成员节点还可对分配节点分配记账权的公允性进行监督，当发现分配节点存在违背权限分配原则时，可对其分配权进行罢免和改选。具体地，图2示出了各成员节点监督和改选分配节点的方法步骤，包括：

S210，成员节点对分配节点的记账权分配行为进行数据统计；

当前分配节点任职期间，其他成员节点可对分配节点分配记账权的行为进行监督，并对相关的行为数据进行统计，例如对分配的时间，各成员节点获取到的记账权的频次等数据进行统计。

S220，若数据统计结果显示，分配节点存在违背权限分配原则的行为，则成员节点有权质疑分配节点并进行改选，从其他成员节点中选取一个节点为新任分配节点，原分配节点变为一个成员节点；

当成员节点对分配节点分配记账权的行为进行数据统计后发现，分配节点存在违背权限分配原则的行为，例如分配节点没有按照预设的轮询原则、平均分配原则或权益比例原则分配记账权时，成员节点有权对分配节点的行为提出质疑，并在其他成员节点均认同的情况下，对当前的分配节点进行罢免，改选其他成员节点作为新的分配节点来继续执行记账权的分配工作，原分配节点自动变为一个成员节点。

通过所有成员节点对分配节点执行分配权的行为进行监督，并在违背预设权限分配原则时，对其进行质疑和改选，从而保证了区块链共识机制的相对去中心化。

在执行区块链共识方法的过程中，成员节点对分配节点进行质疑和改选的过程，可与分配节点分配记账权的过程分开执行，也可穿插在分配节点分配记账权的过程中执行。

如图3所示，为本发明实施例示出的另一种区块链共识方法，该方法中，将成员节点对分配节点进行质疑和改选的过程穿插在分配节点分配记账权的过程中执行，可视为图1与图2所示的方法步骤相结合的一种具体实现方式。如图3所示，该区块链共识方法包括如下步骤：

S310，随机选取或指定一个网络节点为分配节点，其他网络节点均为成员节点。

在初始状态时，区块链共识系统可随机对当前网络节点进行指定，选取一个网络节点为分配节点，其他网络节点均为成员节点。在此之后，分配节点还可由成员节点选举产生。

S320，针对各次待生成的新区块，分配节点按预设的权限分配原则分配记账权至任一成员节点。步骤S320的内容与步骤S110的内容相同。其中，预设的权限分配原则可以由分配节点和成员节点共同参与制定。

S330，判断是否存在成员节点提交分配质疑请求；如果存在则执行步骤S340。如果不存在，则执行步骤S360。

在分配节点执行记账权的分配过程中，成员节点可对分配节点的记账权分配行为进行数据统计，若数据统计结果显示，分配节点存在违背所述权限分配原则的行为，则成员节点有权质疑，向系统提交分配质疑请求，并上传质疑证据。

S340，接收提出质疑的成员节点提交的质疑证据，并广播给其他成员节点进行验证。

如果存在成员节点提交分配质疑请求，则系统会自动接收由质疑成员节点提交的质疑证据，并将该质疑证据广播给其他成员节点进行验证。

如果质疑证据被其他成员节点验证通过，则执行S350，否则执行S360。

S350，成员节点执行对分配节点进行改选的操作。

当质疑证据得到其他成员节点的认可，一致认为分配节点存在违背权限分配原则的行为，则系统允许成员节点执行对分配节点进行改选的操作。其中，改选的规则可以为轮询或投票等。

在改选出新任的分配节点之后，成员节点还可与新任的分配节点共同制定新任分配节点对应适用的新的权限分配原则，当然也可沿用之前的权限分配原则。

该权限分配原则中可以规定各分配节点和成员节点均可以被分配到记账权，或者仅成员节点可以被分配到记账权。

改选出新任分配节点后，可跳转到步骤S320，由新任的分配节点分配记账权，以从新进行区块链共识过程。

如果在步骤S330，分配节点分配记账权后，没有成员节点提交分配质疑请求，则可执行步骤S360。

S360，允许获取记账权的成员节点对新区块的区块体进行区块体数据写入的操作。

以上步骤即完成了一次区块链共识的过程。当然，在S360之后，还可跳转到步骤S320，由当前的分配节点继续分配记账权，进行新一次的区块链共识过程。

本发明实施例提供的区块链共识方法，在图1所示实施例的基础上，示出了成员节点对分配节点进行监督和改选的方法步骤，使得成员节点间接的参与记账权的分配，实现区块链共识的相对去中心化。

实施例三

图4为本发明实施例提供的区块链共识系统示意图一，可以用于执行如图1所示的方法步骤。如图4所示，该区块链共识系统包括：在同一时间段内共存的一个分配节点410和多个成员节点420，其中，分配节点410由成员节点420选举产生；

分配节点410，用于针对各次待生成的新区块，按预设的权限分配原则分配记账权至任一成员节点420；成员节点420，用于获取记账权后，对新区块的区块体进行区块体数据写入。

本发明实施例的区块链共识系统，由成员节点选举出的分配节点分配记账权至任一成员节点，再由获取记账权的成员节点对新区块的区块体进行区块体数据写入，从而完成一次新区块的共识程。该区块链共识方法使得区块链达成一致的效率高，成本低，而且实现简单。

实施例四

图5为本发明实施例提供的区块链共识系统示意图二，可视为图4所示系统实施例的细化结构，并可用于执行如图2和图3所示的方法步骤，如图5所示，在图4所示结构的基础上：

成员节点420还用于，对分配节点的记账权分配行为进行数据统计；若数据统计结果显示，分配节点410存在违背权限分配原则的行为，则成员节点420有权质疑分配节点410并进行改选，从其他成员节点420中选取一个节点为新任分配节点，原分配节点410变为一个成员节点420。成员节点420可用于执行图2所示的方法步骤。

进一步地，图5所示的系统中，还可包括监督决策平台430，用于，在分配节点410按预设的权限分配原则分配记账权至任一成员节点之后，判断是否存在成员节点420提交分配质疑请求；若不存在成员节点420提交分配质疑请求，则允许获取记账权的成员节点420对新区块的区块体进行区块体数据写入；若存在成员节点420提交分配质疑请求，则接收提出质疑的成员节点420提交的质疑证据，并广播给其他成员节点420进行验证；如果质疑证据被其他成员节点420验证通过，则允许成员节点420执行对分配节点410进行改选的操作；如果质疑证据未被其他成员节点420验证通过，则允许获取记账权的成员节点420对新区块的区块体进行区块体数据写入的操作。

进一步地，成员节点420还用于，在成员节点420对分配节点410进行改选之后，与新任的分配节点410共同制定新任分配节点410对应的权限分配原则。

进一步地，上述权限分配原则包括：分配节点410和成员节点420均可以被分配到记账权，或者仅成员节点420可以被分配到记账权。

进一步地，上述权限分配原则包括：平均分配原则和/或权益比例原则。

进一步地，图5所示系统还包括：节点初始化模块440，用于在初始状态时，随机选取或指定一个网络节点为分配节点410，其他网络节点均为成员节点420。

本发明实施例提供的区块链共识系统，在图4所示实施例的基础上，示出了成员节点对分配节点进行监督和改选的功能作用，使得成员节点间接的参与记账权的分配，实现区块链共识的相对去中心化。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种区块链共识方法，其特征在于，包括：

针对各次待生成的新区块，分配节点按预设的权限分配原则分配记账权至任一成员节点，其中，在同一时间段内，所述分配节点的个数为一个，且由所述成员节点选举产生，所述成员节点的个数为多个；

获取所述记账权的所述成员节点对新区块的区块体进行区块体数据写入；

所述成员节点对所述分配节点的记账权分配行为进行数据统计；

若所述数据统计结果显示，所述分配节点存在违背所述权限分配原则的行为，则所述成员节点有权质疑所述分配节点并进行改选，从其他所述成员节点中选取一个节点为新任所述分配节点，原所述分配节点变为一个所述成员节点，

其中，所述成员节点质疑所述分配节点包括：

在所述分配节点按预设的权限分配原则分配记账权至任一成员节点之后，判断是否存在所述成员节点提交分配质疑请求；

若不存在所述成员节点提交所述分配质疑请求，则允许获取所述记账权的所述成员节点对新区块的区块体进行区块体数据写入；

若存在所述成员节点提交所述分配质疑请求，则接收提出质疑的所述成员节点提交的质疑证据，并广播给其他所述成员节点进行验证；

如果所述质疑证据被其他所述成员节点验证通过，则允许所述成员节点执行对所述分配节点进行改选的操作；

如果所述质疑证据未被其他所述成员节点验证通过，则允许获取所述记账权的所述成员节点对新区块的区块体进行区块体数据写入的操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成员节点对所述分配节点进行改选之后，还包括：

由新任的所述分配节点和所有所述成员节点共同制定新任所述分配节点对应的所述权限分配原则。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述权限分配原则包括：

所述分配节点和所述成员节点均可以被分配到所述记账权，或者仅所述成员节点可以被分配到所述记账权。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述权限分配原则包括：平均分配原则和/或权益比例原则。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在初始状态时，随机选取或指定一个网络节点为所述分配节点，其他网络节点均为所述成员节点。

6.一种区块链共识系统，其特征在于，包括：在同一时间段内共存的一个分配节点和多个成员节点，所述分配节点由所述成员节点选举产生，

所述分配节点，用于针对各次待生成的新区块，按预设的权限分配原则分配记账权至任一所述成员节点；

所述成员节点，用于获取所述记账权后，对所述新区块的区块体进行区块体数据写入，

其中，所述成员节点还用于，

对所述分配节点的记账权分配行为进行数据统计；

若所述数据统计结果显示，所述分配节点存在违背所述权限分配原则的行为，则所述成员节点有权质疑所述分配节点并进行改选，从其他所述成员节点中选取一个节点为新任所述分配节点，原所述分配节点变为一个所述成员节点，

其中，所述系统还包括监督决策平台，用于，

在所述分配节点按预设的权限分配原则分配记账权至任一成员节点之后，判断是否存在所述成员节点提交分配质疑请求；

若不存在所述成员节点提交所述分配质疑请求，则允许获取所述记账权的所述成员节点对新区块的区块体进行区块体数据写入；

若存在所述成员节点提交所述分配质疑请求，则接收提出质疑的所述成员节点提交的质疑证据，并广播给其他所述成员节点进行验证；

如果所述质疑证据被其他所述成员节点验证通过，则允许所述成员节点执行对所述分配节点进行改选的操作；

如果所述质疑证据未被其他所述成员节点验证通过，则允许获取所述记账权的所述成员节点对新区块的区块体进行区块体数据写入的操作。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述成员节点还用于，在所述成员节点对所述分配节点进行改选之后，与新任的所述分配节点共同制定新任所述分配节点对应的所述权限分配原则。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述权限分配原则包括：

所述分配节点和所述成员节点均可以被分配到所述记账权，或者仅所述成员节点可以被分配到所述记账权。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述权限分配原则包括：平均分配原则和/或权益比例原则。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：节点初始化模块，用于，

在初始状态时，随机选取或指定一个网络节点为所述分配节点，其他网络节点均为所述成员节点。

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