CN110060160A - 一种区块奖励分配方法、系统及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种区块奖励分配方法、系统及计算机可读存储介质，区块奖励分配方法为，在区块链系统添加一个内置的智能合约，验证区块时不直接把区块奖励发放到coinbase地址，而是发送到该智能合约地址；智能合约对区块奖励按照设定的比例进行分配，将智能合约配置为在区块链系统的每一个区块中都会自动执行。该区块奖励分配方法、系统及计算机可读存储介质易于实施。

Description

一种区块奖励分配方法、系统及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及区块链的共识机制，尤其涉及共识过程中在相同高度有多个竞争区块情形下的奖励分配方法及系统。

背景技术

孤块：在比特币的网络中，只有最长的链才是被承认的，如果某一个区块不在最长的链中，则这个区块将被称为OrphanBlock“孤块”。孤块是有效块，不是主链的一部分。它们可以在两个矿工在相似时间产生块时自然发生，或者它们可能由攻击者(具有足够的哈希能力)试图逆转交易引起。

叔块：在以太坊的GHOST共识协议中，不认为孤块没有价值，而是会给予发现孤块的矿工以回报。在以太坊中，孤块被称为“叔块”(uncle block)，它们可以为主链的安全作出贡献。

孤块率：在单位时间内产生孤块的个数。

以太坊GHOST协议：Greedy Heaviest-Observed Sub-Tree，贪婪最重可见子树协议。GHOST协议选取主链的原则是被选区块至创世块包含的有效区块最多。GHOST提出的动机是当前快速确认的块链因为区块的高作废率而受到低安全性困扰。GHOST协议支付报酬给叔块，这激励了矿工在新发现的块中去引用叔块。引用叔块使主链更重。

智能合约：一个智能合约是一套以数字形式定义的承诺(promises)，包括合约参与方可以在上面执行这些承诺的协议。

在基于工作量证明(Proof-of-Work，PoW)的区块链网络中，由于竞争和网络传输的原因，不可避免的会产生链的分叉。在Bitcoin(比特币)共识协议中，最长的链被认为是绝对的正确。如果一个块不是最长链的一部分，那么它被称为是“孤块”。一个孤立的块是一个块，它也是合法的，但是发现的稍晚，或者是网络传输稍慢，而没有能成为最长的链的一部分。在bitcoin区块链网络中，只有挖得最佳区块的矿工才会得到块奖励，而孤块是没有意义的，随后将被抛弃，发现这个孤块的矿工也拿不到采矿相关的奖励。

相对来说因为bitcoin十分钟的出块间隔时间比较长，孤块率会相对比较少，但是在出块间隔较短的区块链网络中，比如以太坊，因为只有14秒的出块间隔，会导致比较高的孤块产生率而受到低安全性困扰。为了解决这个问题，以太坊采用一种叫做GHOST的共识协议，GHOST协议通过在计算哪条链“最长”的时候把废区块也包含进来，不仅一个区块的父区块和更早的祖先块，祖先块的作废的后代区块(即孤块，以太坊术语中称之为“叔块”)也被加进来以计算哪一个区块拥有支持其的最大工作量证明。也就是说通过鼓励引用叔块，使引用主链获得更多的安全保证。以太坊付给挖掘最佳区块的矿工3个ETH的区块补贴奖励，同时也付给为新块确认作出贡献的“叔块”额外的区块补贴奖励，奖励额度为最佳链条区块的7/8。

但是以太坊付给叔区块额外的补贴奖励的策略，可能会在矿工算力达到一定比例程度时，矿工通过挖掘叔区块比挖掘最佳区块获得更多的奖励，这样可能导致矿工滥用叔区块的补贴奖励，变成只是挖掘叔区块而不是扩展最佳链条的区块。最终导致区块补贴奖励供应总量的增加，同时会降低区块链网络的性能，由此会对整个区块链生态带来负面的影响。

另外，因为在以太坊GHOST协议中，交易费并不奖励给叔区块。因此在一些取消了区块补贴，只有交易费的区块链网络中，比如把以太坊作为侧链时，叔区块将得不到任何奖励，则区块链网络又将面临挖矿过时造成的安全性降低的问题。

总的来说，在有着较高孤块产生率的基于工作量证明(PoW)的以太坊区块链网络中，目前以区块补贴和交易费的方式激励矿工，但因为过高的叔块补贴和无限制的叔块数量，可能会导致达到一定全网算力比率的矿工通过故意挖掘叔块获利，影响区块链网络的安全和效率。这可能会导致矿工通过故意挖掘叔块获利，造成区块补贴奖励供应总量的增加，同时降低区块链网络的性能。

另外在没有区块补贴、只有交易费的区块链网络中，又面临叔区块虽然为网络的安全作出贡献但得不到任何奖励而带来的低安全性问题。

因此，有必要设计一种新的级联H桥单元SOC均衡方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种区块奖励分配方法、系统及计算机可读存储介质，该区块奖励分配方法、系统及计算机可读存储介质易于实施。

发明的技术解决方案如下：

一种区块奖励分配方法，在POW共识机制下，在区块链系统添加一个内置的智能合约，验证区块时不直接把区块奖励发放到coinbase地址，而是发送到该智能合约地址；

智能合约对区块奖励按照设定的比例进行分配，将智能合约配置为在区块链系统的每一个区块中都会自动执行。

coinbase是一笔特殊交易，称为创币交易或者coinbase交易。coinbase地址就是矿工的地址。

智能合约的运行包括以下三个阶段：

第一阶段：基于成熟期进行操作，如果还没有任何区块到达成熟期，则退出合约程序；如果有则获取当前成熟区块及该当前成熟区块所有兄弟块信息；

第二阶段：根据设置的奖励累积池的区块跨度，把已成熟的区块奖励加入奖励累积池，累积到区块跨度时，成熟区块从奖励累积池拿取跨度对应比例的金额进行分配，如未达到奖励累积池的区块跨度，则退出合约程序；

第三阶段：根据设置的奖励分配比例和惩罚比例，在所有解决了当前成熟区块的矿工之间分享区块奖励。当前成熟区块的矿工是在当前成熟区块的高度，挖掘了各兄弟块的所有矿工，也可以表述为：在挖掘了当前成熟区块高度所有兄弟区块的矿工。

第一阶段中，为保存兄弟块信息，设定兄弟块数据结构的信息包括：

该兄弟块哈希；

该兄弟块coinbase地址；

该兄弟块中的交易费用；

该兄弟块被引用为叔块时的coinbase地址；

该兄弟块被引用为叔块时的块高度；

该兄弟块的叔块数。

第二阶段中，区块跨度奖励累积池区块间隔数N；从奖励累积池中拿取x＝1/N进行奖励分配，分配对象为分配对象为当前成熟区块和它的所有兄弟区块，x为要分配的奖励总额。

第三阶段中，给所述的后辈区块的奖励额为q＝x*A；

给兄弟块总的奖励为s＝(x-q)*B；兄弟块大部分情况下都是叔块。但这里的兄弟块表示当前高度所有的区块，也包括了最佳块。且叔块一般是相对于后来的区块来说的。用兄弟块表示当前高度所有的区块更容易区分和理解。

分配到每一个兄弟块的奖励为s/兄弟块数量；

根据每一个叔块被后辈区块引用的间隔层数L，从已分配的奖励份额中减去L*C份额的奖励为(意思是这个减去的部分，是要被销毁掉的，加就是要销毁金额的相加。)

z←z+(s*L*C)；←表示赋值，z表示已分配的奖励份额，z的初始值为0；

剩下的部分奖励w全部作为当前成熟最佳区块的奖励；

A、B、C均为预设的比例常数。

如果共识机制中设计了区块竞争规则，则判断当前成熟高度的所有区块之间是否违反了区块选择规则，如果违反了区块选择规则，则减去D份额的惩罚金额：

s＜-s-(s*D)；

w＜-w-(w*D)；

z＜-z+所有惩罚的金额；

“＜-”为赋值符号，D为预设的比例常数。

7.根据权利要求5或6所述的区块奖励分配方法，其特征在于，支付计算好的奖励给相关区块的矿工：

支付q给每一个兄弟块的引用区块的coinbase输出地址；

支付s给每一个兄弟区块的coinbase输出地址；

支付w给当前成熟的最佳区块的coinbase输出地址；

销毁惩罚金额z。

一种POW共识机制下的区块奖励分配系统，区块链系统具有智能合约模块；智能合约模块基于前述的方法实施区块奖励分配。

一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，能实现前述的区块奖励分配。

有益效果：

本发明的目的是设计一种共享区块奖励的方法。即在所有解决了相同块高度(块的高度，是区块高度的简称。区块通过规则链接在一起构成了区块链，创始区块默认高度为0，其后一个区块高度为1，以此类推(区块链的规则是系统只认可长度最长的区块链条)。举例：某一个区块的高度为386357，意味着从创世区块到当前的这个区块最长的链条区块数为386357+1个。区块高度可以用来识别区块在区块链中的位置，并据此找到和这个区块相关的所有基础属性和交易记录)的矿工之间，把最佳区块的区块奖励，包括区块补贴和交易费，根据设定的比例进行分配。所有为该块高度的确认作出贡献的相关矿工都会得到适当权重的奖励。

共享区块奖励让所有为新区块的确认作出贡献的矿工都能受益，通过合理的奖励分配比例，把叔块的奖励份额变得低于最佳区块的奖励，就可以防止矿工故意挖掘叔区块获取更多的奖励，从而解决矿工故意挖掘叔区块获利的问题。同时在所有为该块作出贡献的矿工之间共享奖励，可以解决在没有区块补贴，只有交易费的区块链网络中，叔区块的得不到奖励的问题。最终本发明有助于保证区块网络的安全性和高效率。

目前以太坊中矿工挖掘到新的区块，包括叔块会得到区块补贴，即以无限制增加奖励供应量的方式来激励矿工诚实的挖掘新的区块，且叔块的区块补贴最多可以为最佳区块的7/8，这可能会导致矿工通过故意挖掘叔块获利，造成区块补贴奖励供应总量的增加，同时过多的叔块还会降低区块链网络的性能。根据本发明，一旦奖励统一在矿工之间分配，设定合理的分配比例，使得所有叔块得到的奖励变得低于最佳区块的奖励，就可以防止矿工故意挖掘叔区块获取更多的奖励，从而解决矿工故意挖掘叔区块获利的问题。

在所有为该块作出贡献的矿工之间共享奖励，还可以让所有为新区块的确认作出贡献的，包括叔块在内的矿工都能受益，这就可以解决在没有区块补贴，只有交易费的区块链网络中(比如把以太坊作为侧链使用时)，叔区块的奖励来源问题。

最终本发明有助于保证基于工作量证明的区块链网络的安全性和高效率。

附图说明

图1为智能合约中的第一阶段等待区块奖励成熟期流程。

图2为智能合约中的第二阶段奖励池累积流程。

图3为智能合约中的第三阶段奖励计算和支付流程。

图4为本发明与bitcoin、ethereum区块奖励的区别示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：

如图1-4，在系统内添加一个内置的智能合约，验证区块时不直接把区块奖励发放到coinbase地址，而是发送到该智能合约地址。智能合约对区块奖励按照设定的比例进行分配，智能合约在每一个区块中都会自动执行。智能合约主要包括三个阶段处理流程和数据保存机制。

智能合约中主要包括以下三个阶段：

第一阶段：根据设置的区块奖励成熟期，如果还没有任何区块到达成熟期，则退出合约程序。如果有则获取当前成熟区块及该区块所有兄弟块信息。

第二阶段：根据设置的奖励累积池的区块跨度，把已成熟高度的区块奖励加入奖励累积池，累积到区块跨度时，成熟区块从奖励累积池拿取跨度对应比例的金额进行分配，如未达到奖励累积池的区块跨度，则退出合约程序。

智能合约第一阶段的步骤主要如下所示：

1)获取成熟期常量M和当前执行区块。

2)根据当前执行区块的高度和成熟期常量M，判断是否有已成熟的区块，如果还没有成熟的区块，则退出合约程序。

3)如果有成熟的区块，从当前执行区块通过区块链条找到当前奖励成熟区块，同时查找该成熟区块的兄弟块信息。为保存兄弟块信息，其数据存储结构如下(java语言描述)：

智能合约第二阶段的步骤主要如下所示：

1)获取当前成熟区块及所有兄弟区块的区块奖励，累加到奖励池；

2)判断当前成熟区块高度是否达到奖励累积池区块间隔数N(又称为跨度)，如果没有则退出合约程序；

3)从奖励累积池中拿取x＝1/N进行奖励分配，分配对象为分配对象为当前成熟区块和它的所有兄弟区块。分配对象是当前成熟区块和它的所有兄弟区块，详见第三阶段。

第三阶段：根据设置的奖励分配比例和惩罚比例，在所有解决了当前成熟区块的矿工之间分享区块奖励。

智能合约第三阶段中的详细分配策略主要如下所示：

1)给予引用了与当前成熟最佳区块相同高度的叔块(下文称为兄弟块)的后辈区块各一定份额的奖励；

2)剩下的部分，给予与当前成熟最佳区块相同高度的叔块共一定份额的奖励。根据被后辈区块引用的间隔层数，每一个叔块从已分配的奖励份额中减去一定份额的奖励。

3)剩下的部分，作为当前成熟最佳区块的奖励。

4)可选的，如果违反了设定的区块选择规则，则对相关区块从已分配的奖励中减去一定份额的奖励份额作为惩罚。

具体的：

1)计算引用了兄弟块的后辈区块的奖励额：

q＝x*A；q代表当前奖励额的计算结果，x是要分配的总额；

2)把剩下的奖励，按照B份额分配给所有兄弟块：

s＝(x-q)*B；

并在兄弟块之间分成相等的份：

s←s/兄弟块数量；

根据每一个叔块被后辈区块引用的间隔层数L，从已分配的奖励份额中减去L*C份额的奖励：

z←z+(s*L*C)；

s←s-(s*L*C)；

3)剩下的部分w，全部作为当前成熟最佳区块的奖励：

4)可选的。如果共识机制中设计了区块竞争规则，则判断当前成熟高度的所有区块之间是否违反了区块选择规则，如果违反了区块选择规则，则减去D份额的惩罚金额：

s←s-(s*D)；

w←w-(w*D)；

z←z+所有惩罚的金额；

以上符号“←”表述赋值；

支付计算好的奖励给相关区块的矿工：

支付q给每一个兄弟块的引用区块的coinbase输出地址；

支付s给每一个兄弟区块的coinbase输出地址；

支付w给当前成熟的最佳区块的coinbase输出地址；

烧掉惩罚金额z。其中的烧掉，英文为burn，烧毁，可以理解为销毁。

以上所述成熟期常量M的设置，是以链条中的区块极大概率不会被重组为考量，但至少M＞(N+7)，其中7为GHOST协议中引用叔块时的最大间隔层数。

以上所述成熟期常量N为区块的跨度数，表示奖励累积池的大小，即奖励累积池中包含了多少个块的奖励，N的选值应该是1＜N＜M。

以上所述A，B，C，D为区块奖励分配的常数因子，所有常数都在0和1之间，参考样本常量如下：

A＝0.1；

B＝0.5：

C＝0.05：

D＝0.1：

以上所述每种奖励的常数因子可以根据策略改变，例如，为了激励矿工配置更高的网络带宽，可以增加惩罚比例。为了激励矿工广播叔区块头，可以增加引用叔块的奖励。

以上所述区块选择规则是指共识协议中，区块链条对最佳区块的选择规则，如总是选择区块哈希最小的块。

最后，智能合约中的数据保存机制将上述三个阶段执行产生的合同数据保存到区块链中。

共享区块奖励让所有为新区块的确认作出贡献的矿工都能受益，通过合理的奖励分配比例，把叔块的奖励份额变得低于最佳区块的奖励，就可以防止矿工故意挖掘叔区块获取更多的奖励，从而解决矿工故意挖掘叔区块获利的问题。

同时在所有为该块作出贡献的矿工之间共享奖励，可以解决在没有区块补贴，只有交易费的区块链网络中，叔区块的得不到奖励的问题。

Claims (9)

1.一种区块奖励分配方法，其特征在于，在POW共识机制下，在区块链系统添加一个内置的智能合约，验证区块时不直接把区块奖励发放到coinbase地址，而是发送到该智能合约地址；

智能合约对区块奖励按照设定的比例进行分配，将智能合约配置为在区块链系统的每一个区块中都会自动执行。

2.根据权利要求1所述的区块奖励分配方法，其特征在于，智能合约的运行包括以下三个阶段：

第一阶段：基于成熟期进行操作，如果还没有任何区块到达成熟期，则退出合约程序；如果有则获取当前成熟区块及该当前成熟区块所有兄弟块信息；

第二阶段：根据设置的奖励累积池的区块跨度，把已成熟的区块奖励加入奖励累积池，累积到区块跨度时，成熟区块从奖励累积池拿取跨度对应比例的金额进行分配，如未达到奖励累积池的区块跨度，则退出合约程序；

第三阶段：根据设置的奖励分配比例和惩罚比例，在所有解决了当前成熟区块的矿工之间分享区块奖励。

3.根据权利要求2所述的区块奖励分配方法，其特征在于，第一阶段中，为保存兄弟块信息，设定兄弟块数据结构的信息包括：

该兄弟块哈希；

该兄弟块coinbase地址；

该兄弟块中的交易费用；

该兄弟块被引用为叔块时的coinbase地址；

该兄弟块被引用为叔块时的块高度；

该兄弟块的叔块数。

4.根据权利要求2所述的区块奖励分配方法，其特征在于，第二阶段中，区块跨度奖励累积池区块间隔数N；从奖励累积池中拿取x＝1/N进行奖励分配，分配对象为分配对象为当前成熟区块和它的所有兄弟区块，x为要分配的奖励总额。

5.根据权利要求2所述的区块奖励分配方法，其特征在于，第三阶段中，给所述的后辈区块的奖励额为q＝x*A；

给兄弟块总的奖励为s＝(x-q)*B；

分配到每一个兄弟块的奖励为s/兄弟块数量；

根据每一个叔块被后辈区块引用的间隔层数L，从已分配的奖励份额中减去L*C份额的奖励为：

z←z+(s*L*C)；

剩下的部分奖励w全部作为当前成熟最佳区块的奖励；

A、B、C均为预设的比例常数。

6.根据权利要求5所述的区块奖励分配方法，其特征在于，如果共识机制中设计了区块竞争规则，则判断当前成熟高度的所有区块之间是否违反了区块选择规则，如果违反了区块选择规则，则减去D份额的惩罚金额：

s＜-s-(s*D)；

w＜-w-(w*D)；

z＜-z+所有惩罚的金额；

“＜-”为赋值符号，D为预设的比例常数。

7.根据权利要求5或6所述的区块奖励分配方法，其特征在于，支付计算好的奖励给相关区块的矿工：

支付q给每一个兄弟块的引用区块的coinbase输出地址；

支付s给每一个兄弟区块的coinbase输出地址；

支付w给当前成熟的最佳区块的coinbase输出地址；

销毁惩罚金额z。

8.一种区块奖励分配系统，其特征在于，区块链系统具有智能合约模块；智能合约模块基于权利要求1-7任一项所述的方法实施区块奖励分配。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，能实现如权利要求1至7任一项所述的区块奖励分配。