CN109872159A - 一种区块链共识方法及架构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种区块链共识方法及架构，其方法包括以下步骤，在由K个主节点构成的NROS层中随机选举出M个主节点，组成主节点集群，其中，M≤K；在NROS层中收集交易信息，并通过主节点集群对交易信息进行验证，且当单交易验证链达到预设数量W后，将交易信息及对应的单交易验证链中的W个验证结果下传至NROW层，其中，W≤M；在NROW层中收集交易信息及对应的单交易验证链中的W个验证结果，并对单交易验证链中的W个验证结果进行仲裁。本发明打破NROW层与NROS层之间的壁垒，充分融合传统区块链共识的优势，相比POW共识拥有更高的处理速度，相比POS共识拥有更高的安全效应，另外，基于NROS层中的主节点可以扩展更多区块链功能，可扩展性强。

Description

一种区块链共识方法及架构

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种区块链共识方法及架构。

背景技术

区块链共识架构是决定区块链以何种方式运行的基础，将决定后期区块链TPS、扩展性和安全性等多方面的表现能力。目前区块链主流公链共识架构目前分为POW共识和POS/DPOS共识。POW共识虽然安全性较高，但是无法提供高TPS运算；POS/DPOS共识虽然可以提供高TPS运算，但是由于容易暴露记账节点且容易形成中心化，导致安全性较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种区块链共识方法及架构，可以实现区块链公链的安全性与高效性。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种区块链共识方法，包括以下步骤，

S1，在由K个主节点构成的NROS层中随机选举出M个主节点，组成主节点集群，其中，M≤K；

S2，在所述NROS层中收集交易信息，并通过所述主节点集群对所述交易信息进行验证，且当单交易验证链达到预设数量W后，将所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的W个验证结果下传至NROW层，其中，W≤M；

S3，在所述NROW层中收集所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的W个验证结果，并对所述单交易验证链中的W个验证结果进行仲裁。

本发明的有益效果是：本发明一种区块链共识方法打破NROW层与NROS层之间的壁垒，充分融合传统区块链共识的优势，相比POW共识拥有更高的处理速度，区块链系统TPS处理速率拥有良好的扩展性，且相比POS共识拥有更高的安全效应，另外，基于NROS层中的主节点可以扩展更多区块链功能，可扩展性强。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，设定所述NROS层的区块链中的当前区块高度为N，对主节点的选举在N-X高度以下进行。

进一步，实现所述S1的第一种具体步骤为，

将所述NROS层中的K个主节点进行以概率P＝M/K的重复K次独立试验，且所述独立试验的结果服从二项分布B(K，P)；

利用VRF随机数确定每次所述独立试验是否中签，并将满足以M为中轴的正态分布的中签的独立试验所对应的主节点进行集合，得到所述主节点集群，其中主节点集群的数至少为W个。

进一步，实现所述S1的第二种具体步骤为，

扫描N-X高度以下的所有注册的所述主节点的公钥；

对所述公钥的地址通过函数γ(x,nonce)进行分组，且将所有所述主节点分为K/M组，每组中的所述主节点均满足γ(公钥,nonce)＝组序号，其中，nonce为N-X高度；

取N-X高度的nonce计算提名主节点集合，所述提名主节点集合的序号i＝nonce％(K/M)，如果count(i)<M，则向前轮询，直到找到count(i)＝M时的所述提名主节点集合的序号为止，此时所述提名主节点集合的序号i所对应的所述提名主节点集合即为最终被选举出的所述主节点集群，其中主节点集群的数量至少为W个。

进一步，所述S2具体为，

按照区块链中的主链区块时间间隔T，对选举出的所述主节点集群开放交易收集与验证时间窗口，并在所述交易收集与验证时间窗口内由所述主节点集群收集交易信息；

所述主节点集群中的所述主节点对收集的所述交易信息逐条进行验证并广播，对于任一条所述交易信息，当单交易验证链达到预设数量W后，将所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的W个验证结果下传至NROW层。

进一步，在所述S1中，通过向主网络质押预设量的保证金的方法设立每个所述主节点；

在所述S2中，在每条所述单交易验证链中，均通过质押的方式从对应的所述主节点上质押预设比例的保证金。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过保证金的约束可以确保交易验证的有效性。

进一步，所述S3具体为，

所述NROW层中的NROW矿工节点收集下传至所述NROW层中的所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的W个验证结果，并对所述单交易验证链中的W个验证结果进行二次验证，通过二次验证找出所述单交易验证链中的W个验证结果中的错误验证结果和正确验证结果；

将所述错误验证结果移出主网络，并扣除所述错误验证结果对应的所述主节点上的保证金；

将所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的所述正确验证结果通过所述NROW矿工节点打包进区块并上链，且在上链后全网广播同步账本。

进一步，当所述交易信息的所述单交易验证链中的W个验证结果全部相同时，则在NROW中层通过所述NROW矿工节点，直接将所述交易信息及对应的所述单交易验证链中相同的W个验证结果进行打包进区块并上链；

当所述交易信息的所述单交易验证链中的W个验证结果有不相同时，则在所述NROW层对所述单交易验证链中的W个验证结果进行二次验证。

进一步，当通过二次验证找出的所述交易信息的所述单交易验证链中的W个验证结果全部为错误验证结果时，则将所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的W个错误验证结果作废，同时扣除对应主节点上的保证金。

基于上述一种区块链共识方法，本发明还提供一种区块链共识架构。

一种区块链共识架构，包括NROS层和NROW层，

所述NROS层由K个主节点构成的，且其用于从K个所述主节点中随机选举出M个主节点，组成主节点集群，其中，M≤K；

所述NROS层，还用于对所述主节点集群的交易信息进行收集，并通过所述主节点集群对所述交易信息进行验证，且当单交易验证链达到预设数量W后，将所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的W个验证结果下传至NROW层，其中，W≤M；

所述NROW层，其用于收集所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的W个验证结果，并对所述单交易验证链中的W个验证结果进行仲裁。

本发明的有益效果是：本发明一种区块链共识架构打破NROW共识与NROS共识之间的壁垒，充分融合传统区块链共识的优势，相比POW共识拥有更高的处理速度，同时提供可扩展的TPS，且相比POS共识拥有更高的安全效应，另外，基于NROS层中的主节点可以扩展更多区块链功能，可扩展性强。

附图说明

图1为本发明一种区块链共识方法的流程图；

图2为本发明一种区块链共识方法的原理图；

图3为本发明一种区块链共识架构的架构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1和图2所示，一种区块链共识方法，将区块链PON(Proof of Neuron)底层共识节点类型分为NROS(Neuron of service)类型和NROW(Neuron of work)类型，将NROS类型的共识节点定义为主节点，且由主节点构成的网络称成为NROS层(又称服务层)，将NROW类型的共识节点定义为矿工节点，且由矿工节点构成的网络称为NROW层(又称工作层，也称苦力记账层)，其方法包括以下步骤，

S1，在由K个主节点构成的NROS层中随机选举出M个主节点，组成主节点集群，其中，M≤K；

S2，在所述NROS层中收集交易信息，并通过所述主节点集群对所述交易信息进行验证，且当单交易验证链达到预设数量W后，将所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的W个验证结果下传至NROW层，其中，W≤M；

S3，在所述NROW层中收集所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的W个验证结果，并对所述单交易验证链中的W个验证结果进行仲裁。

在本发明中：

设定所述NROS层的区块链中的当前区块高度为N，对主节点的选举在N-X高度以下进行(即：以提前选举的方式选举主节点，例如，某一主节点需要在第N轮当选，那么会在第N-X轮选举出这个主节点，并在第N轮时正式任命，这样做是为了预留充分的时间，让各方都准备好，增加了网络稳定性，同时防止投机者出现)；每次至少需要M个主节点被选举，每次至少需要M中的W个主节点签名确认。

在本具体实施例中，实现所述S1的第一种具体步骤为，

将所述NROS层中的K个主节点进行以概率P＝M/K的重复K次独立试验，且所述独立试验的结果服从二项分布B(K，P)；

利用VRF随机数确定每次所述独立试验是否中签，并将满足以M为中轴的正态分布的中签的独立试验所对应的主节点进行集合，得到所述主节点集群，最终每区块选拔出的主节点集群期望数约为M个(不是标准的M个，出现的结果满足以M为中轴的正态分布)，其中主节点集群的数至少为W个。

在另外的具体实施例中，实现所述S1的第二种具体步骤为，

扫描N-X高度以下的所有注册的所述主节点的公钥；

对所述公钥的地址通过函数γ(x,nonce)进行分组(x代表公钥)，且将所有所述主节点分为K/M组，每组中的所述主节点均满足γ(公钥,nonce)＝组序号，其中，nonce为N-X高度；

取N-X高度的nonce计算提名主节点集合，所述提名主节点集合的序号i＝nonce％(K/M)，如果count(i)<M，则向前轮询，直到找到count(i)＝M时的所述提名主节点集合的序号为止，此时所述提名主节点集合的序号i所对应的所述提名主节点集合即为最终被选举出的所述主节点集群，其中主节点集群的数至少为W个。

在本发明中，所述S2具体为，

按照区块链中的主链区块时间间隔T，对选举出的所述主节点集群开放交易收集与验证时间窗口，并在所述交易收集与验证时间窗口内由所述主节点集群收集所述交易信息；

所述主节点集群中的所述主节点对收集的所述交易信息逐条进行验证并广播，对于任一条所述交易信息，当单交易验证链达到预设数量W后(即，一条所述交易信息需要被所述主节点集群中的W个主节点验证，一条所述交易信息被验证后会得到W个验证结果)，将所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的W个验证结果下传至NROW层。

在本发明中，在所述S1中，通过向主网络质押预设量的保证金的方法设立每个所述主节点；在所述S2中，在每条所述单交易验证链中，均通过质押的方式从对应的所述主节点上质押预设比例的保证金。通过保证金的约束可以确保交易验证的有效性。

在本发明中，所述S3具体为，

所述NROW层中的NROW矿工节点收集下传至所述NROW层中的所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的W个验证结果，并对所述单交易验证链中的W个验证结果进行二次验证，通过二次验证找出所述单交易验证链中的W个验证结果中的错误验证结果和正确验证结果；

将所述错误验证结果移出主网络，并扣除所述错误验证结果对应的所述主节点上的保证金；

将所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的所述正确验证结果通过所述NROW矿工节点打包进区块并上链，且在上链后全网广播同步账本。

一般而言，如果所述主节点集群中的主节点都是正常的主节点的话，那么一条交易信息的单交易验证链中的W个验证结果应该是相同的。如果当一条交易信息的单交易验证链中的W个验证结果出现不同时，那么NROW层中的旷工节点会对此条交易信息的单交易验证链中的W个验证结果进行仲裁，找出错误验证结果和正确验证结果；对于错误验证结果，找到这些错误验证结果所对应的主节点，并扣除此主节点上的保证金，且移除此错误验证结果；对于正确验证结果，保留正确验证结果和正确验证结果所对应的交易信息，将正确验证结果和正确验证结果所对应的交易信息统一打包进区块并上链。

在本发明中，当所述交易信息的所述单交易验证链中的W个验证结果全部相同时，则在NROW中层通过所述NROW矿工节点，直接将所述交易信息及对应的所述单交易验证链中相同的W个验证结果进行打包进区块并上链；

当所述交易信息的所述单交易验证链中的W个验证结果有不相同时，则在所述NROW层对所述单交易验证链中的W个验证结果进行二次验证(即执行所述S3)。

二次验证的过程具体为，当传递到NROW层中的所述交易信息的单交易验证链中的W个验证结果有不同时，NROW层中的矿工节点会对此条交易信息进行二次验证，得到一个二次验证结果，将此二次验证结果与单交易验证链中的W个验证结果进行对比，如果单交易验证链中的验证结果与此二次验证结果相符合时，则单交易验证链中的验证结果为正确验证结果，如果单交易验证链中的验证结果与此二次验证结果不符合时，则单交易验证链中的验证结果为错误验证结果。

在本发明中，当通过二次验证找出的所述交易信息的所述单交易验证链中的W个验证结果全部为错误验证结果时，则将所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的W个错误验证结果作废，同时扣除对应主节点上的保证金。

本发明一种区块链共识方法打破NROW层与NROS层之间的壁垒，充分融合传统区块链共识的优势，相比POW共识拥有更高的处理速度，拥有高扩展性的TPS潜力，且相比POS共识拥有更高的安全效应，另外，基于NROS层中的主节点可以扩展更多区块链功能，可扩展性强。

基于上述一种区块链共识方法，本发明还提供一种区块链共识架构。

如图3所示，一种区块链共识架构，包括NROS层和NROW层，

所述NROS层由K个主节点构成的，且其用于从K个所述主节点中随机选举出M个主节点，组成主节点集群，其中，M≤K；

所述NROS层，还用于对所述主节点集群的交易信息进行收集，并通过所述主节点集群对所述交易信息进行验证，且当单交易验证链达到预设数量W后，将所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的W个验证结果下传至NROW层，其中，W≤M；

所述NROW层，其用于收集所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的W个验证结果，并对所述单交易验证链中的W个验证结果进行仲裁。

本发明一种区块链共识架构打破NROW共识与NROS共识之间的壁垒，充分融合传统区块链共识的优势，相比POW共识拥有更高的处理速度，拥有高扩展性的TPS潜力，且相比POS共识拥有更高的安全效应，另外，基于NROS层中的主节点可以扩展更多区块链功能，可扩展性强。。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (10)

1.一种区块链共识方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1，在由K个主节点构成的NROS层中随机选举出M个主节点，组成主节点集群，其中，M≤K；

S2，在所述NROS层中收集交易信息，并通过所述主节点集群对所述交易信息进行验证，且当单交易验证链达到预设数量W后，将所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的W个验证结果下传至NROW层，其中，W≤M；

S3，在所述NROW层中收集所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的W个验证结果，并对所述单交易验证链中的W个验证结果进行仲裁。

2.根据权利要求1所述的一种区块链共识方法，其特征在于：设定所述NROS层的区块链中的当前区块高度为N，对主节点的选举在N-X高度以下进行。

3.根据权利要求2所述的一种区块链共识方法，其特征在于：实现所述S1的第一种具体步骤为，

将所述NROS层中的K个主节点进行以概率P＝M/K的重复K次独立试验，且所述独立试验的结果服从二项分布B(K，P)；

利用VRF随机数确定每次所述独立试验是否中签，并将满足以M为中轴的正态分布的中签的独立试验所对应的主节点进行集合，得到所述主节点集群，其中主节点集群的数量至少为W个。

4.根据权利要求2所述的一种区块链共识方法，其特征在于：实现所述S1的第二种具体步骤为，

扫描N-X高度以下的所有注册的所述主节点的公钥；

对所述公钥的地址通过函数γ(x,nonce)进行分组，且将所有所述主节点分为K/M组，每组中的所述主节点均满足γ(公钥,nonce)＝组序号，其中，nonce为N-X高度；

取N-X高度的nonce计算提名主节点集合，所述提名主节点集合的序号i＝nonce％(K/M)，如果count(i)<M，则向前轮询，直到找到count(i)＝M时的所述提名主节点集合的序号为止，此时所述提名主节点集合的序号i所对应的所述提名主节点集合即为最终被选举出的所述主节点集群，其中主节点集群的数量至少为W个。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种区块链共识方法，其特征在于：所述S2具体为，

按照区块链中的主链区块时间间隔T，对选举出的所述主节点集群开放交易收集与验证时间窗口，并在所述交易收集与验证时间窗口内由所述主节点集群收集所述交易信息；

所述主节点集群中的所述主节点对收集的所述交易信息逐条进行验证并广播，对于任一条所述交易信息，当单交易验证链达到预设数量W后，将所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的W个验证结果下传至NROW层。

6.根据权利要求1至4任一项所述的一种区块链共识方法，其特征在于：在所述S1中，通过向主网络质押预设量的保证金的方法设立每个所述主节点；

在所述S2中，在每条所述单交易验证链中，均通过质押的方式从对应的所述主节点上质押预设比例的保证金。

7.根据权利要求6所述的一种区块链共识方法，其特征在于：所述S3具体为，

所述NROW层中的NROW矿工节点收集下传至所述NROW层中的所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的W个验证结果，并对所述单交易验证链中的W个验证结果进行二次验证，通过二次验证找出所述单交易验证链中的W个验证结果中的错误验证结果和正确验证结果；

将所述错误验证结果移出主网络，并扣除所述错误验证结果对应的所述主节点上的保证金；

将所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的所述正确验证结果通过所述NROW矿工节点打包进区块并上链，且在上链后全网广播同步账本。

8.根据权利要求7所述的一种区块链共识方法，其特征在于：当所述交易信息的所述单交易验证链中的W个验证结果全部相同时，则在NROW中层通过所述NROW矿工节点，直接将所述交易信息及对应的所述单交易验证链中相同的W个验证结果进行打包进区块并上链；

当所述交易信息的所述单交易验证链中的W个验证结果有不相同时，则在所述NROW层对所述单交易验证链中的W个验证结果进行二次验证。

9.根据权利要求7或8所述的一种区块链共识方法，其特征在于：当通过二次验证找出的所述交易信息的所述单交易验证链中的W个验证结果全部为错误验证结果时，则将所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的W个错误验证结果作废，同时扣除对应主节点上的保证金。

10.一种区块链共识架构，其特征在于：包括NROS层和NROW层，

所述NROS层由K个主节点构成的，且其用于从K个所述主节点中随机选举出M个主节点，组成主节点集群，其中，M≤K；

所述NROS层，还用于对所述主节点集群的交易信息进行收集，并通过所述主节点集群对所述交易信息进行验证，且当单交易验证链达到预设数量W后，将所述交易信息及对应的所述单交易验证链中的W个验证结果下传至NROW层，其中，W≤M；

所述NROW层，其用于收集所述单交易验证链中的W个验证结果，并对所述单交易验证链中的W个验证结果进行仲裁。