CN109409887A - 实现区块链共识机制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现区块链共识机制的方法，该区块链节点信息存储于区块链上，节点通过P2P网络连接，所述的方法包括：1)工作量证明的题目获取；2)对PoW难题的求解；3)进行投票；所述投票就是将难题计算出来的解投给候选BP，通过此方式提交到区块链，并计入区块链的状态数据库中；4)进行计票；在一个选举周期结束时，开始计票；5)出块；所述出块是当选BP(Block Producer，以下简称BP)以自身的网络资源状况商议出一个出块权拥有顺序，每个BP节点拥有出块权时区块奖励是每个有效的不可逆块得到固定奖励。本发明在于提供一种去中心化高效、稳定，竞争公平、合理的实现区块链共识机制的方法。

Description

实现区块链共识机制的方法

技术领域

本发明涉及计算机应用技术领域，尤其涉及一种实现区块链共识机制的方法。

背景技术

目前区块链逐渐成为“价值互联网”的重要基础措施，各国都开始积极拥抱区块链技术，开辟国际产业竞争的新赛道，抢占新一轮产业创新的制高点，以强化国际竞争力。

当前我国已具备较好的区块链发展趋势，拥有广泛的区块链技术应用落地场景。工业和信息化部信息中心发布的《2018年中国区块链产业白皮书》显示，我国区块链产业生态初步形成。截至2018年3月底，我国以区块链业务为主营业务的区块链公司数量达到456家，产业初步形成规模。

区块链的信任机制无须中心化机构来背书，而由区块链中的用户信任区块链协议下的软件系统即可实现交易，也无须依赖任何中间环节。这样一种信任的前提即是区块链的共识机制(Consensus)，即在一个互不信任的公开市场中，要想使各节点达成一致的充分必要条件是每个节点出于对自身利益的最大化考量，都会自觉严格遵守预先约定的规则，校验每一笔交易记录的有效性，并将校验结果为真的交易记录记入区块链之中。

现有的技术方案一般以工作量证明共识(以下简称PoW)和拜占庭容错的授权股权证明共识(以下简称BFT-DPoS)为主，所述工作量证明共识实现方式是通过分布式节点的算力竞争来保证数据的一致性和共识的安全性，任何人都可以投入算力并通过竞争来获得奖励，拥有高度的去中心化优势；而所述拜占庭容错的授权股权证明共识实现方式为：持有股份的用户通过投票方式来选取区块生产者，由选出的BP来产生区块并记录到区块链，且BP数量一般为奇数。BP按照一定顺序轮流产生新的区块，由于每个BP产生新区块才能完成确认，根据固定每0.5秒生产一个区块，在广播后平均0.25秒，交易可认定为99.9％确定。这样就极大的提高了出块速度和效率。

虽然工作量证明共识(PoW)共识方式拥有着高度去中心化的优势，但是，在效率方面却有着较为明显的缺陷，更无法满足大规模的商业应用。

所述拜占庭容错的授权股权证明共识(BFT-DPoS)共识方式虽然将效率大大提高，但是采用权益证明投票的方式会使BP更换频次减少。一旦权益集中在少数人手里，则增加了普通参与者获取利益的门槛；同时由于BP轮换减少导致缺乏竞争，也影响了去中心化程度。

中国专利申请号：201711395845.5，申请日为：2017年12月21日，公开日：2018年07月24日，专利名称是：一种实现区块链共识机制的方法，公开了一种一种实现区块链共识机制的方法，包括：S1、根据上一区块对应的Hash值，利用预设的第一选取方法确定当前区块的第一提交节点，由第一提交节点生成第一待验证区块，并将第一待验证区块广播至各非提交节点；每一非提交节点对第一待验证区块的有效性进行验证，并生成接受或拒绝的表决结果；当表决结果为接受的非提交节点的数量占节点总数的比例大于预设阈值时，将第一待验证区块作为当前区块，并添加到区块链中；将当前区块作为新的上一区块，返回执行步骤S1。本发明提供的一种实现区块链共识机制的方法，通过预设的选取方法确定提交节点，并对提交节点生成的区块的有效性进行验证，实现了区块链共识，确定提交节点的效率高，因而区块链生成的效率高。

上述专利文献虽然公开了一种实现区块链共识机制的方法，但是该方法去中心化不稳定，效率并不高效，而且缺乏竞争，影响了去中心化程度。

发明内容

有鉴于此，本发明在于提供一种去中心化高效、稳定，竞争公平、合理的实现区块链共识机制的方法。

为了实现本发明目的，可以采取以下技术方案：

一种实现区块链共识机制的方法，该区块链节点信息存储于区块链上，节点通过P2P网络连接，所述的方法包括：

步骤1)工作量证明的题目获取；所述工作量证明是对一个PoW难题进行Hash运算；

步骤2)对PoW难题的求解；针对该难题进行一个随机数的数学Hash运算，如果得到的Hash值小于某个特定的值，则得到该难题的解；

步骤3)进行投票；所述投票就是将难题计算出来的解投给候选BP，通过此方式提交到区块链，并计入区块链的状态数据库中；

步骤4)进行计票；在一个选举周期结束时，开始计票，根据候选BP名下的票数从大到小排序，取排名靠前的N个候选BP；

步骤5)出块；所述出块是当选BP以自身的网络资源状况商议出一个出块权拥有顺序，每个BP节点拥有出块权时区块奖励是每个有效的不可逆块得到固定奖励。

所述步骤1)中该PoW难题包括该难题的题目，该题目为：target＝hash(block_id+account)^difficulty。

所述步骤2)中难题求解过程包括：

所述步骤3)还包括在一个选举周期内，每个投票者可算出的解的最大值就是N，每个解只能投给一个候选BP，可投出的选票数量也就为N。

所述步骤4)还包括插入BP列表，并将当选的BP出块顺序写入到区块链状态数据中；N为系统出块的BP数目，为3的倍数，并在创世块设置，不可更改。

所述步骤5)还包括所述出块机制与BFT-DPoS相同

本发明提供的技术方案的有益效果是:1)本发明区块链共识机制去中心化稳定、高效；2)本发明区块链共识机制强调竞争更加公平、合理；3)去中心化程度高，能够满足大规模商业应用。

附图说明

图1为本发明实施例实现区块链共识机制的方法的流程方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对发明作进一步详细的说明。

实施例1

参看图1，该实现区块链共识机制的方法，区块链节点信息存储于区块链上，节点通过P2P网络连接，所述的方法包括：

步骤1)工作量证明的题目获取；所述工作量证明是对一个PoW难题进行Hash运算S1；

步骤2)对PoW难题的求解；针对该难题进行一个随机数的数学Hash运算，如果得到的Hash值小于某个特定的值，则得到该难题的解S2；

步骤3)进行投票；所述投票就是将难题计算出来的解投给候选BP，通过此方式提交到区块链，并计入区块链的状态数据库中S3；

步骤4)进行计票；在一个选举周期结束时，开始计票，根据候选BP名下的票数从大到小排序，取排名靠前的N个候选BPS4；

步骤5)出块；所述出块是当选BP以自身的网络资源状况商议出一个出块权拥有顺序，每个BP节点拥有出块权时区块奖励是每个有效的不可逆块得到固定奖励S5。

本实施例中，步骤1)中所述工作量证明是对一个PoW难题进行随机散列(即Hash算法)运算；

优选的，所述步骤1)中该PoW难题包括该难题的题目，该题目为：target＝hash(block_id+account)^difficulty。

该步骤2)中对所述难题的求解，针对该难题进行一个随机数的数学Hash运算，如果得到的Hash值小于某个特定的值，则得到该难题的解，这个解即称为Wood；

优选的，所述步骤2)中难题求解过程包括：

优选地，所述步骤3)还包括在一个选举周期内，每个投票者可算出的解的最大值就是N，每个解只能投给一个候选BP，可投出的选票数量也就为N。

所述步骤3)中投票就是燃烧Wood进行投票，即将计算出来的Wood投给候选BP，这个将Wood转为PoB进行投票的过程即是燃木，通过此方式提交到区块链，并计入区块链的状态数据库中；在一个选举周期内，每个投票者可算出的Wood最大值就是N，每个Wood只能投给一个候选BP，可投出的PoB数量也就为N。

优选地，所述步骤4)还包括插入BP列表，并将当选的BP出块顺序写入到区块链状态数据中；N为系统出块的BP数目，为3的倍数，并在创世块设置，不可更改。

本实施例中，在一个选举周期结束时，开始计票，根据候选BP名下的PoB从大到小排序，取排名靠前的N个候选BP，插入BP列表，并将当选的BP出块顺序写入到区块链状态数据中。N为系统出块的BP数目，为3的倍数，并在创世块设置，不可更改。

本发明的出块机制与BFT-DPoS相同，当选BP以自身的网络资源状况商议出一个出块权拥有顺序，每个BP节点拥有出块权时区块奖励是每个有效的不可逆块得到固定奖励。

本发明主要是运用算力投票方式进行投票，通过PoW算法的工作量证明来代替权益作为选票，同时保留BFT-DPoS的出块机制，能够兼具PoW的去中心化的优势和BFT-DPoS性能的优势，排除了人为因素，将协同交由协议和算力来决定。

本发明是一种利用零知识证明原理进行投票选举的协议。矿工以“伐木”的方式获取燃木Wood并通过燃烧Wood转化为选票，再由全体矿工共同票选出最终的出块生产者。在本发明的共识协议下，所有的矿工以付出算力的方式获得Wood，并通过燃烧Wood的方式进行投票，在一定时间周期内，矿工可以将选票投出给候选出块生产者，根据得票数得到出块生产者列表。

在本发明的共识协议中，当燃木的存量较多的时候，系统内的节点倾向燃烧燃木进行投票，而不是通过算力伐木，这个时候就与DPoS的模式类似。

当燃木存量较少的时候，本系统内的节点倾向伐木获得燃木进行投票，这时候就和PoW类似，展现去中心化的特性。BP为了保证系统的高速运行和吸引票源，会维持对计算机资源的稳定投入，使本系统保持高效。

什么时候进行伐木或者燃烧投票取决于节点自己的最优选择，这就会出现在PoW和DPoS两个共识机制之间连续的摇摆。这样本发明就会在需要去中心化的时候，自动的摇摆到接近PoW的模式上，在需要效率的时候，自动摇摆到接近DPoS的模式上。对于一个系统来说，是否去中心化不在于是否每个块都需要去中心化，其关键在于这个系统是否能够在需要的时候提供一个去中心化和公平竞争的入口。只要这个入口是合理存在的，这个系统就被认为是去中心化的。

本发明将伐木投票与出块去耦化，伐木投票与出块是异步完成的。这是本发明能达到去中心化与高效的保证。

当前，区块链技术能否获得长久的生命力，并且在传统规则里“突围”，取决于其能否找到“三角制约”的平衡点，即区块链只能同时实现以下三个属性中的两个：

效率—即每秒实现大量的交易；

去中心化—即大量参与者参与区块产出和验证过程；

安全性—即获得网络多数控制权需要花费高昂成本。

首先，需要达到利益均衡并有利于绝大多数人，是一项变革可否延续的出发点；其次，在某些行业效率并非“越快越好”，例如：金融业，此前高频交易对资本市场的“双刃剑”作用已经使我们警醒；最后，新技术和规则还需要基于安全的压力测试，包括隐私安全、系统安全、信息安全、资金安全、国家安全等等。

若能解决“三角制约”问题，该区块链技术将会向前迈进一大步，而本发明的共识机制正是解决“三角制约”问题的有效方式之一。所以对于本发明区块链共识机制的方法运用，将会有利于我国抢占新一轮产业变革的先发优势，增强我国的国际竞争力。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种实现区块链共识机制的方法，该区块链节点信息存储于区块链上，节点通过P2P网络连接，其特征在于：所述方法包括：

步骤1)工作量证明的题目获取；所述工作量证明是对一个PoW难题进行Hash运算；

步骤2)对PoW难题的求解；针对该难题进行一个随机数的数学Hash运算，如果得到的Hash值小于某个特定的值，则得到该难题的解；

步骤3)进行投票；所述投票就是将难题计算出来的解投给候选BP，通过此方式提交到区块链，并计入区块链的状态数据库中；

步骤4)进行计票；在一个选举周期结束时，开始计票，根据候选BP名下的票数从大到小排序，取排名靠前的N个候选BP；

步骤5)出块；所述出块是当选BP以自身的网络资源状况商议出一个出块权拥有顺序，每个BP节点拥有出块权时区块奖励是每个有效的不可逆块得到固定奖励。

2.根据权利要求1所述实现区块链共识机制的方法，其特征在于：所述步骤1)中该PoW难题包括该难题的题目，该题目为：target＝hash(block_id+account)^difficulty。

3.根据权利要求1所述实现区块链共识机制的方法，其特征在于：所述步骤2)中难题求解过程包括：

4.根据权利要求1所述实现区块链共识机制的方法，其特征在于：所述步骤3)还包括在一个选举周期内，每个投票者可算出的解的最大值就是N，每个解只能投给一个候选BP，可投出的选票数量也就为N。

5.根据权利要求1所述实现区块链共识机制的方法，其特征在于：所述步骤4)还包括插入BP列表，并将当选的BP出块顺序写入到区块链状态数据中；N为系统出块的BP数目，为3的倍数，并在创世块设置，不可更改。

6.根据权利要求1所述实现区块链共识机制的方法，其特征在于：所述步骤5)还包括所述出块机制与BFT-DPoS相同。