CN109039713A - 一种区块链共识装置与算法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种区块链共识装置，包括合约模块、投票模块、出块模块和存储模块，所述合约模块用于执行智能合约，通过智能合约可以将普通节点成为共识节点，所述投票模块是用于从参与共识的节点中通过投票的方式选举出leader节点，所述出块模块是指leader节点打包区块单元数据，并将区块单元数据放入区块链内，所述存储模块是用于存储放入区域链内的数据信息，本发明还提供了一种区块链共识算法。本发明创造性的把raft算法与DPoS共识算法做了融合，提供一种高效且安全性好的共识装置与算法，满足对交易速度要求高的区块链应用的需要，在没有降低raft共识性能的情况下，增强了共识的安全性。

Description

一种区块链共识装置与算法
技术领域
本发明涉及互联网信息处理技术以及计算机技术领域，尤其涉及一种区块链共识装置与算法。
背景技术
区块链技术是一种分布式互联网数据库技术，也称为分布式账本技术，具备去中心化、公开透明、不可篡改、可信任、集体维护、可溯源等特点。基于这些特点，区块链不仅在金融行业落地生根，也在其他行业遍地开花，推动着生产关系变革。
数据要写入区块链，需要经过共识过程。所谓共识，也就是多个区块链节点对入链数据进行计算验证，并经由其中一个节点写入区块链。共识算法在共识节点数量、交易性能、安全性三者中，只能三兼其二。随着区块链应用的增多，对区块链的交易性能要求变高，主流的共识算法如PoW难以胜任，PBFT与DPoS交易性能居中且安全性尚可，Raft理论上处理速度最块但安全性弱。
专利申请号：201710062689.4一种基于Raft算法的区块链共识机制，包括步骤：将区块链的共识节点信息存储于区块链上，并将共识节点的初始状态置为跟随者；基于Raft算法并结合区块高度选举初始领导者状态的共识节点，领导者状态的共识节点用于记录交易事件并生成新区块；领导者状态的共识节点任期结束时，将重新选举领导者状态的共识节点，把Raft算法与区块链高度融合处理，但是在安全性方面没有多大改进，仍然存在安全性问题。
发明内容
本发明是为了解决现有技术中的问题，而提出的一种区块链共识装置与算法，目的是把Raft算法与DPos算法做了融合，提供一种高效且安全性好的共识装置与算法，满足对交易速度要求高的区块链应用的需要。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种区块链共识装置，包括合约模块、投票模块、出块模块和存储模块，其特征在于：所述合约模块用于执行智能合约，通过智能合约可以将普通节点成为共识节点，所述投票模块是用于从参与共识的节点中通过投票的方式选举出leader节点，所述出块模块是指leader节点打包区块单元数据，并将区块单元数据放入区块链内，所述存储模块是用于存储放入区域链内的数据信息。
优选的，所述投票模块选出leader节点后，由其负责产生区块单元，为了平衡效率与安全，在leader节点连续生成设定的多个区块单元后，将从共识节点中重新选举出新leader节点，并且所有leader节点产生的区块单元需要获得过半共识节点的确认签名，才能放入区块链中。
本发明还提供了一种区块链共识装置的算法，包括以下步骤：
(1)、共识节点的创建：区块链内设置有智能合约，普通节点通过智能合约可以变成共识节点；
(2)、选出leader节点：采用Raft算法，从共识节点中选出leader节点；
(3)、leader节点把交易队列中的交易请求打包成区块单元，形成一个区块单元；
(4)、leader节点把形成的区块单元发送给其他的若干个共识节点进行确认签名，若确认签名数小于共识节点总数的一半，则无法形成新区块单元，若确认签名数大于共识节点总数的一半，则可以形成新区块单元；
(5)、leader节点把新区块单元进行打包并放入区域链内，同时在全网进行广播；
(6)、存储模块将放入区块链内的交易请求数据进行储存。
优选的，所述步骤(1)中普通节点通过智能合约可以变成共识节点的具体步骤为：
(1.1)、普通节点向合约模块发送资产抵押通证；
(1.2)、合约模块接收到资产抵押通证后对其进行审核；
(1.3)、若审核资产抵押通证符合要求，则授予普通节点为共识节点，若审核资产抵押通证不符合要求，则不授予普通节点为共识节点。
优选的，所述步骤(4)中，一个新的区块单元形成后，系统会给每个参与的共识节点进行奖励，所述奖励条件设置在智能合约内。
优选的，所述区块单元包括的信息有区块序号、交易信息、区块状态的Hash值、签名信息和时间戳。
优选的，所述区块单元内包括leader节点和若干共识节点，所述共识节点包括的信息有节点名称、节点IP、端口和节点状态。
与现有技术相比，本发明提供了一种区块链共识装置与算法，具备以下有益效果：
(1)、该区块链共识装置与算法，通过创造性的把raft算法与DPoS共识算法做了融合，在没有降低raft共识性能的情况下，增强了共识的安全性。
(2)、该区块链共识装置与算法，通过在区块链内设置一个智能合约，智能合约具有资产抵押/赎回，授权/取消授权共识节点的功能，参与共识的节点需要抵押一定资产，这样提高了作恶成本，促使共识节点在共识投票时担负起责任，提高投票的有效性。
(3)、该区块链共识装置与算法，通过采用Raft算法从参与共识的节点中选举出leader节点后，由leader节点负责产生区块单元，在leader节点连续生成设定的多个区块单元后，将从共识节点中重新选举出新的leader节点，目的是平衡效率，同时提高安全性。
该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，本发明结构简单，操作方便。
附图说明
图1为本发明提出的一种区块链共识装置的组成图；
图2为本发明提出的一种区块链共识装置的算法的流程图；
图3为本发明提出的一种区块链共识算法的共识节点组建流程图
图中：1、合约模块；2、投票模块；3、出块模块；4、存储模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
如图1所示，一种区块链共识装置，包括合约模块1、投票模块2、出块模块3和存储模块4，合约模块1用于执行智能合约，通过智能合约可以将普通节点成为共识节点，投票模块2是用于从参与共识的节点中通过投票的方式选举出leader节点，出块模块3是指leader节点打包区块单元数据，并将区块单元数据放入区块链内，存储模块4是用于存储放入区域链内的数据信息。
需要说明的是，普通节点通过合约模块1中的智能合约变成共识节点，然后共识节点通过投票模块2从所有参与的共识节点中选出leader节点，leader节点负责产生区块单元，接着leader节点利用出块模块3将产生的区块单元数据进行打包，并将打包后的区块单元数据放入区块链内，最后存储模块4对放入区域链内的数据信息进行存储。
进一步的，投票模块选出leader节点后，由其负责产生区块单元，为了平衡效率与安全，在leader节点连续生成设定的多个区块单元后，将从共识节点中重新选举出新leader节点，并且所有leader节点产生的区块单元需要获得过半共识节点的确认签名，才能放入区块链中。
实施例2
如图2所示，一种区块链共识算法，包括以下步骤：
(1)、共识节点的创建：区块链内设置有智能合约，普通节点通过智能合约可以变成共识节点；
(2)、选出leader节点：采用Raft算法，从共识节点中选出leader节点；
(3)、leader节点把交易队列中的交易请求打包成区块单元，形成一个区块单元；
(4)、leader节点把形成的区块单元发送给其他的若干个共识节点进行确认签名，若确认签名数小于共识节点总数的一半，则无法形成新区块单元，若确认签名数大于共识节点总数的一半，则可以形成新区块单元；
(5)、leader节点把新区块单元进行打包并放入区域链内，同时在全网进行广播；
(6)、存储模块4将放入区块链内的交易请求数据进行储存。
进一步的，步骤(4)中，一个新的区块单元形成后，系统会给每个参与的共识节点进行奖励，奖励条件设置在智能合约内。
进一步的，区块单元包括的信息有区块序号、交易信息、区块状态的Hash值、签名信息和时间戳。
进一步的，区块单元内包括leader节点和若干共识节点，所述共识节点包括的信息有节点名称、节点IP、端口和节点状态。
实施例3
如图3所示，普通节点通过智能合约可以变成共识节点的具体步骤为：
a、普通节点向合约模块1发送资产抵押通证；
b、合约模块1接收到资产抵押通证后对其进行审核；
c、若审核资产抵押通证符合要求，则授予普通节点为共识节点，若审核资产抵押通证不符合要求，则不授予普通节点为共识节点。
参与共识的节点需要抵押一定资产，这样提高了作恶成本，促使共识节点在共识投票时担负起责任，从而提高投票的有效性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种区块链共识装置，包括合约模块、投票模块、出块模块和存储模块，其特征在于：所述合约模块用于执行智能合约，通过智能合约可以将普通节点成为共识节点，所述投票模块是用于从参与共识的节点中通过投票的方式选举出leader节点，所述出块模块是指leader节点打包区块单元数据，并将区块单元数据放入区块链内，所述存储模块是用于存储放入区域链内的数据信息。
2.根据权利要求1所述的一种区块链共识装置，其特征在于：所述投票模块选出leader节点后，由其负责产生区块单元，为了平衡效率与安全，在leader节点连续生成设定的多个区块单元后，将从共识节点中重新选举出新leader节点，并且所有leader节点产生的区块单元需要获得过半共识节点的确认签名，才能放入区块链中。
3.根据权利要求1-2任一所述的一种区块链共识装置的共识算法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、共识节点的创建：区块链内设置有智能合约，普通节点通过智能合约可以变成共识节点；
(2)、选出leader节点：采用Raft算法，从共识节点中选出leader节点；
(3)、leader节点把交易队列中的交易请求打包成区块单元，形成一个区块单元；
(4)、leader节点把形成的区块单元发送给其他的若干个共识节点进行确认签名，若确认签名数小于共识节点总数的一半，则无法形成新区块单元，若确认签名数大于共识节点总数的一半，则可以形成新区块单元；
(5)、leader节点把新区块单元进行打包并放入区域链内，同时在全网进行广播；
(6)、存储模块将放入区块链内的交易请求数据进行储存。
4.根据权利要求3所述的一种区块链共识算法，其特征在于：所述步骤(1)中普通节点通过智能合约可以变成共识节点的具体步骤为：
(1.1)、普通节点向合约模块发送资产抵押通证；
(1.2)、合约模块接收到资产抵押通证后对其进行审核；
(1.3)、若审核资产抵押通证符合要求，则授予普通节点为共识节点，若审核资产抵押通证不符合要求，则不授予普通节点为共识节点。
5.根据权利要求3所述的一种区块链共识算法，其特征在于：所述步骤(4)中，一个新的区块单元形成后，系统会给每个参与的共识节点进行奖励，所述奖励条件设置在智能合约内。
6.根据权利要求3所述的一种区块链共识算法，其特征在于：所述区块单元包括的信息有区块序号、交易信息、区块状态的Hash值、签名信息和时间戳。
7.根据权利要求3所述的一种区块链共识算法，其特征在于：所述区块单元内包括leader节点和若干共识节点，所述共识节点包括的信息有节点名称、节点IP、端口和节点状态。
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