CN108133420B - 一种区块链的委托共识方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种区块链的委托共识方法，包括Validator、Validator Set、Vg、基金账户和抵押账户。使用此共识方法，不仅能够在保证不耗费电力算力的基础上，拥有较高的共识效率，而且降低了区块链系统无法继续工作的概率。

Description

一种区块链的委托共识方法

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，涉及一种区块链的委托共识方法。

背景技术

现有的区块链共识方法主要有POW共识方法、POS共识方法、PBFT共识方法及DPOS共识方法。POW共识方法共识效率较低，耗费大量电力及算力，但拥有最高的公信力，且节点不容易作恶；POS共识方法不会耗费大量电力及算力，但由于逐利性，节点容易作恶；PBFT共识方法是强一致性的共识方法，但要求可以收到所有节点中50％以上节点的投票，若一直收集不到足够的票数，区块链系统会无法继续运作；DPOS共识方法约定有101个共识节点参与投票，共识效率高，如果其中有共识节点失效，区块链系统需重新选举新的共识节点直至满足101个共识节点，在达到101个共识节点前，区块链系统无法继续工作。

综上所述，每个共识方法都有其优缺点，如果能提供一种技术方案，能够在保证不耗费电力算力的基础上，拥有较高的共识效率，且降低区块链系统无法继续工作的概率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种解决或部分解决上述问题的区块链的委托共识方法。

为达到上述技术方案的效果，本发明的技术方案为：一种区块链的委托共识方法，包含以下内容：

委托共识方法的角色包括：Validator、Validator Set、Vg、基金账户和抵押账户；

Validator是参与投票的节点，Validator包括正式Validator和候选Validator，候选Validator的投票只用于判断候选Validator投票的正确性，不能用于区块的共识，也不能获得收益，正式Validator的投票用于区块的共识；Validator Set是所有参与区块的共识的正式Validator的集合，每轮共识前需要确定Validator Set中的所有正式Validator；每轮共识时，从Validator Set中随机选取一个正式Validator生成区块，被选择的正式Validator即是Vg，Vg还用于打包交易、生成Merkle树、广播区块头及交易哈希的列表；基金账户用于存放Validator被没收的保证金和成功生成区块获得的部分收益；抵押账户用于冻结Validator缴纳的保证金，Validator需要缴纳保证金才能参与投票；

用户将自己的股权Stake委托给Validator Set中的正式Validator；用户也可以在区块链系统上缴纳保证金后可以成为候选Validator；候选Validator连续在N个区块上正确投票后，则成为正式Validator；正式Validator连续在N个区块上错误投票后，则成为候选Validator；Validator从正式Validator转换为候选Validator后，则需要连续在M个区块上正确投票后，才可重新成为正式Validator，M和N均为正整数，取值由工作人员确定，且M>N；如果候选Validator，连续在X个区块上投票后还未成为正式Validator，则区块链系统将没收候选Validator的部分保证金，X为正整数，取值由工作人员确定；

委托共识方法生成区块的步骤包括：

步骤S1：确定Validator Set中的所有正式Validator；用户将自己的股权Stake委托给Validator Set中的正式Validator；

步骤S2：从Validator Set中随机选取一个正式Validator作为Vg，Vg将收集到的交易打包，将交易列表生成Merkle树，然后把区块头及交易哈希的列表广播给ValidatorsSet；

步骤S3：正式Validator收到Vg广播的区块头及交易哈希的列表后，如果正式Validator的交易候选集和Vg的交易候选集一致，则正式Validator计算区块头并广播给Validators Set中的其它正式Validator；

步骤S4：如果正式Validator广播的区块头的哈希值与Vg广播的区块头的哈希值相等，且正式Validator持有的股权Stake超过总体股权Stake的50％，则代表Vg生成的区块正确，则将Vg生成的区块写入区块链；如果正式Validator持有的股权Stake没有超过总体股权Stake的50％，则Vg继续生成区块，当Vg生成的区块的股权Stake的累计权重超过一定时间内在线的Validators Set的平均股权Stake的50％，则Vg生成的区块也被写入区块链；

Vg生成的区块被写入区块链后，需要经过Block_Time，区块链系统才会发布生成下一个区块的需求，如果过早发布生成下一个区块的需求，则正式Validator不会处理生成下一个区块的需求；Block_Time是发布创建区块的最短时间，Block_Time是正实数，取值由工作人员确定；

区块链会出现多个Vg从而产生分叉，包括以下情况：1)如果原有的Vg未能在规定的时间内产生区块，则需要选出备选Vg，备选Vg产生区块后，原有的Vg随即生成区块；2)备选Vg收到原有的Vg广播的区块头及交易哈希的列表后，认为其不正确，备选Vg自己产生区块；

当区块链系统出现分叉时，则计算每条链上股权Stake的总和，股权Stake的总和最大的链即为当下主链。

新一轮共识之前，Validator需要缴纳一定数量的保证金，Validator缴纳的保证金冻结在的抵押账户中；保证金有最低限度，当Validator的保证金低于最低限度时，区块链系统将取消Validator的投票资格；当Validator不想继续参与投票时，可申请退还保证金，区块链系统将抵押账户中冻结的保证金退还给Validator后，会取消Validator的投票资格；

冻结投票权的方法为：Validator缴纳保证金后，区块链系统则约定Validator的投票的区块高度区间，如果在投票的区块高度区间内，Validator有连续的多个区块未投票，则冻结Validator的投票权；如果在投票的区块高度区间内，Validator的投票权被冻结后，Validator又缴纳费用，则恢复Validator的投票权；

当Validator有不符合规则的投票时，区块链系统将会没收其部分保证金，甚至取消其投票资格，Validator被没收的保证金从抵押账户进入基金账户；如果Validator认为其它Validator有不符合规则的投票，则可以新增一条交易并广播，该交易会在下一个区块进行共识，若共识成功，则有不符合规则的投票的Validator的保证金将被没收；不符合规则的投票包括：Validator对同一区块进行多次投票，Validator不对区块投票，Validator对区块投错误的票，当区块链产生分叉时Validator对每条分叉的链上的区块都投票；

备选Vg被选出后，首先会新增一条交易用来没收原有的Vg的保证金；然后备选Vg重新将交易列表生成Merkle树，再把区块头及交易哈希的列表广播给Validators Set；

成功生成区块后将产生收益，收益将按比例分配给诚实投票的正式Validator、诚实生成区块的Vg及基金账户；收益每隔多个投票的区块高度区间分发一次，且获得收益的正式Validator将自己获得的收益分配给委托的用户。

只有一个正式Validator正常运行时，区块链系统也能正常运行；

用户可以即时将股权Stake从正式Validator中取出，但是将股权Stake委托给正式Validator时，需要等待一定时间后才可生效。

本发明的有益成果为：本发明提供了一种区块链的委托共识方法，角色包括Validator、Validator Set、Vg、基金账户和抵押账户。使用此共识方法，不仅能够在保证不耗费电力算力的基础上，拥有较高的共识效率，而且降低了区块链系统无法继续工作的概率。

附图说明

图1为本发明一种区块链的委托共识方法的共识过程的示意图；

图2为本发明一种区块链的委托共识方法的Validator投票规则的示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本发明的保护范围之内。具体方法如下：

实施例1：本实施例具体说明了区块链的委托共识方法的步骤，如下：

委托共识方法的角色包括：Validator、Validator Set、Vg、基金账户和抵押账户；

Validator是参与投票的节点，Validator包括正式Validator和候选Validator，候选Validator的投票只用于判断候选Validator投票的正确性，不能用于区块的共识，也不能获得收益，正式Validator的投票用于区块的共识；Validator Set是所有参与区块的共识的正式Validator的集合，每轮共识前需要确定Validator Set中的所有正式Validator；每轮共识时，从Validator Set中随机选取一个正式Validator生成区块，被选择的正式Validator即是Vg，Vg还用于打包交易、生成Merkle树、广播区块头及交易哈希的列表；基金账户用于存放Validator被没收的保证金和成功生成区块获得的部分收益；抵押账户用于冻结Validator缴纳的保证金，Validator需要缴纳保证金才能参与投票；

用户将自己的股权Stake委托给Validator Set中的正式Validator；用户也可以在区块链系统上缴纳保证金后可以成为候选Validator；候选Validator连续在N个区块上正确投票后，则成为正式Validator；正式Validator连续在N个区块上错误投票后，则成为候选Validator；Validator从正式Validator转换为候选Validator后，则需要连续在M个区块上正确投票后，才可重新成为正式Validator，M和N均为正整数，取值由工作人员确定，且M>N；如果候选Validator，连续在X个区块上投票后还未成为正式Validator，则区块链系统将没收候选Validator的部分保证金，X为正整数，取值由工作人员确定；

委托共识方法生成区块的步骤包括：

步骤S1：确定Validator Set中的所有正式Validator；用户将自己的股权Stake委托给Validator Set中的正式Validator；

步骤S2：从Validator Set中随机选取一个正式Validator作为Vg，Vg将收集到的交易打包，将交易列表生成Merkle树，然后把区块头及交易哈希的列表广播给ValidatorsSet；

步骤S3：正式Validator收到Vg广播的区块头及交易哈希的列表后，如果正式Validator的交易候选集和Vg的交易候选集一致，则正式Validator计算区块头并广播给Validators Set中的其它正式Validator；

步骤S4：如果正式Validator广播的区块头的哈希值与Vg广播的区块头的哈希值相等，且正式Validator持有的股权Stake超过总体股权Stake的50％，则代表Vg生成的区块正确，则将Vg生成的区块写入区块链；如果正式Validator持有的股权Stake没有超过总体股权Stake的50％，则Vg继续生成区块，当Vg生成的区块的股权Stake的累计权重超过一定时间内在线的Validators Set的平均股权Stake的50％，则Vg生成的区块也被写入区块链；

Vg生成的区块被写入区块链后，需要经过Block_Time，区块链系统才会发布生成下一个区块的需求，如果过早发布生成下一个区块的需求，则正式Validator不会处理生成下一个区块的需求；Block_Time是发布创建区块的最短时间，Block_Time是正实数，取值由工作人员确定；

区块链会出现多个Vg从而产生分叉，包括以下情况：1)如果原有的Vg未能在规定的时间内产生区块，则需要选出备选Vg，备选Vg产生区块后，原有的Vg随即生成区块；2)备选Vg收到原有的Vg广播的区块头及交易哈希的列表后，认为其不正确，备选Vg自己产生区块；

当区块链系统出现分叉时，则计算每条链上股权Stake的总和，股权Stake的总和最大的链即为当下主链。

为增加Validator的作恶成本，新一轮共识之前，Validator需要缴纳一定数量的保证金，Validator缴纳的保证金冻结在的抵押账户中；保证金有最低限度，当Validator的保证金低于最低限度时，区块链系统将取消Validator的投票资格；当Validator不想继续参与投票时，可申请退还保证金，区块链系统将抵押账户中冻结的保证金退还给Validator后，会取消Validator的投票资格；

冻结投票权的方法为：Validator缴纳保证金后，区块链系统则约定Validator的投票的区块高度区间，如果在投票的区块高度区间内，Validator有连续的多个区块未投票，则冻结Validator的投票权；如果在投票的区块高度区间内，Validator的投票权被冻结后，Validator又缴纳费用，则恢复Validator的投票权；

当Validator有不符合规则的投票时，区块链系统将会没收其部分保证金，甚至取消其投票资格，Validator被没收的保证金从抵押账户进入基金账户；如果Validator认为其它Validator有不符合规则的投票，则可以新增一条交易并广播，该交易会在下一个区块进行共识，若共识成功，则有不符合规则的投票的Validator的保证金将被没收；不符合规则的投票包括：Validator对同一区块进行多次投票，Validator不对区块投票，Validator对区块投错误的票，当区块链产生分叉时Validator对每条分叉的链上的区块都投票；

备选Vg被选出后，首先会新增一条交易用来没收原有的Vg的保证金；然后备选Vg重新将交易列表生成Merkle树，再把区块头及交易哈希的列表广播给Validators Set；

成功生成区块后将产生收益，收益将按比例分配给诚实投票的正式Validator、诚实生成区块的Vg及基金账户；收益每隔多个投票的区块高度区间分发一次，且获得收益的正式Validator将自己获得的收益分配给委托的用户。

只有一个正式Validator正常运行时，区块链系统也能正常运行；

用户可以即时将股权Stake从正式Validator中取出，但是将股权Stake委托给正式Validator时，需要等待一定时间后才可生效。

实施例2：本实施例举例说明了区块链的委托共识方法的共识过程，如图1和图2：

委托共识方法生成区块的步骤如下：

步骤S1：区块链系统有5个Validator，用户将股权Stake委托给这5个Validator，ValidatorA有X亿的股权Stake，ValidatorB有Y亿的股权Stake，Validator C有Z亿的股权Stake，Validator D有M亿的股权Stake，Validator E有N亿的股权Stake，假设X:Y:Z:M:N＝2:2.5:2:0.5:3，股权Stake一共有10亿，则ValidatorA有2亿的股权Stake，ValidatorB有2.5亿的股权Stake，Validator C有2亿的股权Stake，Validator D有0.5亿的股权Stake，Validator E有3亿的股权Stake。新一轮共识之前，确定Validator Set包括5个Validator；

步骤S2：从Validator Set中随机选取一个Validator作为Vg，Vg将收集到的交易打包，将交易列表生成Merkle树，然后把区块头及交易哈希的列表广播给Validators Set；

步骤S3：Validator收到Vg广播的区块头及交易哈希的列表后，如果Validator的交易候选集和Vg的交易候选集一致，则Validator计算区块头并广播给Validators Set中的其它Validator；

步骤S4：如果Validator广播的区块头的哈希值与Vg广播的区块头的哈希值相等，且Validator持有的股权Stake超过总体股权Stake的50％，则代表Vg生成的区块正确，则将Vg生成的区块写入区块链；如果Validator持有的股权Stake没有超过总体股权Stake的50％，则Vg继续生成区块，当Vg生成的区块的股权Stake的累计权重超过一定时间内在线的Validators Set的平均股权Stake的50％，则Vg生成的区块也被写入区块链；

如图1，区块高度为H时，Vg生成区块Block(H)后，Validator C、Validator D及Validator E由于某些原因没有对该区块进行投票，只有ValidatorA及ValidatorB对该区块进行投票，Block(H)的权重为(2+2.5)/(2+2.5+2+0.5+3)<50％，Block(H)未确定；

区块高度为(H+1)时，Vg生成区块Block(H+1)后，ValidatorB、Validator D及Validator E由于某些原因没有对该区块进行投票，只有ValidatorA及Validator C对该区块进行投票，Block(H)的累计权重为(2+2.5+2)/(2+2.5+2+0.5+3)>50％，Block(H)确定，Block(H+1)的权重为(2+2)/(2+2.5+2+0.5+3)<50％，Block(H+1)未确定；

区块高度为(H+2)时，Vg生成区块Block(H+2)后，ValidatorA、Validator B及Validator E由于某些原因没有对该区块进行投票，只有Validator C及Validator D对该区块进行投票，Block(H+1)时的累计权重为(2+2+0.5)/(2+2.5+2+0.5+3)<50％，Block(H+1)未确定，Block(H+2)的权重为(2+0.5)/(2+2.5+2+0.5+3)<50％，Block(H+2)未确定；

区块高度为(H+3)时，Vg生成区块Block(H+3)后，ValidatorA、Validator B、Validator C及Validator D由于某些原因没有对该区块进行投票，只有Validator E对该区块进行投票，Block(H+1)时的累计权重(2+2+0.5+3)/(2+2.5+2+0.5+3)>50％，Block(H+1)确定，Block(H+2)的累计权重为(2+0.5+3)/(2+2.5+2+0.5+3)>50％，Block(H+2)确定，Block(H+3)的权重为(3)/(2+2.5+2+0.5+3)<66.7％，未确定。

约定每隔500个区块高度结算一次收益，假设不计Block(H+3)之后的区块，从区块Block(H)到区块Block(H+3)中，ValidatorA共获得2次投票收益，ValidatorB共获得1次投票收益，Validator C共获得2次投票收益，Validator D共获得1次投票收益，Validator E共获得1次收益。

如图2，Validator缴纳保证金后，区块链系统约定该Validator投票的区块高度区间及冻结Validator的投票权的规则：假设Validator缴纳保证金后，投票的区块高度区间为10万个区块，且若有1000个区块连续未投票，则冻结该Validator的投票权；在这10万个区块内，若该Validator被冻结投票权后，又缴纳一定的费用，则恢复该Validator在此10万个区块中的投票权。

本发明的有益成果为：本发明提供了一种区块链的委托共识方法，角色包括Validator、Validator Set、Vg、基金账户和抵押账户。使用此共识方法，不仅能够在保证不耗费电力算力的基础上，拥有较高的共识效率，而且降低了区块链系统无法继续工作的概率。

以上所述仅为本发明之较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求保护范围。同时以上说明，对于相关技术领域的技术人员应可以理解及实施，因此其他基于本发明所揭示内容所完成的等同改变，均应包含在本权利要求书的涵盖范围内。

Claims (3)

1.一种区块链的委托共识方法，其特征在于，包含以下内容：

委托共识方法的角色包括：Validator、Validator Set、Vg、基金账户和抵押账户；

所述Validator是参与投票的节点，所述Validator包括正式Valida tor和候选Validator，所述候选Validator的投票只用于判断所述候选V alidator投票的正确性，不能用于区块的共识，也不能获得收益，所述正式Validator的投票用于区块的共识；所述Validator Set是所有参与区块的共识的正式Validator的集合，每轮共识前需要确定所述Validat or Set中的所有正式Validator；每轮共识时，从所述Validator Set中随机选取一个所述正式Validator生成区块，被选择的正式Validator即是所述Vg，所述Vg还用于打包交易、生成Merkle树、广播区块头及交易哈希的列表；所述基金账户用于存放所述Validator被没收的保证金和成功生成区块获得的部分收益；所述抵押账户用于冻结所述Va lidator缴纳的保证金，所述Validator需要缴纳保证金才能参与投票；

用户将自己的股权Stake委托给所述Validator Set中的正式Valid ator；用户也可以在区块链系统上缴纳所述保证金后可以成为候选Val idator；所述候选Validator连续在N个区块上正确投票后，则成为所述正式Validator；所述正式Validator连续在N个区块上错误投票后，则成为所述候选Validator；所述Validator从所述正式Validator转换为所述候选Validator后，则需要连续在M个区块上正确投票后，才可重新成为所述正式Validator，所述M和所述N均为正整数，取值由工作人员确定，且M>N；如果所述候选Validator，连续在X个区块上投票后还未成为所述正式Validator，则所述区块链系统将没收所述候选Validator的部分保证金，所述X为正整数，取值由工作人员确定；

所述委托共识方法生成区块的步骤包括：

步骤S1：新一轮共识之前，确定所述Validator Set，所述Validat or Set由所述新一轮共识中所有正式Validator组成；

步骤S2：从所述Validator Set中随机选取一个所述正式Validator作为所述Vg，所述Vg将收集到的交易打包，将交易列表生成所述M erkle树，然后把所述区块头及所述交易哈希的列表广播给所述Valida tor Set；

步骤S3：所述正式Validator收到所述Vg广播的区块头及交易哈希的列表后，如果所述正式Validator的交易候选集和所述Vg的交易候选集一致，则所述正式Validator计算所述区块头并广播给所述Vali dator Set中的其它正式Validator；

步骤S4：如果所述正式Validator广播的区块头的哈希值与所述V g广播的区块头的哈希值相等，且所述正式Validator持有的股权Stak e超过总体股权Stake的50％，则代表所述Vg生成的区块正确，则将所述Vg生成的区块写入区块链；如果所述正式Validator持有的股权Stake没有超过所述总体股权Stake的50％，则所述Vg继续生成区块，当所述Vg生成的区块的股权Stake的累计权重超过一定时间内在线的所述Validator Set的平均股权Stake的50％，则所述Vg生成的区块也被写入区块链；

所述Vg生成的区块被写入所述区块链后，需要经过Block_Time，所述区块链系统才会发布生成下一个区块的需求，如果过早发布所述生成下一个区块的需求，则所述正式Validator不会处理所述生成下一个区块的需求；所述Block_Time是发布创建区块的最短时间，所述B lock_Time是正实数，取值由工作人员确定；

所述区块链会出现多个所述Vg从而产生分叉，包括以下情况：1)如果原有的Vg未能在规定的时间内产生区块，则需要选出备选Vg，所述备选Vg产生区块后，所述原有的Vg随即生成区块；2)所述备选Vg收到所述原有的Vg广播的区块头及交易哈希的列表后，认为其不正确，所述备选Vg自己产生区块；

当所述区块链系统出现分叉时，则计算每条链上所述股权Stake的总和，所述股权Stake的总和最大的链即为当下主链。

2.根据权利要求1所述的一种区块链的委托共识方法，其特征在于，包括：

所述新一轮共识之前，所述Validator需要缴纳一定数量的保证金，所述Validator缴纳的保证金冻结在所述的抵押账户中；所述保证金有最低限度，当所述Validator的保证金低于所述最低限度时，所述区块链系统将取消所述Validator的投票资格；当所述Validator不想继续参与投票时，可申请退还所述保证金，所述区块链系统将所述抵押账户中冻结的保证金退还给所述Validator后，会取消所述Validator的投票资格；

冻结投票权的方法为：所述Validator缴纳所述保证金后，所述区块链系统则约定所述Validator的投票的区块高度区间，如果在所述投票的区块高度区间内，所述Validator有连续的多个区块未投票，则冻结所述Validator的投票权；如果在所述投票的区块高度区间内，所述Validator的投票权被冻结后，所述Validator又缴纳费用，则恢复所述Validator的投票权；

当所述Validator有不符合规则的投票时，所述区块链系统将会没收其部分保证金，甚至取消其投票资格，所述Validator被没收的保证金从所述抵押账户进入所述基金账户；如果所述Validator认为其它V alidator有所述不符合规则的投票，则可以新增一条交易并广播，该交易会在下一个区块进行共识，若共识成功，则有所述不符合规则的投票的Validator的保证金将被没收；所述不符合规则的投票包括：所述Validator对同一区块进行多次投票，所述Validator不对区块投票，所述Validator对区块投错误的票，当所述区块链产生分叉时所述Validat or对每条分叉的链上的区块都投票；

所述备选Vg被选出后，首先会新增一条交易用来没收所述原有的Vg的保证金；然后所述备选Vg重新将所述交易列表生成所述Me rkle树，再把所述区块头及所述交易哈希的列表广播给所述Validator Set；

成功生成区块后将产生收益，所述收益将按比例分配给诚实投票的正式Validator、诚实生成区块的Vg及所述基金账户；所述收益每隔多个所述投票的区块高度区间分发一次，且获得收益的正式Validat or将自己获得的收益分配给委托的用户。

3.根据权利要求1所述的一种区块链的委托共识方法，其特征在于，包括：只有一个所述正式Validator正常运行时，所述区块链系统也能正常运行；用户可以即时将所述股权Stake从所述正式Validator中取出，但是将所述股权Stake委托给所述正式Validator时，需要等待一定时间后才可生效。

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