CN109600230A - 一种区块链共识机制实现系统及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种区块链共识机制实现系统及其实现方法，该实现系统和实现方法在区块链的共识层中构建降低算力竞争工作量证明方式以及新型多主体激励方式相结合的LPOW+MPOC混合共识机制，该LPOW+MPOC混合共识机制采用链中链模式以使其充分利用了区块链自身的安全机制，此外，该LPOW+MPOC混合共识机制能够使区块链处于高效安全和超低能耗的运行状态，从而为社会节省大量能量，而且其采用的激励机制具有更高的安全性。

Description

一种区块链共识机制实现系统及其实现方法
技术领域
本发明涉及互联网区块链的技术领域，特别涉及一种区块链共识机制实现系统及其实现方法。
背景技术
自本山聪在2008年11月1日发表《比特币：一种点对点的电子现金系统》后，区块链技术就逐渐为世人所接触，同时也使互联网技术进入了区块链时代。区块链无疑是人类在互联网技术方面的一项重要的创新技术，其继承了互联网信息传递的功能，同时又引导未来数字设备相互之间直接进行价值传递的发展方向。简单来说，区块链是一种去中心化、不可篡改、可追溯以及多方共同维护的分布式数据库，其能够将传统单方维护的仅涉及自己业务的多个孤立数据库整合在一起，分布式地存储在多方共同维护的多个节点上，任何一方都无法完全控制数据库。
由于该节点是各处分散且平行的，因此需要设计一套制度来维护系统的运作顺序与公平性、同一区块链的版本、奖励提供资源及维护区块链的使用者、以及惩罚恶意危害者，这套制度必须依赖一共识机制来证明，该共识机制能够决定由哪一方取得一个区块链的打包权(又称记账权)，并且对该区块链对应的打包方进行奖励，以及对危害该区块链的一方进行惩罚。区块链技术的关键在于其中的共识机制，该共识机制以非中心化的思想解决了节点之间相互信任的问题。该共识机制是区块链在拥有众多节点的情况下依然能够维持于平衡状态的关键。
比特币在设计中是采用POW共识机制，其核心思想是通过引入分布式节点的算力竞争来保证数据一致性和共识安全性。在比特币系统中，各节点(又称矿工)是基于各自的计算机算力相互竞争来共同解决一个求解复杂但验证容易的SHA256数学难题(又称挖矿)，而最快解决该数学难题的节点将获得对应区块的记账权和由系统自动生成的比特币作为奖励。然而，该POW共识机制并不是完美无缺的，特别是该计算机算力相互竞争是通过消耗巨大能量来换取算力工作量证明以及其对应的激励方式在在共识层中表现。此外，系统的激励是以固定的递减函数来进行的，这导致该算力相互竞争在消耗巨额能量的同时却不产生任何价值，这并不符合现代可持续发展的要求。
发明内容
目前，区块链技术普遍采用比特币挖掘的POW共识机制来进行算力竞争证明，该POW共识机制由于其自身的算法特点，在计算证明过程中会消耗大量能量，但是并不是消耗的所有能量都能产生对等的价值，该POW机制的能量利用率极其低下。
针对现有区块链算力竞争证明存在的缺陷，本发明提供一种区块链共识机制实现系统及其实现方法，该实现系统及其实现方法通过采用降低算力竞争工作量证明方式以及新型多主体激励方式相结合的混合共识机制(即LPOW+MPOC)，其克服了以往能量利用率低的问题，从而实现了具有超低能耗的绿色区块链技术。
本发明提供一种区块链共识机制实现系统，所述区块链共识机制实现系统包括运算模块和激励模块，所述运算模块能够对所述区块链中不同节点进行算力竞争工作量证明运算，所述激励模块能够根据所述运算模块的运算过程和运算结果对所述节点和参加所述运算过程的参与者执行相应的激励操作，其特征在于：
所述运算模块包括里程碑区块确定子模块、编码子模块和排序子模块；其中，所述里程碑区块确定子模块用于通过竞选方式得到节点处普通区块，并赋予所述节点处普通区块相应的里程碑区块资格；
所述编码子模块能够将普通区块和里程碑区块组合形成复合区块链结构，以得到关于所述复合区块链结构的进位制哈希系列编号；
所述排序子模块能够使所述复合区块链结构中不同区块之间的顺序关系序号是按照所述进位制哈希系列编号中的哈希值与相应时间戳的机制形成的，以及能够根据所述算力竞争工作量证明运算得到的关于所述区块链中节点和参与者的不同主体自身算力竞争工作量对应的权重进行排序；
所述激励模块能够对具有最高权重的主体分配有效工作量证明凭证，并且对于在所述排序位于特定排序位置的所述参与者，按照递减的方式分配有效工作量证明凭证。
本发明还提供一种区块链共识机制实现方法，所述区块链共识机制实现方法依次包括算力竞争工作量证明和多主体激励这两个步骤，其特征在于：
所述算力竞争工作量证明包括通过竞选方式得到节点处普通区块，并赋予所述节点处普通区块相应的里程碑区块资格；接着，将普通区块和里程碑区块组合形成复合区块链结构，以得到关于所述复合区块链结构的进位制哈希系列编号，并使所述复合区块链结构中不同区块之间的顺序关系序号是按照所述进位制哈希系列编号中的哈希值与相应时间戳的机制形成的；
所述多主体激励包括根据所述算力竞争工作量证明得到的关于所述区块链中节点和参与者的不同主体自身算力竞争工作量对应的权重进行排序，并对具有最高权重的主体分配有效工作量证明凭证，而对于在所述排序位于特定排序位置的所述参与者，按照递减的方式分配有效工作量证明凭证。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
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，下面将对实施例或现有技术描述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是本发明提供的一种区块链共识机制实现系统的结构示意图。
图2是本发明提供的一种区块链共识机制实现方法的流程示意图。
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在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1，为本发明实施例提供的一种区块链共识机制实现系统的结构示意图。该区块链共识机制实现系统包括运算模块和激励模块。该运算模块能够对区块链中不同节点进行算力竞争工作量证明运算，该激励模块能够根据运算模块的运算过程和运算结果对节点和参加运算过程的参与者执行相应的激励操作。
其中，该运算模块还包括里程碑区块确定子模块、编码子模块、排序子模块、权重分配子模块和信息转移子模块。该运算模块中各子模块的工作过程如下所示。
该里程碑区块确定子模块用于通过竞选方式得到节点处普通区块，并赋予该节点处普通区块相应的里程碑区块资格。具体来说，里程碑区块确定子模块具体能够继承比特币算力竞争算法，同时将所述特定算力竞争算法对应的哈希值前4-5个字符设定为0，这与普通PC计算机单机在一分钟内算力的范围是相符合的，随后通过该算力竞争算法竞选出节点处普通区块，其中该普通区块只存储该参与者的选择结果字符串，该普通区块对应的节点并不会得到任何奖励，但是该普通区块对应的节点会获得相应的里程碑区块资格。
该排序子模块用于在该里程碑区块确定子模块工作过程中辅助该里程碑区块确定子模块，以实现该节点关于里程碑区块资格的确定。该排序子模块能够使该复合区块链结构中不同区块之间的顺序关系序号是按照该进位制哈希系列编号中的哈希值与相应时间戳的机制形成的，以及能够根据该算力竞争工作量证明运算得到的关于该区块链中节点和参与者的不同主体自身算力竞争工作量对应的权重进行排序。具体来说，该排序子模块能够在系统中预设里程碑区块的固定出块时间内，使所有参与者通过其自身选择结果字符串对应的统计结果确定打包节点，优选地，该预设里程碑区块的固定出块时间可为但不限于是10分钟、1小时、1天或者1个月等，该参与者可为但不限于是手机或者电脑等不同电子设备终端，这样该打包节点就会获得里程碑区块资格。
该权重分配子模块能够对部分进行选择结果字符串的参与者分配相应的算力竞争工作对应的权重，其中，该权重是用作后续对该参与者进行激励的参考标准，简单来说，按照预定的规则，若该参与者被分配了一定的权重，该参与者也会获得相应的激励。
该信息转移子模块能够将节点处普通区块相互组合的默克尔树值、区块链中节点的激励信息、参与者的激励信息和区块链中系统内部的交易信息转移到里程碑区块内进行保存记录，以备后续运算和激励操作之用。
该编码子模块能够将普通区块和里程碑区块组合形成复合区块链结构，以得到关于所述复合区块链结构的进位制哈希系列编号。该编码子模块的具体运作包括：编码子模块还能够将普通区块和里程碑区块组合形成复合区块链结构，以得到关于该复合区块链结构的进位制哈希系列编号具体为将该普通区块和里程碑区块组合形成单链等级制形式的复合区块链结构后，将两个该里程碑区块之间的全部普通区块对应的数据打包形成一个默克尔树值，并将对应信息折叠在该默克尔树值中、和保存于另一新的里程碑区块内，从而形成该进位制哈希系列编号；此外，该编码子模块还能够在该普通区块的系列编号在遇到该里程碑区块时会进行进位操作，该进位操作的主体思想与将24小时进位为1天相类似，并指示该里程碑区块的系列编号会把上一里程碑区块的连续哈希值涵盖进入当前里程碑区块的连续哈希值中传承，并且当该里程碑区块的生成个数为6个以上时，将对该普通区块进行剪裁操作，这样能够预防该区块链中出现恶意分叉现象，这是因为无论两个重要区块之间出现任何分叉现象，其都会由于该进位操作的制约必然使该两个重要区块链接在一起形成连续顺序链，而对于已经存在的分叉现象，其也会被该共识机制强制废除，从而确保系统具有自我校正功能和能够安全地运行。
该激励模块能够对具有最高权重的主体分配有效工作量证明凭证，并且对于在该排序位于特定排序位置的该参与者，按照递减的方式分配有效工作量证明凭证，具体来说，该激励模块能够按照预定的方式对具有最高权重的节点或者参与者分配有效工作量证明凭证，并且对在该排序位于前51％位置的该参与者，按照递减的方式分配有效工作量证明凭证。
参阅图2，为本发明实施例提供的一种区块链共识机制实现方法的流程示意图。其中，该区块链共识机制实现方法是基于图1所示的区块链共识机制实现系统来实现的。该区块链共识机制实现方法依次包括算力竞争工作量证明和多主体激励这两个步骤。
具体而言，该算力竞争工作量证明包括通过竞选方式得到节点处普通区块，并赋予该节点处普通区块相应的里程碑区块资格，接着，将普通区块和里程碑区块组合形成复合区块链结构，以得到关于该复合区块链结构的进位制哈希系列编号，并使该复合区块链结构中不同区块之间的顺序关系序号是按照该进位制哈希系列编号中的哈希值与相应时间戳的机制形成的。
相应地，该多主体激励包括根据该算力竞争工作量证明得到的关于该区块链中节点和参与者的不同主体自身算力竞争工作量对应的权重进行排序，并对具有最高权重的主体分配有效工作量证明凭证，而对于在该排序位于特定排序位置的该参与者，按照递减的方式分配有效工作量证明凭证。具体来说，在该多主体激励中，按照预定的方式对具有最高权重的节点或者参与者分配有效工作量证明凭证，并且对在该排序位于前51％位置的该参与者，按照递减的方式分配有效工作量证明凭证。
进一步，在该算力竞争工作量证明中，通过竞选方式得到节点处普通区块具体为，继承特定算力竞争算法的同时将该特定算力竞争算法对应的哈希值前4-5个字符设定为0；此外，赋予该节点处普通区块相应的里程碑区块资格具体为，在预设里程碑区块的固定出块时间内，所有参与者通过其自身选择结果字符串对应的统计结果确定打包节点，该打包节点就会获得该里程碑区块资格，同时部分进行选择结果字符串的参与者也能够获得相应的算力竞争工作对应的权重，同时相应的里程碑区块会记录该节点处普通区块相互组合的默克尔树值、区块链中节点的激励信息、该参与者的激励信息和该区块链中系统内部的交易信息。此外，还将普通区块和里程碑区块组合形成复合区块链结构，以得到关于该复合区块链结构的进位制哈希系列编号具体为将该普通区块和里程碑区块组合形成单链等级制形式的复合区块链结构后，将两个该里程碑区块之间的全部普通区块对应的数据打包形成一个默克尔树值，并将对应信息折叠在该默克尔树值中、和保存于另一新的里程碑区块内，从而形成该进位制哈希系列编号，其中，当所述普通区块的系列编号在遇到所述里程碑区块时会进行进位操作，相应地，该里程碑区块的系列编号会把上一里程碑区块的连续哈希值涵盖进入当前里程碑区块的连续哈希值中传承，并且当该里程碑区块的生成个数为6个以上时，将对该普通区块进行剪裁操作。
而在该算力竞争工作量证明中，所有参与者通过其自身选择结果字符串对应的统计结果确定打包节点的具体过程为：第一，构建一以若干三角形按照2n-1方式组成的矩阵，其中n为表征矩阵层数的正整数，在每个三角形上设置唯一的编码以及建立对应的索引编码，同时设定该矩阵中每层的权重值为n3，所有参与者通过相应的凭证在该矩阵中按照每层选择唯一一个三角形的原则，每次从第n层中选出一三角形并获得该三角形对应的编码，获得的n个编码共同组成一个集合数据串，该集合数据串经过哈希加密处理后，由该算力竞争工作量证明得到的节点打包保存到所述普通区块中；
第二，该集合数据串会分成两次进行上传操作，并且每次上传操作对应的集合数据串都是完全相同的第一部分和第二部分，其中，所述第一部分是经过哈希加密处理后上传的，所述第二部分是在里程碑区块固定出块时间截止后、不经过加密处理而是采用明文方式上传的，所述第二部分上传后由系统按照所述第一部分的加密方式进行加密处理，以实现与所述第一部分进行一致性的核对；
第三，对该第二部分中的集合数据串进行统计排序处理，从而得到该选择结果字符串，其中该统计排序处理的规则是该矩阵每层中被选中且被选中的频率最低对应的三角形具有最高的权重，该矩阵每层中具有最高权重的三角形所组成的集合就是该算力竞争工作量证明的产生结果。
具体来说，该所有参与者通过其自身选择结果字符串对应的统计结果确定打包节点这一过程需要进行关于矩阵的编码计算操作，为了快速和简便地实现上述过程，该过程对应的计算实施过程可包括：
该排序子模块首先构建一矩阵Pn×m，该矩阵Pn×m具有n行和m列，其中，该矩阵Pn×m的每列的元素为(x，y)对，该(x，y)对代表三角形的二维坐标，故该矩阵Pn×m的具体数学形式可为：
每个参与者的凭证对应的字符串采用si表示，那么每个参与者根据该凭证从该矩阵P中的每行选择三个元素构成二维平面内的一个三角形，该三角形的三个点可通过三个内置函数f1、f2、f3进行设定，该内置函数f1、f2、f3的表示式为：
f1(si)＝hash(si)mod rand(n),
f2(si)＝hash(si)mod rand(n),
f3(si)＝hash(si)mod rand(n)
其中，hash()表示该区块链共识机制实现系统中对应的哈希算法运算，rand()表示从1到n随机选择一个整数，n为该矩阵P的行数。
由于每次需要从该矩阵P的一行中选择3个元素，并且该矩阵P具有n行，故对该矩阵P的每行都选择3个元素后，相应地会得到一个集合Yi，
Yi＝{X1,X2,…,Xn}，其中，Xi表示从该矩阵P的第i行选择的3个元素形成的序列，接着合并该序列Xi以得到连续的字符数据X1X2…Xn，在通过SHAI哈希算法对该序列进行哈希值的提取，然后将该提取的哈希值结合没有被哈希加密的明文形式的集合Yi上传到该普通区块中。
优选地，该该区块链共识机制实现系统中对应的哈希算法运算hash()可定义为对数据m的摘要，其具体运算过程如下：
y1＝m|-L512；
y2＝m|-R512；
y3＝seed；
z1＝SHA1(y1)；
z2＝SHA1(y2)；
hash(m)＝z1&z2&y3；
其中，|-L512表示取数据m的最左侧512比特，|-R512表示取数据m的最右侧的512比特，y3表示种子seed也是512比特的，即y3属于该区块链共识机制实现系统对应管理原掌握的密钥，SHAI()表示SHAI哈希算法，hash(m)计算的就是z1、z2、y3三者进行与操作后的计算结果。
随后，针对上述过程得到没有被哈希加密的明文形式的哈希字符串集合Yi，首先需要验证其对应的哈希值是否等于该上传的哈希值，若两者相等，则构建矩阵Y，并基于该矩阵Y通过矩阵权重计算出节点算力工作量证明权重，相应的具体过程包括：
通过该排序子模块构建矩阵Y＝[Y1,Y2,…,Yq]T，其中q表示参与矩阵选择的节点个数；对该矩阵中的所有元素按照其出现频率大小进行由高至低的排序，相应地，出现频率较小的元素对应的三角形会被赋予更大的权重。
对于某一节点i对应的Yi会存在n个三角形，其中的每个三角形由于其自身出现频率的差异，会存在不同的权重，对应地节点i的节点算力工作量证明权重其中，n表示矩阵Y的行数，wj表示节点选择的三角形的对应的权重，根据该权重计算公式可知出现频率越低、对应的权重越大。最后，通过计算对每个参与该区块链运算的节点赋予的节点算力工作量证明权重后，每个节点根据其相应的节点算力工作量证明权重来处理对应的区块，同时依据其节点算力工作量证明权重获得一定的激励。
从上述实施例可以看出，该区块链共识机制实现系统及其实现方法是在区块链的共识层中构建一降低算力竞争工作量证明方式以及新型多主体激励方式相结合的混合共识机制，该混合共识机制只是改变了比特币的一小部分共识机制，并可在很大程度上继承比特币区块链的成熟代码，建立一种不同于POW+POS混合模式的LPOW+MPOC混合共识机制，该LPOW+MPOC混合共识机制摒弃原有的分层模式而采用链中链模式，使得其充分利用了区块链自身的安全机制。因此，该混合共识机制能够使区块链处于高效安全和超低能耗的运行状态，从而为社会节省大量能量；
此外，该混合共识机制的激励对象不仅仅是区块链的节点，而且还包括众多区块链计算过程的参与者，这样使得该混合共识机制能符合分布式机制的要求，进而使该混合共识机制的激励机制具有更高的安全性。另外，本发明的区块链共识机制实现系统与传统的竞争区块链在算力分配及激励机制上有显著区别的，本发明的区块链共识机制实现系统的算力分配及激励机制采用的算法较容易实现，并且其融合了传统区块链算力竞争工作量证明机制，同时还增加了节点算力工作量证明权重分配机制，这使得本发明的算力分配及激励机制更加灵活以及还能克服传统的竞争区块链固有的能量浪费缺陷；更进一步，本发明算力分配及激励机制能够实现效率与公平的同时兼顾，无论是大型计算机还是手机等小型计算机终端都可参与区块链的生成过程，这使得不同参与者的激励也能够按照该节点算力工作量证明权重得到有效公平的分配。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种区块链共识机制实现系统，其特征在于，所述区块链共识机制实现系统包括运算模块和激励模块，所述运算模块能够对所述区块链中不同节点进行算力竞争工作量证明运算，所述激励模块能够根据所述运算模块的运算过程和运算结果对所述节点和参加所述运算过程的参与者执行相应的激励操作，其特征在于：
所述运算模块包括里程碑区块确定子模块、编码子模块和排序子模块；其中，所述里程碑区块确定子模块用于通过竞选方式得到节点处普通区块，并赋予所述节点处普通区块相应的里程碑区块资格；
所述编码子模块能够将普通区块和里程碑区块组合形成复合区块链结构，以得到关于所述复合区块链结构的进位制哈希系列编号；
所述排序子模块能够使所述复合区块链结构中不同区块之间的顺序关系序号是按照所述进位制哈希系列编号中的哈希值与相应时间戳的机制形成的，以及能够根据所述算力竞争工作量证明运算得到的关于所述区块链中节点和参与者的不同主体自身算力竞争工作量对应的权重进行排序；
所述激励模块能够对具有最高权重的主体分配有效工作量证明凭证，并且对于在所述排序位于特定排序位置的所述参与者，按照递减的方式分配有效工作量证明凭证。
2.如权利要求1所述的区块链共识机制实现系统，其特征在于，所述里程碑区块确定子模块具体能够继承特定算力竞争算法的同时将所述特定算力竞争算法对应的哈希值前4-5个字符设定为0，并在预设里程碑区块的固定出块时间内，所述排序子模块能够使所有参与者根据其自身选择结果字符串对应的统计结果确定打包节点，所述打包节点就会获得所述里程碑区块资格；
所述运算模块还包括权重分配子模块和信息转移子模块，所述权重分配子模块能够对部分进行选择结果字符串的参与者分配相应的算力竞争工作对应的权重，所述信息转移子模块能够将所述节点处普通区块相互组合的默克尔树值、区块链中节点的激励信息、所述参与者的激励信息和所述区块链中系统内部的交易信息转移到所述里程碑区块内进行保存记录。
3.如权利要求1所述的区块链共识机制实现系统，其特征在于，所述编码子模块还能够将普通区块和里程碑区块组合形成复合区块链结构，以得到关于所述复合区块链结构的进位制哈希系列编号具体为将所述普通区块和里程碑区块组合形成单链等级制形式的复合区块链结构后，将两个所述里程碑区块之间的全部普通区块对应的数据打包形成一个默克尔树值，并将对应信息折叠在所述默克尔树值中、和保存于另一新的里程碑区块内，从而形成所述进位制哈希系列编号；
所述编码子模块还能够在所述普通区块的系列编号在遇到所述里程碑区块时会进行进位操作，并指示所述里程碑区块的系列编号把上一里程碑区块的连续哈希值涵盖进入当前里程碑区块的连续哈希值中传承，并且当所述里程碑区块的生成个数为6个以上时，将对所述普通区块进行剪裁操作。
4.如权利要求2所述的区块链共识机制实现系统，其特征在于，所述排序子模块使所有参与者根据其自身选择结果字符串对应的统计结果确定打包节点的具体过程为：
第一，构建一以若干三角形按照2n-1方式组成的矩阵，其中n为表征矩阵层数的正整数，在每个三角形上设置唯一的编码以及建立对应的索引编码，同时设定所述矩阵中每层的权重值为n3，所有参与者通过相应的凭证在所述矩阵中按照每层选择唯一一个三角形的原则，每次从第n层中选出一三角形并获得所述三角形对应的编码，获得的n个编码共同组成一个集合数据串，所述集合数据串经过哈希加密处理后，由所述算力竞争工作量证明得到的节点打包保存到所述普通区块中；
第二，所述集合数据串会分成两次进行上传操作，并且每次上传操作对应的集合数据串都是完全相同的第一部分和第二部分，其中，所述第一部分是经过哈希加密处理后上传的，所述第二部分是在里程碑区块固定出块时间截止后、不经过加密处理而是采用明文方式上传的，所述第二部分上传后由系统按照所述第一部分的加密方式进行加密处理，以实现与所述第一部分进行一致性的核对处理；
第三，对通过所述核对处理的所述第一部分中的集合数据串对应的明文信息进行所述统计排序处理，从而得到所述选择结果字符串，其中所述统计排序处理的规则是所述矩阵每层中被选中且被选中的频率最低对应的三角形具有最高的权重，所述矩阵每层中具有最高权重的三角形所组成的集合就是所述算力竞争工作量证明的产生结果。
5.如权利要求1所述的区块链共识机制实现系统，其特征在于，所述激励模块具体能够按照预定的方式对具有最高权重的节点或者参与者分配有效工作量证明凭证，并且对在所述排序位于前51％位置的所述参与者，按照递减的方式分配有效工作量证明凭证。
6.一种使用如权利要求1所述的区块链共识机制实现系统的区块链共识机制实现方法，所述区块链共识机制实现方法依次包括算力竞争工作量证明和多主体激励这两个步骤，其特征在于：
所述算力竞争工作量证明包括通过竞选方式得到节点处普通区块，并赋予所述节点处普通区块相应的里程碑区块资格；接着，将普通区块和里程碑区块组合形成复合区块链结构，以得到关于所述复合区块链结构的进位制哈希系列编号，并使所述复合区块链结构中不同区块之间的顺序关系序号是按照所述进位制哈希系列编号中的哈希值与相应时间戳的机制形成的；
所述多主体激励包括根据所述算力竞争工作量证明得到的关于所述区块链中节点和参与者的不同主体自身算力竞争工作量对应的权重进行排序，并对具有最高权重的主体分配有效工作量证明凭证，而对于在所述排序位于特定排序位置的所述参与者，按照递减的方式分配有效工作量证明凭证。
7.如权利要求6所述的区块链共识机制实现方法，其特征在于，在所述算力竞争工作量证明中，通过竞选方式得到节点处普通区块具体为，继承特定算力竞争算法的同时将所述特定算力竞争算法对应的哈希值前4-5个字符设定为0；此外，赋予所述节点处普通区块相应的里程碑区块资格具体为，在预设里程碑区块的固定出块时间内，所有参与者根据其自身选择结果字符串对应的统计结果确定打包节点，所述打包节点就会获得所述里程碑区块资格，同时部分进行选择结果字符串的参与者也能够获得相应的算力竞争工作对应的权重，同时相应的里程碑区块会记录所述节点处普通区块相互组合的默克尔树值、区块链中节点的激励信息、所述参与者的激励信息和所述区块链中系统内部的交易信息。
8.如权利要求6所述的区块链共识机制实现方法，其特征在于，在所述算力竞争工作量证明中，将普通区块和里程碑区块组合形成复合区块链结构，以得到关于所述复合区块链结构的进位制哈希系列编号具体为将所述普通区块和里程碑区块组合形成单链等级制形式的复合区块链结构后，将两个所述里程碑区块之间的全部普通区块对应的数据打包形成一个默克尔树值，并将对应信息折叠在所述默克尔树值中、和保存于另一新的里程碑区块内，从而形成所述进位制哈希系列编号，其中，当所述普通区块的系列编号在遇到所述里程碑区块时会进行进位操作，相应地，所述里程碑区块的系列编号会把上一里程碑区块的连续哈希值涵盖进入当前里程碑区块的连续哈希值中传承，并且当所述里程碑区块的生成个数为6个以上时，将对所述普通区块进行剪裁操作。
9.如权利要求7所述的区块链共识机制实现方法，其特征在于，所有参与者根据其自身选择结果字符串对应的统计结果确定打包节点的具体过程为：第一，构建一以若干三角形按照2n-1方式组成的矩阵，其中n为表征矩阵层数的正整数，在每个三角形上设置唯一的编码以及建立对应的索引编码，同时设定所述矩阵中每层的权重值为n3，所有参与者通过相应的凭证在所述矩阵中按照每层选择唯一一个三角形的原则，每次从第n层中选出一三角形并获得所述三角形对应的编码，获得的n个编码共同组成一个集合数据串，所述集合数据串经过哈希加密处理后，由所述算力竞争工作量证明得到的节点打包保存到所述普通区块中；
第二，所述集合数据串会分成两次进行上传操作，并且每次上传操作对应的集合数据串都是完全相同的第一部分和第二部分，其中，所述第一部分是经过哈希加密处理后上传的，所述第二部分是在里程碑区块固定出块时间截止后、不经过加密处理而是采用明文方式上传的，所述第二部分上传后由系统按照所述第一部分的加密方式进行加密处理，以实现与所述第一部分进行一致性的核对；
第三，对所述第二部分中的集合数据串进行统计排序处理，从而得到所述选择结果字符串，其中所述统计排序处理的规则是所述矩阵每层中被选中且被选中的频率最低对应的三角形具有最高的权重，所述矩阵每层中具有最高权重的三角形所组成的集合就是所述算力竞争工作量证明的产生结果。
10.如权利要求6所述的区块链共识机制实现方法，其特征在于，在多主体激励中，按照预定的方式对具有最高权重的节点或者参与者分配有效工作量证明凭证，并且对在所述排序位于前51％位置的所述参与者，按照递减的方式分配有效工作量证明凭证。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110096359A (zh) * 2019-04-15 2019-08-06 华南理工大学 一种快速收敛的区块链工作量证明共识难度调整方法
CN110661867A (zh) * 2019-09-25 2020-01-07 东北大学 一种基于改进工作量证明与权益证明的区块链共识方法
CN111047348A (zh) * 2019-11-08 2020-04-21 北京比特时刻图像科技有限公司 一种新型区块链共识算法及基于该算法的区块链网络系统
CN111275552A (zh) * 2020-01-20 2020-06-12 广州亚美信息科技有限公司 基于区块链的数据处理方法、装置和计算机设备
CN111292098A (zh) * 2020-01-15 2020-06-16 北京航空航天大学 一种面向可信服务供应链的区块链共识机制构建方法
CN111478795A (zh) * 2020-03-06 2020-07-31 重庆邮电大学 一种基于混合拜占庭容错的联盟区块链网络共识方法
CN111563277A (zh) * 2020-04-03 2020-08-21 上海坤振集成电路有限公司 一种区块链网络中的工作量证明方法以及一种区块链
CN111600960A (zh) * 2020-05-22 2020-08-28 昆明大棒客科技有限公司 区块链中的混合式共识机制的切换方法及相关设备
CN111737352A (zh) * 2020-06-23 2020-10-02 四川长虹电器股份有限公司 一种基于区块链的供应链信息协同管理方法
CN112083950A (zh) * 2020-09-14 2020-12-15 电子科技大学 基于分支限界法的区块链共识节点待打包数据选取方法
CN117082075A (zh) * 2023-10-13 2023-11-17 德德市界(深圳)科技有限公司 一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170323392A1 (en) * 2016-05-05 2017-11-09 Lance Kasper Consensus system for manipulation resistant digital record keeping
CN108053137A (zh) * 2017-12-27 2018-05-18 邵美 一种区块链智能合约排序方法
CN108108967A (zh) * 2017-12-29 2018-06-01 山大地纬软件股份有限公司 面向复杂数字资产的多阶段pbft共识系统及方法
CN108512652A (zh) * 2018-04-02 2018-09-07 陆雷钦 基于时间证明的去中心化共识方法、系统及区块链系统
CN108596623A (zh) * 2018-05-09 2018-09-28 合肥达朴汇联科技有限公司 一种区块链共识达成方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170323392A1 (en) * 2016-05-05 2017-11-09 Lance Kasper Consensus system for manipulation resistant digital record keeping
CN108053137A (zh) * 2017-12-27 2018-05-18 邵美 一种区块链智能合约排序方法
CN108108967A (zh) * 2017-12-29 2018-06-01 山大地纬软件股份有限公司 面向复杂数字资产的多阶段pbft共识系统及方法
CN108512652A (zh) * 2018-04-02 2018-09-07 陆雷钦 基于时间证明的去中心化共识方法、系统及区块链系统
CN108596623A (zh) * 2018-05-09 2018-09-28 合肥达朴汇联科技有限公司 一种区块链共识达成方法

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110096359A (zh) * 2019-04-15 2019-08-06 华南理工大学 一种快速收敛的区块链工作量证明共识难度调整方法
CN110096359B (zh) * 2019-04-15 2021-01-19 华南理工大学 一种快速收敛的区块链工作量证明共识难度调整方法
CN110661867A (zh) * 2019-09-25 2020-01-07 东北大学 一种基于改进工作量证明与权益证明的区块链共识方法
CN110661867B (zh) * 2019-09-25 2021-07-23 东北大学 一种基于改进工作量证明与权益证明的区块链共识方法
CN111047348A (zh) * 2019-11-08 2020-04-21 北京比特时刻图像科技有限公司 一种新型区块链共识算法及基于该算法的区块链网络系统
CN111292098A (zh) * 2020-01-15 2020-06-16 北京航空航天大学 一种面向可信服务供应链的区块链共识机制构建方法
CN111275552A (zh) * 2020-01-20 2020-06-12 广州亚美信息科技有限公司 基于区块链的数据处理方法、装置和计算机设备
CN111275552B (zh) * 2020-01-20 2023-09-08 广州亚美信息科技有限公司 基于区块链的数据处理方法、装置和计算机设备
CN111478795B (zh) * 2020-03-06 2022-08-12 重庆邮电大学 一种基于混合拜占庭容错的联盟区块链网络共识方法
CN111478795A (zh) * 2020-03-06 2020-07-31 重庆邮电大学 一种基于混合拜占庭容错的联盟区块链网络共识方法
CN111563277A (zh) * 2020-04-03 2020-08-21 上海坤振集成电路有限公司 一种区块链网络中的工作量证明方法以及一种区块链
CN111600960A (zh) * 2020-05-22 2020-08-28 昆明大棒客科技有限公司 区块链中的混合式共识机制的切换方法及相关设备
CN111737352A (zh) * 2020-06-23 2020-10-02 四川长虹电器股份有限公司 一种基于区块链的供应链信息协同管理方法
CN111737352B (zh) * 2020-06-23 2021-12-21 四川长虹电器股份有限公司 一种基于区块链的供应链信息协同管理方法
CN112083950B (zh) * 2020-09-14 2022-02-11 电子科技大学 基于分支限界法的区块链共识节点待打包数据选取方法
CN112083950A (zh) * 2020-09-14 2020-12-15 电子科技大学 基于分支限界法的区块链共识节点待打包数据选取方法
CN117082075A (zh) * 2023-10-13 2023-11-17 德德市界(深圳)科技有限公司 一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统
CN117082075B (zh) * 2023-10-13 2024-01-26 德德市界(深圳)科技有限公司 一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统

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