CN108197959B - 一种基于区块链的快速验证池、快速验证系统及操作方法 - Google Patents

一种基于区块链的快速验证池、快速验证系统及操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的快速验证池，包括权限表、日志表、共识表、过期表，以及写入接口、共识接口和验证接口。还公开了一种基于区块链的快速验证系统及操作方法，包括应用层、验证池层、共识层和区块链结构层，能够进行提出交易、验证交易、停止交易等操作。本发明实现了区块链技术的秒级快速验证，能够对交易信息进行监管，具有数据审计功能。

Description

一种基于区块链的快速验证池、快速验证系统及操作方法
技术领域
本发明属于区块链技术领域，具体涉及一种基于区块链的快速验证池、快速验证系统及操作方法。
背景技术
区块链技术是一套点对点的分布式时间戳数据库。现有的区块链技术在进行交易时需要与p2p网络进行交互，得到全网确认后才能完成验证，验证时间过长。同时，基于区块链技术的改进方案如权益证明等都需要大量的共识验证时间。现有的区块链技术不能解决许多行业如物流等快速验证的需求问题。此外，由于区块链的匿名性，犯罪分子可能使用区块链技术进行交易而无法被追踪。最后，对大量不需要进行共识的数据进行管理也是一个问题。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种能够实现快速验证、能够实现对交易信息的监管和审计功能的基于区块链的快速验证池。
一种基于区块链的快速验证池，包括：
权限表，用于保存用户密钥以及与节点相应的策略树，并提供身份验证方案；
日志表，用于保存用户在提出交易的流程中提交的输入数据及区块记录；
共识表，用于在节点网络上的各个节点收到验证池所发出的广播信息后有超过51％的节点认为信息正确时记录共识结果，且会在一轮又一轮的共识运算后不断更新共识结果的记录直至交易过期；
过期表，用于在节点用户提交交易过期请求且该交易的信息停止共识运算后记录相应过期信息；
写入接口，用于响应节点用户提出交易或停止交易的请求并进行提出交易或停止交易的操作；
验证接口，用于响应用户验证交易的请求，并进行验证交易的操作；
共识接口，用于接受来自共识层的加密后的信息，把共识结果记录在共识表并向所有节点请求广播，同时接收区块链返回的共识结果。
进一步地，还包括：
内部接口，用于不同验证池之间的互相访问。
进一步地，所述身份验证方案基于CP-ABE算法实现。
进一步地，所述输入数据包括但不限于交易信息、访问策略和版本号。
本发明还公开了一种基于区块链的快速验证系统，包括前述的一种基于区块链的快速验证池，还包括：
应用层，包括访问接口、验证接口和写入接口；所述访问接口用于让用户在应用层访问验证池层中的共识表和日志表；所述验证接口用于让用户在应用层来进行权限验证，同时支持快速验证交易信息是否完整或被篡改；所述写入接口用于让节点用户在应用层可以通过写入接口来提交数据和创建区块；
验证池层，包括通过内部接口连接的2n+1个快速验证池；所述验证池层用于验证用户身份并根据用户的属性不同提供不同的访问接口，让用户进行数据写入、数据验证、日志表访问等操作；
共识层，包括共识接口和用来记录共识层所有交互的日志的日志管理模块；所述共识层用于对区块链结构层进行一轮又一轮的循环共识，并将每次共识结果提交到验证池进行处理，验证池记录后节点中有错误区块则自动修改区块链结构；
区块链结构层，包括由大量区块链节点构成节点网络，所述区块链节点包括管理节点和至少一个认证节点；所述节点网络用于提供共识计算。
进一步地，所述共识层还包括节点管理模块，所述节点管理模块用于记录节点属性、节点结构等信息。
进一步地，所述共识层还包括共识测试模块，所述共识测试模块具有共识测试功能，用于进行节点反应时间测试和节点失信测试。
本发明还公开了一种基于区块链的快速验证系统的提出交易操作方法，包括前述的一种基于区块链的快速验证系统，还包括以下步骤：
S110：应用层写入接口接收到用户的提出交易请求；
S120：所述写入接口通过验证池的权限表来识别用户身份，若用户身份通过，则执行S131，否则执行S132；
S131：用户通过写入接口请求输入数据，共识层记录用户数据并把该数据通过共识接口写入日志表，执行S140；
S132：验证池日志表记录越权记录，之后操作结束；
S140：共识层新建区块，所述区块记录在时间区域共识层保存的交易记录，所述区块记录写入验证池日志表；
S150：通过共识接口向所有节点广播所述区块，之后操作结束。
本发明还公开了一种基于区块链的快速验证系统的验证交易操作方法，包括前述的一种基于区块链的快速验证系统，还包括以下步骤：
S210：应用层验证接口接收到用户的验证交易请求；
S220：所述验证接口通过验证池的权限表来识别用户身份，若用户身份通过则执行S231，否则执行S232；
S231：用户通过验证接口请求验证数据，验证池查询共识表，若共识表中有记录则执行S233，若共识表中无记录则执行S234；
S232：验证池日志表记录越权记录，之后操作结束；
S233：返回共识表中的验证结果，之后操作结束；
S234：验证池查询日志表，若日志表中有记录则执行S235，否则执行S236；
S235：返回日志表中的验证结果，之后操作结束；
S236：返回相应信息，之后操作结束。
本发明还公开了一种基于区块链的快速验证系统的停止交易操作方法，包括前述的一种基于区块链的快速验证系统，还包括以下步骤：
S310：应用层写入接口接收到用户的停止交易请求；
S320：所述写入接口通过验证池的权限表来识别用户身份，若用户身份通过则执行S331，否则执行S332；
S331：用户通过写入接口请求过期操作，验证池记录过期操作并写入过期表，之后操作结束；
S332：验证池日志表记录越权记录，之后操作结束。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过快速验证池将共识结果更新至共识表并在需要验证时直接访问快速验证池，实现了秒级的快速验证，大大提高了区块链的验证速度，解决了现有区块链技术中需要大量共识验证时间的问题；
2、本发明通过实现循环共识并使共识结果即时更新，能够通过共识表和日志记录找出数据篡改人和篡改时间等信息，实现了数据审计功能。
附图说明
图1为本发明中快速验证池结构示意图；
图2为本发明中快速验证系统的示意图；
图3为本发明中提出交易操作方法的流程图；
图4为本发明中验证交易操作方法的流程图；
图5为本发明中停止交易操作方法的流程图。
具体实施方式
为了使发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
本发明应用在区块链技术背景下，特别是联盟链和私有链等弱中心的区块链环境下，能够解决传统区块链中共识验证速度过慢、缺乏监督管理手段等问题，确保了对交易的监管以及审计功能，并大大提高了区块链验证的验证速度。
实施例1：
一种基于区块链的快速验证池，包括：
权限表，用于保存用户密钥以及与节点相应的策略树，并提供身份验证方案。所述身份验证方案采用基于属性的加密算法，具体可以是CP-ABE算法。
日志表，用于保存用户在提出交易的流程中提交的输入数据及区块记录。所述输入数据包括但不限于交易信息、访问策略和版本号；所述区块记录是指新建区块记录在时间区域内共识层保存的交易记录。
共识表，用于在节点网络上的各个节点收到验证池所发出的广播信息后有超过51％的节点认为信息正确时记录共识结果。一轮共识运算的共识结果会在共识表内记录一次，只要交易未过期，共识表会在一轮又一轮的共识运算后不断更新共识结果的记录。若新的共识结果和旧的共识结果不一致，则可通过数据审计找出数据篡改人和篡改时间。所述共识运算的算法可采用POW算法。
过期表，用于在节点用户提交交易过期请求且该交易的信息停止共识运算后记录相应过期信息。当节点用户提交过期请求，即视为交易完成，关于该交易的信息则会停止共识运算，并将相应信息写入到过期表中。
写入接口，用于响应节点用户提出交易或停止交易的请求并进入提出交易或停止交易的操作流程。所述提出交易的操作流程包括识别身份、记录输入数据(包含交易信息)以及记录区块信息等步骤；所述停止交易的操作流程包括识别身份、记录过期信息等步骤。当共识层产生新区块时，在通过共识验证后，区块信息通过写入接口写入日志表。
验证接口，用于响应用户验证交易的请求，并进入验证交易操作流程，快速验证交易信息。验证接口能够被节点用户和非节点用户调用。所述验证操作流程包括识别身份、返回验证结果(若共识表中有记录则返回共识表中的验证结果，否则返回日志表中的验证结果；若日志表中也无记录则返回相应信息)等步骤。
共识接口，用于传递各个节点对相应区块的共识结果。共识接口接受来自共识层的加密后的信息，把共识结果记录在共识表并向所有节点请求广播，同时接收区块链返回的共识结果。
所述用户包括节点用户和非节点用户，所述节点用户是指在访问权限管理里面进行过权限设置的用户，具有信息查询、提出交易、停止交易和验证交易的权限；所述非节点用户是指在访问控制系统里面对某一段区块链仅拥有信息查询、验证交易的用户。
所述权限表和日志表内的信息经过数据加密，所述共识表和过期表内记录的信息经过哈希处理。
作为进一步优化的方案，还包括：
内部接口，用于不同验证池之间的互相访问，以验证验证池中所记录的数据的完整性。该接口只有访问权限，验证池与验证池之间不能进行数据写入。验证池层可通过内部接口组成多验证池结构，验证池之间存在着内部接口，以便不同验证池之间数据验证。
本快速验证池是用户节点和共识网络进行数据操作和数据验证的中间层。主要作用是根据用户的属性对不同用户提供不同的访问接口，使得用户可以通过验证池服务器进行数据写入、数据验证、日志表访问等功能。本快速验证池可采用Redis、Myql和java技术实现验证池的搭建。池中数据的保护由密码原语与密码方案进行保护。
本快速验证池提供了一种创新的共识协议，即把共识的结果保存在验证池中的共识表，待需要验证时在可以直接访问验证池实现秒级验证。由于共识表记录每次共识结果且不断更新，若新的共识结果和后的共识结果不一致，则可以通过数据审计找出数据篡改人和篡改时间，这样一来就通过共识表实现了数据审计的功能。
本快速验证池由于是一个弱中心的结构，只对共识结果后的关键数据的结果进行哈希结果保存。同时，为了保证隐私安全，可采用结合了POW机制和基于环签名等密码学方案的隐私保护机制来进行共识处理。使用高效实用的、基于属性的密码方案还可以实现对节点用户的细粒度访问控制和权限管理。
本快速验证池使用了基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value数据库Redis，对关系数据库MySql起到很好的补充作用。其次，验证池本身不生成数据，验证池仅仅做数据的收集和保存和验证功能，与现有的架构相比，本快速验证池有非常优秀的性能指标。
几种共识机制的反应时间如表1所示：
表1
Figure BDA0001556388830000061
实施例2：
包括实施例1中方案所述的快速验证池的一种基于区块链的快速验证系统，包括：
应用层，包括面向用户的接入接口，如访问接口、验证接口和写入接口。所述访问接口让节点用户在应用层通过该访问接口访问验证池层中的共识表和日志表。所述验证接口让节点用户在应用层通过该验证接口来进行权限验证，同时支持快速验证交易信息是否完整、或者被篡改。所述写入接口让节点用户在应用层可以通过该写入接口来提交数据和创建区块，所述数据可以通过物联网技术收集。所述应用层可以通过所述写入接口调用快速验证池的写入接口，所述应用层还可以通过所述验证接口调用快速验证池的验证接口。
验证池层，包括通过内部接口连接的2n+1个快速验证池，用于验证用户身份并根据用户的属性不同提供不同的访问接口，让用户进行数据写入、数据验证、日志表访问等操作。为了保证即使数据出现差错也能快速给出最正确答案，验证池层应包括2n+1个验证池(此处n≥1且n∈N)。
共识层，包括共识接口和用来记录共识层所有交互的日志的日志管理模块，用于对区块链结构层进行一轮又一轮的循环共识，并将每次共识结果提交到验证池进行处理，验证池记录后节点中有错误区块则自动修改区块链结构。所述共识层所有数据都需要通过不同版本的随机密钥进行加密信息处理。
区块链结构层，包括由大量区块链节点构成节点网络，所述区块链节点包括管理节点和至少一个认证节点。所述区块链节点可以包括交易功能、挖矿功能和路由功能，它是一个分布式数据库，可使用Redis技术实现；其中交易功能是指允许节点用户在区块链上提出交易。所述节点网络是P2P网络，用于提供共识计算，可以通过java技术实现。
作为进一步优化的方案，所述共识层还包括节点管理模块，所述节点管理模块用于记录节点属性、节点结构等信息。
作为进一步优化的方案，所述共识层还包括共识测试模块，所述共识测试模块具有共识测试功能，用于进行节点反应时间测试，节点失信测试等，保证共识结果的准确性以及节点的可用性。
实施例3：
如实施例2中所述的一种基于区块链的快速验证系统的操作方法，包括：
提出交易操作方法、验证交易操作方法和停止交易操作方法。
作为进一步优化的方案，所述提出交易操作方法包括以下步骤：
S110：应用层写入接口接收到用户的提出交易请求；
S120：所述写入接口通过验证池的权限表来识别用户身份，若用户身份通过，则执行S131，否则执行S132；
S131：用户通过写入接口请求输入数据，共识层记录用户数据并把该数据通过共识接口写入日志表，执行S140；
S132：验证池日志表记录越权记录，之后操作结束；
S140：共识层新建区块，所述区块记录在时间区域共识层保存的交易记录，所述区块记录写入验证池日志表；
S150：通过共识接口向所有节点广播所述区块，之后操作结束。
作为进一步优化的方案，所述验证交易操作方法包括以下步骤：
S210：应用层验证接口接收到用户的验证交易请求；
S220：所述验证接口通过验证池的权限表来识别用户身份，若用户身份通过则执行S231，否则执行S232；
S231：用户通过验证接口请求验证数据，验证池查询共识表，若共识表中有记录则执行S233，若共识表中无记录则执行S234；
S232：验证池日志表记录越权记录，之后操作结束；
S233：返回共识表中的验证结果，之后操作结束；
S234：验证池查询日志表，若日志表中有记录则执行S235，否则执行S236；
S235：返回日志表中的验证结果，之后操作结束；
S236：返回相应信息，之后操作结束。
所述相应信息可以是无查询结果的提示信息。
作为进一步优化的方案，所述停止交易操作方法包括以下步骤：
S310：应用层写入接口接收到用户的停止交易请求；
S320：所述写入接口通过验证池的权限表来识别用户身份，若用户身份通过则执行S331，否则执行S332；
S331：用户通过写入接口请求过期操作，验证池记录过期操作并写入过期表，之后操作结束；
S332：验证池日志表记录越权记录，之后操作结束。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于区块链的快速验证池，其特征在于，包括：
权限表，用于保存用户密钥以及与节点相应的策略树，并提供身份验证方案；
日志表，用于保存用户在提出交易的流程中提交的输入数据及区块记录；
共识表，用于在节点网络上的各个节点收到验证池所发出的广播信息后有超过51％的节点认为信息正确时记录共识结果，且会在一轮又一轮的共识运算后不断更新共识结果的记录直至交易过期；
过期表，用于在节点用户提交交易过期请求且该交易的信息停止共识运算后记录相应过期信息；
写入接口，用于响应节点用户提出交易或停止交易的请求并进行提出交易或停止交易的操作；
验证接口，用于响应用户验证交易的请求并进行验证交易的操作；
共识接口，用于接受来自共识层的加密后的信息，把共识结果记录在共识表并向所有节点请求广播，同时接收区块链返回的共识结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的快速验证池，还包括：
内部接口，用于不同验证池之间的互相访问。
3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的快速验证池，所述身份验证方案基于CP-ABE算法实现。
4.根据权利要求1所述的一种基于区块链的快速验证池，所述输入数据包括但不限于交易信息、访问策略和版本号。
5.一种基于区块链的快速验证系统，包括权利要求2所述的一种基于区块链的快速验证池，其特征在于还包括：
应用层，包括访问接口、验证接口和写入接口；所述访问接口用于让用户在应用层访问验证池层中的共识表和日志表；所述验证接口用于让用户在应用层进行权限验证，同时支持快速验证交易信息是否完整或被篡改；所述写入接口用于让节点用户在应用层提交数据和创建区块；
验证池层，包括通过内部接口连接的2n+1个快速验证池，n≥1且n∈N；所述验证池层用于验证用户身份并根据用户的属性不同提供不同的访问接口，让用户进行数据写入、数据验证、日志表访问的操作；
共识层，包括共识接口和用来记录共识层所有交互的日志的日志管理模块；所述共识层用于对区块链结构层进行一轮又一轮的循环共识，并将每次共识结果提交到验证池进行处理，验证池记录后若节点中有错误区块则自动修改区块链结构；
区块链结构层，包括由大量区块链节点构成节点网络，所述区块链节点包括管理节点和至少一个认证节点；所述节点网络用于提供共识计算。
6.根据权利要求5所述的一种基于区块链的快速验证系统，所述共识层还包括节点管理模块，所述节点管理模块用于记录节点属性、节点结构的信息。
7.根据权利要求5所述的一种基于区块链的快速验证系统，所述共识层还包括共识测试模块，所述共识测试模块具有共识测试功能，用于进行节点反应时间测试和节点失信测试。
8.一种基于区块链的快速验证系统的提出交易操作方法，包括权利要求5所述的一种基于区块链的快速验证系统，还包括以下步骤：
S110：应用层写入接口接收到用户的提出交易请求；
S120：所述写入接口通过验证池的权限表来识别用户身份，若用户身份通过，则执行S131，否则执行S132；
S131：用户通过写入接口请求输入数据，共识层记录用户数据并把该数据通过共识接口写入日志表，执行S140；
S132：验证池日志表记录越权记录，之后操作结束；
S140：共识层新建区块，所述区块记录在时间区域共识层保存的交易记录，所述区块记录写入验证池日志表；
S150：通过共识接口向所有节点广播所述区块，之后操作结束。
9.一种基于区块链的快速验证系统的验证交易操作方法，包括权利要求5所述的一种基于区块链的快速验证系统，还包括以下步骤：
S210：应用层验证接口接收到用户的验证交易请求；
S220：所述验证接口通过验证池的权限表来识别用户身份，若用户身份通过则执行S231，否则执行S232；
S231：用户通过验证接口请求验证数据，验证池查询共识表，若共识表中有记录则执行S233，若共识表中无记录则执行S234；
S232：验证池日志表记录越权记录，之后操作结束；
S233：返回共识表中的验证结果，之后操作结束；
S234：验证池查询日志表，若日志表中有记录则执行S235，否则执行S236；
S235：返回日志表中的验证结果，之后操作结束；
S236：返回相应信息，之后操作结束。
10.一种基于区块链的快速验证系统的停止交易操作方法，包括权利要求5所述的一种基于区块链的快速验证系统，还包括以下步骤：
S310：应用层写入接口接收到用户的停止交易请求；
S320：所述写入接口通过验证池的权限表来识别用户身份，若用户身份通过则执行S331，否则执行S332；
S331：用户通过写入接口请求过期操作，验证池记录过期操作并写入过期表，之后操作结束；
S332：验证池日志表记录越权记录，之后操作结束。
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