CN109242484A - 一种区块链的共识激励方法 - Google Patents

一种区块链的共识激励方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种区块链的共识激励方法，包括：根据区块链网络中的节点传输的网络数据量，对所述节点进行相应的奖励。本发明的上述技术方案，至少能够避免由现有的Pow机制而导致的资源浪费、算力集中化、专用矿机耗资巨大等问题。

Description

一种区块链的共识激励方法
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，具体来说，涉及一种区块链的共识激励方法。
背景技术
区块链(Blockchain)是没有中央控制点的分布式对等网络，其使用分布式集体运作的方法，实现一套不可篡改的、可信任的数据库技术方案，其特点为去中心化存储、信息高度透明、不易篡改等。在区块链系统中,对于每个用户节点，在用户节点做出一定的工作量后，区块链系统会根据这个工作量做出相应的奖励。
(Proof-of-work，工作量证明)最早是一个经济学名词，它是指系统为达到某一目标而设置的度量方法。简单理解就是一份证明，用来确认你做过一定量的工作。监测工作的整个过程通常是极为低效的，而通过对工作的结果进行认证来证明完成了相应的工作量，则是一种非常高效的方式。
通俗一点说，区块链就是利用计算机程序在全网记录所有交易信息的“公开大账本”。记账是把交易记录、交易时间、账本序号、上一个Hash值等信息计算Hash打包的过程。
每次记账的时候会把上一个块的Hash值和当前的账页信息一起作为原始信息进行Hash。如果仅仅是这样，显然每个人都可以很轻松的完成记账。为了保证一定时间内(例如10分钟左右)只有一个人可以记账，就必须要提高记账的难度，使得Hash的结果必须以若干个0开头。同是为了满足这个条件，在进行Hash时引入一个随机数变量。在运算Hash时，不断的改变随机数的值，总可以找的一个随机数使的Hash的结果以若干个0开头，率先找到随机数的节点就获得此次记账的唯一记账权。
Hash值是由数字和大小写字母构成的字符串，每一位有62种可能性(可能为26个大写字母、26个小写字母，10个数字中任一个)，假设任何一个字符出现的概率是均等的，那么第一位为0的概率是1/62(其他位出现什么字符先不管)。Hash值以18个0开头，理论上需要尝试62的18次方次，这个数量是非常巨大的。如此大的计算量需要投入大量的计算设备、电力等。
目前在区块链系统中，比较成熟的Hashcash算法可包括具体以下步骤：
a.取一些公开的数据(取区块头的数据)；
b.给这个公开数据添加一个计数器。计数器默认从0开始(在区块链中计数器就是随机数值nonce)；
c.将data(数据)和counter(计数器)组合到一起，获得一个哈希；
d.检查哈希是否符合一定的条件：如果符合条件，则结束；如果不符合，则增加计数器，重复步骤c-d。
Hashcash原始的实现要求一个哈希的前20位必须是0,但在比特币系统中算0的位数为动态变化，保证每10分钟生成一个块。在编码实现时，我们需要把公开数据(取区块头)加nonce做哈希运算，然后和设定的难度比较，小于难度值则认为运算正确。
由上述可知，现有的区块链的共识激励方法具有以下问题：
1.计算hash造成大量的资源浪费，目前比特币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。这让依据算力公平分配奖励的机制，演变为了对矿机算力的大举投入，扭曲了最初的设计初衷。
2.PoW共识算法算力集中化，慢慢的偏离了原来的去中心化轨道。从比特币扩容之争可以看到，算力高的大型矿池是主人，而持币的人没有参与决定的权利，即将失去“去中心化”的标签。
3.耗资巨大的专用矿机，专用矿场的出现给整个比特币生态圈带来巨大的危机：研发专用芯片需要巨大的资金；生产矿机需要巨大资金；矿机的部署与运营巨大的资金(以今天全网300P，平均功耗1G/W，平均成本0.5元/度计算，每天的运营电费支出为360万人民币，那么全年需要13亿电费)；矿机的销售是按未来产出比特币的数量，再贴现销售给矿工。从系统中抽离大量的资金，矿工需要对赌难度的增长低于预期，币价上涨才能获得足够利润。
针对相关技术中上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中上述的问题，本发明提出一种区块链的共识激励方法，能够避免由Pow机制而导致的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
根据本发明的一个方面，提供了一种区块链的共识激励方法，包括：根据区块链网络中的节点传输的网络数据量，对节点进行相应的奖励。
根据本发明的实施例，共识激励方法还包括：响应于客户端节点发送的请求，相应的存储节点向客户端节点发送网络数据，其中，节点包括客户端节点和存储节点；记录客户端接收的网络数据量以及存储节点发送的网络数据量。
根据本发明的实施例，共识激励方法还包括：响应于客户端节点发送的请求，用于加速的网络主机节点向客户端节点发送网络数据，其中，节点包括网络主机节点；记录网络主机节点发送的网络数据量。
根据本发明的实施例，共识激励方法还包括：响应于客户端节点发送的请求分配多个存储节点，分配的多个存储节点中的一个存储节点作为目标存储节点，分配的多个存储节点中的其余存储节点作为中间存储节点；通过中间存储节点向目标存储节点发送任务请求。
根据本发明的实施例，共识激励方法还包括：目标存储节点通过中间存储节点将网络数据发送给任务来源节点。
根据本发明的实施例，在通过中间存储节点向目标存储节点发送任务请求之前还包括：向中间存储节点发送中转任务请求，中转任务请求包括中转任务的来源地址和目标地址；向目标存储节点发送任务请求，下载任务请求包括任务的来源地址。
根据本发明的实施例，共识激励方法还包括：选择多个网络主机节点组成测试群组，其中节点还包括网络主机节点；为测试群组中的各个网络主机节点分配相同的测试任务以对待测试存储节点下载的网络数据量进行测试。
根据本发明的实施例，在为测试群组中的各个网络主机节点分配相同的测试任务之后，还包括：在测试群组中的各个网络主机节点完成测试任务之后，各个网络主机节点分别返回待测试存储节点下载的网络数据量；根据各个网络主机节点返回的网络数据量判断待测试存储节点是否作弊。
根据本发明的实施例，测试群组中的各个网络主机节点是在无感知的情况下对待测试存储节点下载的网络数据量进行测试。
本发明的上述技术方案，以吞吐量作为区块链节点工作贡献的衡量标准。与现有技术相比，可以避免由Pow机制导致的资源浪费、算力集中化、专用矿机耗资巨大等问题；使用多节点参与数据传输的过程，能够避免单存储节点和客户端节点联合作弊；通过巡查机制，可以判断待测试节点是否作弊；进一步地通过无感知的巡查机制，可以避免巡查节点之间联合作弊。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的共识激励方法的多个节点的网络拓扑图；
图2是图1中的C节点发起下载任务的流程图；
图3是根据本发明实施例的多个PP节点参与中转数据的流程图；
图4是根据本发明实施例的共识激励方法的巡查机制的流程图。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，本发明提供了一种区块链的共识激励方法，该共识激励方法包括：根据区块链网络中的节点传输的网络数据量，对节点进行相应的奖励。通过本发明的上述技术方案，提供了一种基于吞吐量的工作证明。通过区块链网络中多个节点之间的网络数据吞吐量，来确定各个节点的工作能力和工作量，从而对付出工作的行为作出相应的奖励。与现有技术相比，可以避免由Pow机制导致的资源浪费、算力集中化、专用矿机耗资巨大等问题。
在一个实施例中，本发明的共识激励方法还可以包括以下步骤：响应于客户端节点发送的请求，相应的存储节点向客户端节点发送网络数据，其中，是述节点包括客户端节点和存储节点；记录客户端接收的网络数据量以及存储节点发送的网络数据量。
本发明的共识激励方法还可以包括以下步骤：响应于客户端节点发送的请求，用于加速的网络主机节点向客户端节点发送网络数据，其中，节点包括网络主机节点；记录网络主机节点发送的网络数据量。
图1示出了共识激励方法的多个节点的网络拓扑图，包括SP节点(管理节点)、PP节点(存储节点)、P节点(网络主机节点)和C节点(客户端节点)。这里对各个节点的功能进行如下说明。C节点为普通用户节点，是文件上传和下载的使用者。P节点用于：提供底层文件存取与上行带宽流量分享的网络主机节点。PP节点用于：完成文件存储任务，提供稳定快速的文件访问加速服务；向P分配文件存储任务；管理节点。SP节点用于：存储任务调度；文件读取的地址映射；PP状态信息在SP节点中全量同步；文件的存储索引关系信息在SP节点集群中存储和备份。
应当理解的是，吞吐量计算是指，定义一个计算周期，在这个计算周期内，统计每个节点传输的网络数据量。如果第一节点A向第二节点B发送了网络数据量M，那么M就是第一节点A提供的贡献值。
如图2所示，示出了图1中的C节点发起下载任务的流程图。其中，C节点发起一次下载任务，PP节点和P节点分别提供部分任务文件内容传输给C节点，在此过程中PP节点和P节点发送的数据量分别是他们的吞吐量。应当理解，图1和图2所示，仅是节点连接方式和网络数据传输方式的一个示例性实施例，并不对本发明构成任何限定。还应当理解的是，在图1至图4所示的实施例中，通过SP节点对其它节点进行任务调度等管理，但根据实际应用，也可利用其它可实施的模块来对节点进行管理，本发明对此不作出限定。
具体的，如图2所示，在步骤S201处，C节点向SP节点发起连接请求，连接成功后请求下载某个文件。
在步骤S202处，SP节点收到C节点的请求任务后，查询系统是否存在文件，若存在，则分配处理下载任务的PP节点,并将PP节点连接信息(例如IP和端口等)发送给C节点。
在步骤S203处，C节点收到SP节点发送来的PP节点连接信息后，向PP节点发送连接请求，连接成功后，C节点请求下载文件。
在步骤S204处，PP节点收到C节点的下载请求后，向C节点返回具体提供下载的PP节点连接信息和加速节点P节点的连接信息。
在步骤S205处，C节点向收到的处理节点发起连接，请求PP节点和P节点下载相关的文件块。
在步骤S206处，根据C节点的请求，PP节点和P节点传输文件内容给C节点。
在步骤S207处，C节点下载文件完成之后，通知SP节点下载任务相关的统计信息，该统计信息包括每个下载节点提供的下载数据量。
在步骤S208处，PP节点连接SP节点，并通知SP节点下载任务的相关统计信息。
随后，SP节点记录C节点、PP节点和P节点上传的下载任务的流量信息，登记提供下载流量的节点吞吐量记录。
在图2所示的下载流程中，C节点请求下载指定文件，存在C节点和文件提供节点PP联合作弊的可能。例如，C节点请求下载文件，但是PP节点并没有实际发送文件给C节点，然后C节点和PP节点都主动通知SP节点成功下载了文件,并且提供了一定量的文件,用来骗取流量收入。为了防止和发生此类作弊流程，所以本发明还设计多节点中转数据的流程，通过多节点的参与，提高C节点和PP节点联合作弊的成本，因为多节点中转数据需要联合多个PP节点，而且PP节点还是随机分配的，具有不确定因素。
在一个实施例中，本发明的共识激励方法还包括以下步骤：响应于客户端节点发送的请求分配多个存储节点，分配的多个存储节点中的一个存储节点作为目标存储节点，分配的多个存储节点中的其余存储节点作为中间存储节点；通过中间存储节点向目标存储节点发送任务请求。并且，目标存储节点通过中间存储节点将网络数据发送给任务来源节点。
其中，在通过中间存储节点向目标存储节点发送任务请求之前还包括以下步骤：向中间存储节点发送中转任务请求，中转任务请求包括中转任务的来源地址和目标地址；向目标存储节点发送任务请求，下载任务请求包括任务的来源地址。
本发明通过多个PP节点来参与数据的传输中转，能够避免PP节点和C节点联合作弊。图3示出了多个PP节点参与中转数据的流程图，其中：
在步骤S301处，C节点连接SP节点，连接成功后向SP节点发起数据下载请求。
在步骤S302处，SP节点收到请求后，生成任务识别id，分配3个PP节点(PP-1节点、PP-2节点和PP-3节点)处理数据，其中PP-3节点是目标文件储存节点，PP-1节点和PP-2节点是中间转发节点。SP节点发送中转下载任务请求(携带任务id)给PP-1节点，说明该任务的来源地址是P节点，转发的目标节点是PP-2节点，PP-1节点返回接收到请求。
在步骤S303处，SP节点发送中转下载任务请求(携带任务id)给PP-2节点，说明该任务的来源地址是PP-1节点，转发的目标节点是PP-3节点，PP-2节点返回接收到请求。
在步骤S304处，SP发送下载文件任务请求(携带任务id)给PP-3节点，说明该任务的来源地址是PP-2节点，PP-3节点返回接收到请求。
在步骤S305处，SP节点收到所有PP节点的成功应答后，返回PP-1节点的节点信息和任务失败id给P。
在步骤S306处，P节点向PP-1节点发送下载文件请求(携带任务id)。
在步骤S307处，PP-1节点收到P节点的下载任务请求后，将消息转发给PP-2节点。
在步骤S308处，PP-2节点收到P节点的下载任务请求后，将消息转发给PP-3节点。
在步骤S309处，PP-3节点将文件内容发送到PP-2节点。
在步骤S310处，PP-2节点将文件内容转发给PP-1节点。
在步骤S311处，PP-1节点将文件内容转发给P节点。
对于节点的吞吐量是通过它提供的流量服务来证明的。工作任务由其它管理节点(例如SP节点)来发布，PP节点本身不能产生流量。工作量是否达标，要由SP节点和最终消费的P节点来验证。在该吞吐流量的统计流程中，可能存在PP节点和C节点汇报的流量数据不一致的情况。例如，在C节点申请下载、PP节点提供下载之后，C节点和PP节点联合向SP节点汇报工作量的时候，C节点和PP节点提交了互相矛盾的数据。为了识别是哪个节点作恶，本发明设计了如下的巡查机制。
在一个实施例中，选择多个网络主机节点组成测试群组，其中上述节点包括网络主机节点；为测试群组中的各个网络主机节点分配相同的测试任务以对待测试存储节点下载的网络数据量进行测试。
其中，在为测试群组中的各个网络主机节点分配相同的测试任务之后，还包括以下步骤：在测试群组中的各个网络主机节点完成测试任务之后，各个网络主机节点分别返回待测试存储节点下载的网络数据量；根据各个网络主机节点返回的网络数据量判断待测试存储节点是否作弊。
进一步的，测试群组中的各个网络主机节点是在无感知的情况下对待测试存储节点下载的网络数据量进行测试。应当理解，无感知的情况是指，对于测试群组中的各个网络主机节点，各个网络主机节点不知道自己是测试巡查节点，也就是说，对于测试群组中的各个巡查节点，在分配到巡查任务时,和普通用户下载文件流程相同。这样，可以避免测试巡查节点(即测试群组中的网络主机节点)联合作弊。
图4示出了本发明的巡查机制的流程图。参考图4所示，SP节点在一定的时间或者范围内，会选择几个P节点组成一个测试群组。优选的，选择位于分散区域的P节点组成测试群组。可选的，测试群组中的P节点的数量大于等于3。然后给测试群组分配测试任务，SP节点会分配相同的测试任务给测试群组中的各个P节点，以测试相同一个PP节点对相同文件的下载吞吐量。通过测试群组完成测试任务后，将下载统计信息提交到SP节点。比较所有的下载统计信息，选择多数P节点返回的测试结果为合理的测试结果。以该测试结果为参考标准对比PP节点之前提交的下载任务的统计信息来判断PP节点是否有作弊行为。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，以吞吐量作为区块链节点工作贡献的衡量标准。与现有技术相比，可以避免由Pow机制导致的资源浪费、算力集中化、专用矿机耗资巨大等问题；使用多节点参与数据传输的过程，能够避免单存储节点和客户端节点联合作弊；通过巡查机制，可以判断待测试节点是否作弊；进一步地通过无感知的巡查机制，可以避免巡查节点之间联合作弊。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种区块链的共识激励方法，其特征在于，包括：
根据区块链网络中的节点传输的网络数据量，对所述节点进行相应的奖励。
2.根据权利要求1所述的区块链的共识激励方法，其特征在于，还包括：
响应于客户端节点发送的请求，相应的存储节点向所述客户端节点发送网络数据，其中，所述节点包括所述客户端节点和所述存储节点；
记录所述客户端接收的网络数据量以及所述存储节点发送的网络数据量。
3.根据权利要求2所述的区块链的共识激励方法，其特征在于，还包括：
响应于客户端节点发送的请求，用于加速的网络主机节点向所述客户端节点发送网络数据，其中，所述节点包括所述网络主机节点；
记录所述网络主机节点发送的网络数据量。
4.根据权利要求2所述的区块链的共识激励方法，其特征在于，还包括：
响应于客户端节点发送的请求分配多个存储节点，分配的多个存储节点中的一个存储节点作为目标存储节点，分配的多个存储节点中的其余存储节点作为中间存储节点；
通过所述中间存储节点向所述目标存储节点发送任务请求。
5.根据权利要求4所述的区块链的共识激励方法，其特征在于，还包括：
所述目标存储节点通过所述中间存储节点将网络数据发送给任务来源节点。
6.根据权利要求5所述的区块链的共识激励方法，其特征在于，在通过所述中间存储节点向所述目标存储节点发送任务请求之前还包括：
向所述中间存储节点发送中转任务请求，所述中转任务请求包括中转任务的来源地址和目标地址；
向所述目标存储节点发送任务请求，所述下载任务请求包括任务的来源地址。
7.根据权利要求2所述的区块链的共识激励方法，其特征在于，还包括：
选择多个网络主机节点组成测试群组，其中所述节点还包括所述网络主机节点；
为所述测试群组中的各个网络主机节点分配相同的测试任务以对待测试存储节点下载的网络数据量进行测试。
8.根据权利要求7所述的区块链的共识激励方法，其特征在于，为所述测试群组中的各个网络主机节点分配相同的测试任务之后，还包括：
在所述测试群组中的各个网络主机节点完成所述测试任务之后，各个网络主机节点分别返回待测试存储节点下载的网络数据量；
根据各个网络主机节点返回的网络数据量判断所述待测试存储节点是否作弊。
9.根据权利要求7所述的区块链的共识激励方法，其特征在于，所述测试群组中的各个网络主机节点是在无感知的情况下对待测试存储节点下载的网络数据量进行测试。
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