CN108846750A - 一种股权证明共识方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种股权证明共识方法，首先根据挖矿请求冻结相应数量的代币并分配挖矿编号，将挖矿编号记录在区块链上；其次，根据挖矿编号、用户地址、第一区块的出块时间和系统不确定性参数生成第一区块的权益哈希值；最后，判断权益哈希值是否小于目标值：是，则将第一区块广播至其它共识节点，以供验算第一区块，并在验算通过后将第一区块写入区块链；其中，目标值根据区块链中上一个区块的出块时间生成。本发明提供的股权证明共识方法的区块链系统，采用判断权益哈希值与目标值的大小来选择生成区块的共识节点，使得每个区块高度的出块时间相近；采用迭代的系统不确定性参数，使攻击者难以预测或安排挖矿的区块高度，增加了区块链系统的安全性；采用冻结相应数量的代币并分配挖矿编号的方法，用户根据冻结的代币数量公平的获得挖矿收益，优化了用户体验。

Description

一种股权证明共识方法

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，涉及一种股权证明共识方法。

背景技术

工作量证明(POW)共识模式因其算法简单、容易实现等优点，被运用于大多区块链系统，但是POW共识机制有耗费大量电力、算力，共识达成时间长等缺点。股权证明(POS)共识机制相对于POW共识机制，在一定程度上缩短了共识达成时间，也不需要浪费大量电力、算力。POS共识机制虽然有诸多好处，但是目前还没有非常成功的使用POS共识机制的区块链系统。

综上所述，当前需要提供一种可成功适用于区块链系统的POS共识机制。

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一种股权证明共识方法。

第一方面，本发明提供一种股权证明共识方法，包括：

根据挖矿请求冻结相应数量的代币并分配挖矿编号，将挖矿编号记录在区块链上；

根据挖矿编号、用户地址、第一区块的出块时间和系统不确定性参数生成第一区块的权益哈希值；

判断权益哈希值是否小于目标值：是，则将第一区块广播至其它共识节点，以供验算第一区块，并在验算通过后将第一区块写入区块链；其中，目标值根据区块链中目标挖矿时间和实际挖矿时间动态调整。

第二方面，本发明还提供一种设备，包括一个或多个处理器和存储器，其中存储器包含可由该一个或多个处理器执行的指令以使得该一个或多个处理器执行根据本发明各实施例提供的股权证明共识方法。

第三方面，本发明还提供一种存储有计算机程序的存储介质，该计算机程序使计算机执行根据本发明各实施例提供的股权证明共识方法。

本发明的有益成果为：

本发明设计了一种股权证明共识方法，首先根据挖矿请求冻结相应数量的代币并分配挖矿编号，将挖矿编号记录在区块链上；其次，根据挖矿编号、用户地址、第一区块的出块时间和系统不确定性参数生成第一区块的权益哈希值；最后，判断权益哈希值是否小于目标值：是，则将第一区块广播至其它共识节点，以供验算第一区块，并在验算通过后将第一区块写入区块链；其中，目标值根据区块链中上一个区块的出块时间生成。本发明提供的股权证明共识方法的区块链系统，采用判断权益哈希值与目标值的大小来选择生成区块的共识节点，使得每个区块高度的出块时间相近；采用迭代的系统不确定性参数，使攻击者难以预测或安排挖矿的区块高度，增加了区块链系统的安全性；采用冻结相应数量的代币并分配挖矿编号的方法，用户根据冻结的代币数量公平的获得挖矿收益，优化了用户体验。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例提供的一种股权证明共识方法的流程图。

图2为图1所示的一种优选实施方式中步骤S14的流程图。

图3为本发明一实施例提供的一种设备的结构示意图。

具体实施方法

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1为本发明一实施例提供的一种股权证明共识方法的流程图。如图1所示，在本实施例中，本发明提供一种股权证明共识方法，包括：

S12：根据挖矿请求冻结相应数量的代币并分配挖矿编号，将挖矿编号记录在区块链上；

S14：根据挖矿编号、用户地址、第一区块的出块时间和系统不确定性参数生成第一区块的权益哈希值；

S16：判断权益哈希值是否小于目标值：是，则将第一区块广播至其它共识节点，以供验算第一区块，并在验算通过后将第一区块写入区块链；其中，目标值根据区块链中上一个区块的出块时间生成。

具体的，假设有如下应用场景，规定每冻结10000个代币可以分配一个挖矿编号，用户A有10000个代币，用户A的用户地址为addr(A)，哈希运算采用sha256算法。

在步骤S12中，根据用户A提交的挖矿请求，将10000个代币冻结，并为用户A分配1个挖矿编号id(A)；

在步骤S14中，根据挖矿编号id(A)、用户地址addr(A)、第一区块的出块时间blocktime和系统不确定性参数modify生成第一区块的权益哈希值stakehash，

stakehash＝sha256(id(A)+addr(A)+blocktime+modify)；

在步骤S16中，判断权益哈希值是否小于目标值target：是，则将第一区块广播至其它共识节点，以供验算第一区块，并在验算通过后将第一区块写入区块链；其中，目标值target根据区块链中目标挖矿时间target-time和实际挖矿时间real-time动态调整，具体的，若目标值target设置过高，挖矿难度低，则设置新的目标值，设置新的目标值的方法为：

target(new)＝target(old)*(real-time/target-time)，

若target(new)/target(old)＝1/4，则代表挖矿难度为原有难度的4倍。

图2为图1所示的一种优选实施方式中步骤S14的流程图。如图2所示，在一优选实施例中，步骤S14包括：

S141：根据挖矿编号和用户地址生成挖矿号编号；

S143：根据挖矿号编号、第一区块的出块时间和系统不确定性参数生成第一区块的权益哈希值。

具体的，以图1的假设应用场景为应用场景。

在步骤S141中，根据挖矿编号id(A)和用户地址addr(A)生成挖矿号编号ticketid(A)，

ticketid(A)＝sha(id(A)+addr(A)+blocktime+modify)；

在步骤S143中，根据挖矿号编号、第一区块的出块时间和系统不确定性参数生成第一区块的权益哈希值，

stakehash＝sha256(ticketid(A)+blocktime+modify)；

在一种优选实施例中，系统不确定性参数每隔若干区块进行迭代更新。

在一种优选实施例中，，系统不确定性参数modify的迭代更新的方法为：

modify(new)＝sha256(modify(old)+total)；

其中，modify(old)为迭代更新前的系统不确定性参数，modify(new)为迭代更新后的系统不确定性参数，total为区块高度相关的区块生成时间参数，sha256为一种哈希运算；

区块生成时间参数total也是迭代更新的，区块生成时间参数total迭代更新的方法为：

if timeSource％4＝＝0，

total(new)＝total(old)+block.blocktime，

其中，timeSource为区块链中所有区块的生成时间的总和，blocktime为当前区块的区块生成时间。

在一优选实施例中，当用户花费代理挖矿费用授权的挖矿地址所在节点执行图1所示的方法时，用户的私钥无需实时在线。

具体的，假设有如下应用场景，规定每冻结10000个代币可以分配一个挖矿编号，用户A有3000个代币，用户B有3000个代币、用户C有6000个代币，用户A、用户B、用户C约定共同花费代理挖矿费用共同授权一个代理挖矿地址生成区块，并共同抵押代币获得1个挖矿编号；授权代理挖矿后，用户A、用户B、用户C的私钥不用实时在线。

在一优选实施例中，根据挖矿请求冻结相应数量的代币并分配挖矿编号包括：

根据挖矿请求冻结若干用户共同缴纳的代币，根据冻结的代币数量分配相应数量的挖矿编号；还包括：根据冻结的代币中各用户的缴纳比例分配挖矿收益。

具体的，假设有如下应用场景，规定每冻结10000个代币可以分配一个挖矿编号，用户A有3000个代币，用户B有3000个代币、用户C有6000个代币，用户A、用户B、用户C约定共同花费代理挖矿费用共同授权一个代理挖矿地址生成区块，并共同抵押代币获得1个挖矿编号，且假设生成一个区块可以获得10个代币；

实际上，代理挖矿地址只会冻结10000个代币，因此用户A实际冻结代币为3000个，用户B实际冻结代币为3000个，用户C实际冻结代币为4000个，在代理挖矿地址生成一个区块后，用户A最终分到3个代币，用户B最终分到3个代币，用户C最终获得4个代币。

在一优选实施例中，挖矿编号生成新区块后，在约定的区块高度范围内不被允许生成新区块。

具体的，假设有如下应用场景，规定每冻结10000个代币可以分配一个挖矿编号，用户A有10000个代币，每生成一个区块的平均时长为15秒，当前区块生成的时间为blocktime(0)；

约定，若挖矿编号生成新区块的时间在当前区块生成之后的46小时以内生成，则用户A的10000个代币的解冻时间unfretime为48小时；

若挖矿编号生成新区块的时间在当前区块生成之后的46小时及46小时以后生成，则用户A的10000个代币的解冻时间unfretime为生成新区块的时间blocktime(new)加上2小时。

在一优选实施例中，侦测到第一共识节点在第一区块高度范围内在不同分叉链下生成区块的违规行为时，生成违规记录信息，将违规记录信息发送至下一个区块中，以供各共识节点验证并惩罚第一共识节点，并发放举报奖励。

具体的，假设有如下应用场景，在第150个区块高度时，区块链系统产生分叉形成分叉链M和分叉链N，第一区块高度范围为50个区块高度，第一共识节点为节点B；

用户A侦测到：共识节点B在155个区块高度时，在分叉链M中生成区块，在50个区块高度内，例如在175个区块高度时，在分叉链N中生成区块；此时用户A判定共识节点B存在违规行为，生成违规记录信息，将违规记录信息发送至下一个区块中，以供各共识节点验证并惩罚共识节点B；区块链系统则从共识节点B冻结的代币中提取一部分惩罚金奖励给用户A，其中，惩罚金的金额要大于单个区块生成所获得的收益。

图3为本发明一实施例提供的一种设备的结构示意图。

如图3所示，作为另一方面，本申请还提供了一种设备300，包括一个或多个中央处理单元(CPU)301，其可以根据存储在只读存储器(ROM)302中的程序或者从存储部分308加载到随机访问存储器(RAM)303中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM303中，还存储有设备800操作所需的各种程序和数据。CPU801、ROM802以及RAM303通过总线304彼此相连。输入/输出(I/O)接口305也连接至总线304。

以下部件连接至I/O接口305：包括键盘、鼠标等的输入部分306；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分307；包括硬盘等的存储部分308；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分309。通信部分309经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器310也根据需要连接至I/O接口305。可拆卸介质311，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器310上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分308。

特别地，根据本公开的实施例，上述任一实施例描述的股权证明共识方法可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在机器可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包含用于执行托管方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分309从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质311被安装。

作为又一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例的装置中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，该程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本申请的托管方法。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这根据所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以通过执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以通过专用硬件与计算机指令的组合来实现。

与现有技术相比，本发明的有益成果为：本发明设计了一种股权证明共识方法，首先根据挖矿请求冻结相应数量的代币并分配挖矿编号，将挖矿编号记录在区块链上；其次，根据挖矿编号、用户地址、第一区块的出块时间和系统不确定性参数生成第一区块的权益哈希值；最后，判断权益哈希值是否小于目标值：是，则将第一区块广播至其它共识节点，以供验算第一区块，并在验算通过后将第一区块写入区块链；其中，目标值根据区块链中上一个区块的出块时间生成。本发明提供的股权证明共识方法的区块链系统，采用判断权益哈希值与目标值的大小来选择生成区块的共识节点，使得每个区块高度的出块时间相近；采用迭代的系统不确定性参数，使攻击者难以预测或安排挖矿的区块高度，增加了区块链系统的安全性；采用冻结相应数量的代币并分配挖矿编号的方法，用户根据冻结的代币数量公平的获得挖矿收益，优化了用户体验。

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 (11)

1.一种股权证明共识方法，其特征在于，包括：

根据挖矿请求冻结相应数量的代币并分配挖矿编号，将所述挖矿编号记录在区块链上；

根据所述挖矿编号、用户地址、第一区块的出块时间和系统不确定性参数生成第一区块的权益哈希值；

判断所述权益哈希值是否小于目标值：是，则将所述第一区块广播至其它共识节点，以供验算所述第一区块，并在验算通过后将所述第一区块写入区块链；其中，所述目标值根据区块链中目标挖矿时间和实际挖矿时间动态调整。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述挖矿编号、用户地址、第一区块的出块时间和系统不确定性参数生成第一区块的权益哈希值包括：

根据所述挖矿编号和用户地址生成挖矿号编号；

根据所述挖矿号编号、第一区块的出块时间和系统不确定性参数生成第一区块的权益哈希值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统不确定性参数每隔若干区块进行迭代更新。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述迭代更新的方法为：

modify(new)＝F(modify(old)+total)；

其中，modify(old)为迭代更新前的系统不确定性参数，modify(new)为迭代更新后的系统不确定性参数，total为区块高度相关的区块生成时间参数，F()为哈希运算。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述方法由用户花费代理挖矿费用授权的挖矿地址所在节点执行时，所述用户的私钥无需实时在线。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据挖矿请求冻结相应数量的代币并分配挖矿编号包括：

根据挖矿请求冻结若干用户共同缴纳的代币，根据冻结的代币数量分配相应数量的挖矿编号；

所述方法还包括：

根据冻结的代币中各用户的缴纳比例分配挖矿收益。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述挖矿编号生成新区块后，在约定的区块高度范围内不被允许生成新区块。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

侦测到第一共识节点在第一区块高度范围内在不同分叉链下生成区块的违规行为时，生成违规记录信息，将所述违规记录信息发送至下一个区块中，以供各共识节点验证并惩罚所述第一共识节点，并发放举报奖励。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所冻结的代币在第一冻结期内不能解冻，在对应的挖矿编号生成新区块后的第二冻结期内不能解冻；

所述代币被冻结后，对应的挖矿编号配置有挖矿冻结期。

10.一种设备，其特征在于，所述设备包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行如权利要求1-9中任一项所述的方法。

11.一种存储有计算机程序的存储介质，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-9中任一项所述的方法。