CN110071897B - 一种基于移动端的区块链系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于移动端的区块链系统，包括核心应用组件，核心技术组件，平台基础设施，其中核心应用组件包括可编程合约，可编程资产，BPIM激励机制，链上钱包服务；核心技术组件包括委托DPOP共识机制，安全机制，关系对象存储，链路双工通信网络，平台基础设施用于承载区块链系统运行过程的基本所需，包括Windows，Linux，UNIX，MacoS操作系统，从区块链整体架构出发，重新定义了区块链网络，数据存储方式，共识机制，并从奖励机制，权益行使工具以及交易私钥的保密性等角度出发，考虑到移动终端计算能力有限，存储空间不足的问题而做出的全新区块链技术平台，方便移动端的接入和访问。

Description

一种基于移动端的区块链系统

技术领域

本发明涉及区块链领域，特别是一种基于移动端的区块链系统。

背景技术

传统区块链技术应用一般适用在具有大数据计算能力和高权益的服务端，随着人们对区块链技术的逐步探索，发现目前的区块链应用以及区块链的技术方案都普遍存在一个问题：它不支持移动端。区块链上层的应用都需要第三方的服务节点才能提供移动端的服务，对于一个基于去中心设计、解决信用问题的区块链技术，需要引入第三方信用中介才能提供终端服务，是有违设计初衷的。

未来的区块链需要支持移动终端的。首先，区块链是建立在互联网之上解决信用问题的新一代基础设施，它带来的是进步。如果建立在区块链上的应用还需要使用传统PC机才能进行进行访问，那么这是某种意义上的倒退。如果区块链只应用在服务端，解决机构与机构间信用问题，将很大程度的限制区块链的发展。如果区块链的应用不能面向终端用户，让终端用户感知到区块链的存在，那么这种应用与传统的普通应用并没有本质的区别。

区块链的前两大应用：一个是金融业务，二是物联网应用。目前在金融机构的应用中大多数采用的是联盟链的方案，解决的是机构与机构之间的信用问题，与终端用户没有直接联系，区块链在这种场景下对于他们来说是毫无感知的。在物联网应用中，物联网的绝大多数终端都是移动的，如果这些终端不能直接连上区块链网络，那么区块链在物联网中的应用将大受局限。

当区块链不支持移动终端时，依然可以将应用建立在区块链上并提供移动终端服务，但这需要额外的第三方节点，用于提供区块链到移动端之间的数据中转服务。这种引入第三方节点的方式本质上引入了第三方中心信用，有违区块链去中心的设计初衷，某种意义上用户不能直接参与区块链时，和没有使用区块链没有本质的区别，依然依靠中心信用提供服务，这种形式的区块链某种意义上只能叫分布式链式数据库。

所以，区块链一定要支持移动终端，否则当用户感知不到区块链所带来的积极意义时，其将很大程度的制约和限制区块链的发展。

但是，在做移动端区块链的设计过程中会遇到很多问题，比如：

(1)移动终端计算能力不足；

(2)移动网络不稳定且不能保持在线；

(3)移动终端的存储空间有限；

因此，如何改善区块链的整体架构已经成为解决移动区块链必须解决的难题。

发明内容

本发明旨在提出一种基于移动端的区块链系统，从区块链整体架构出发，重新定义了区块链网络，数据存储方式，共识机制，并从奖励机制，权益行使工具以及交易私钥的保密性等角度出发，考虑到移动终端计算能力有限，存储空间不足的问题而做出的全新区块链技术平台，方便移动端的接入和访问。

一种基于移动端的区块链系统，包括核心应用组件，核心技术组件，平台基础设施，

所述核心应用组件包括可编程合约，可编程资产，BPIM激励机制，链上钱包服务，基于移动端的区块链系统通过可编程合约和可编程资产模拟网络数据交易，运用BPIM激励机制鼓励区块链网络上的所有节点参与交易，所述BPIM激励机制是指基于参与度的奖励机制，当交易完成后节点可以获得不同程度的奖励，链上钱包服务用于在没有第三方服务机构的介入而实现去中心访问；

所述核心技术组件包括DPOP共识机制，安全机制，关系对象存储，链路双工通信网络，所述DPOP共识机制是指委托参与度权益证明机制，通过共识机制建立交易所要遵循的规则制度，通过关系对象存储将处于网络之外的应用接入区块链，使应用可以访问区块链，链路双工通信网络用于系统内部模块之间的沟通以及数据的传输。

所述平台基础设施，包括应用在移动端的Windows，Linux，UNIX，MacoS操作系统，所述操作系统用于承载所述基于移动端的区块链系统运行过程的基本所需。。

在本技术方案中，所述可编程合约通过代码编写协议，在合约当中规定交易的可编程资产的分配方法，另外，用户账户将参与交易的可编程资产作为合约附件一起参加交易。

在本技术方案中，所述BPIM激励机制是基于节点参与度的奖励机制，包括参与打块获得奖励，通过提供服务获得奖励，其中：

所述参与打块获得奖励是经其他节点投票选举出的打块代表的实时节点参与实时打块的奖励方法；

所述通过提供服务获得奖励是服务于分布式钱包的节点通过增加服务次数和/或提高服务质量而获取奖励的方法。

在本技术方案中，所述链上钱包服务是设置在区块链上的工具，用于终端用户访问区块链，从而进行权益交易，

当终端用户访问区块链时，区块链上的钱包服务节点实时充当服务器，为所接入的终端用户提供钱包服务。

在本技术方案中，所述DPOP共识机制规定达成共识的过程包括：

步骤1：节点通过投票选举打块代表；

步骤2：所有节点参与投票时，当投票少于(N-1)/3个节点反对时达成一致并打块；

其中，所述达成共识的前提是必须要有参与度证明，节点通过提供参与度证明后可以获得选举打块代表的资格，同时按照节点的权益大小和参与度的高低享有完成打块后不同程度的奖励，其中节点获取参与度的方式包括：

一是提供高可靠的网络性能获取参与度；

二是通过提供终端服务获取参与度。

在本技术方案中，所述关系对象存储引入区块哈系树和权益汇总机制，其中：

所述区块哈系树存储于Mongodb数据库中，用于快速检索、校验和定位区块的位置；

所述权益汇总机制通过在源数据上建立关键检查点将源数据分为历史数据和业务数据，移动终端接入区块链时只需存储关键检查点后的区块数据即可，所述关键检查点的区块数据存储在SQLite数据库当中。

在本技术方案中，所述链路双工通信网络通过引入HTTP协议将节点作为网络上的WEB服务器，另外通过建立Websocket连接关系使节点之间进行双向数据传输。

在本技术方案中，所述Websocket连接关系的建立包括：

步骤1、客户终端使用HTTP通信模块向节点发送WebSocket协议探测数据包；

步骤2、节点收到协议探测数据包后会给予回复是否支持WebSocket协议以及所支持的WebSocket协议版本；

步骤3、客户终端收到节点反馈后根据节点返回要求调整WebSocket协议版本，并开发发送请求建立连接的数据包和心跳包；

步骤4、节点接收到连接请求时将先判断该客户终端是否已在会话池当中，如果不在会话池就检查客户终端合法性，合法时就开始建立长连接，并保持心跳连接，心跳连接建立起来以后就开始应用数据传输，不合法的话便不建立长连接，不会进行应用数据传输。

在本技术方案中，所述安全机制是保证区块链生成私钥过程不泄密，不落地的保障手段，所述私钥包括移动终端访问区块链所进行交易所产生的私钥，用于数据交易时双方验证数据安全，其中，私钥的生成过程包括：

S1：终端用户采用自定义信息，通过哈希算法生成唯一识别特征；

S2：将唯一识别特征作为数字签名算法的输入条件生成公钥与私钥对，

所述公钥用于验证用户所发布数据是否由该用户自己加密，所述私钥用于用户在交易上进行加密签名，用户将经过加密签名的交易数据发布至区块链上，

所述私钥生成过程是单向不可逆的。

在本技术方案中，在区块链系统节点上另外设置了WEB服务器架构，节点之间属于平级关系且各自独立。

相比现有的技术方案，本发明具有以下有益效果：

(1)重新定于和设计区块链网络，采用HTTP与Websocket协议相结合的方式，使网络实现双向通信，节点可以充当独立的WEB服务器，方便移动终端的接入；

(2)引入区块哈希树和权益汇总机制解决移动终端算力不足，存储空间不足等缺点，在落地执行时，采用Mongodb和SQLite数据库分别存储区块哈希树和关键检查点后的数据，有效解决移动终端计算能力有限和数据检索效率问题；

(3)在建立区块链共识机制问题上，结合“投票+拜占庭”的模式，避免算力浪费和“一言堂”问题，结合两者的优点，将共识机制一分为二，第一步先选出主导者，第二步把他发布的区块再进行一轮共识；

(4)把传统的WEB服务器架构搬到了节点上，节点与节点间的通信不再靠中央服务器，而是互相之间进行商量，且各自独立，每一个都是主节点，这样便可很直接的提供移动端支持。

附图说明

图1是本发明方案模块组成示意图；

图2是本发明方案打块流程示意图；

图3是本发明方案Websocket连接建立流程示意图；

图4是本发明方案私钥生成流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。在此需要说明的是，下面所描述的本发明各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种基于移动端的区块链系统，包括核心应用组件，核心技术组件，平台基础设施，

所述核心应用组件包括可编程合约，可编程资产，BPIM激励机制，链上钱包服务，基于移动端的区块链系统通过可编程合约和可编程资产模拟网络数据交易，优先选择的是，当A与B先建立智能合约，在智能合约上双方规定：A投入6份权益，B投入5份权益，当A方提出转账2份权益的申请时，A方需要另外订立一份附加条约，该条约规定了A方转账2份权益的事项，将该附加条约与一开始订立的智能合约签名打包发送到B方，通过网络区块的打块，经过B方的签名之后，视为B方同意该转账申请，转账事项成功。

运用BPIM激励机制鼓励区块链网络上的所有节点参与交易，所述BPIM激励机制是指基于参与度的奖励机制，当交易完成后节点可以获得不同程度的奖励，具体的分配方法是打块的节点获得50％的收益，剩余50％收益根据其他投票节点的投票量分配，优先选择的是B节点在这个过程中获得打块权，则它所打的块的收益50％归自己，另外50％基于投票给它的节点的投票数比例分配。

链上钱包服务用于在没有第三方服务机构的介入而实现去中心访问，具体过程包括：

首先，在终端设备上创建以钱包应用为基础的分布式节点；

其次，终端设备钱包应用通过分布式节点直接访问区块链；

最后，布式节点进行数据中转与数据记录处理，并与其它节点进行数据交互。

优先选择的是，在移动设备节点创建方法(Step12)当中，包括IOS系统移动设备和Adroid系统移动设备上均可通过安装节点程序实现自动节点创建，具体创建过程如下：

首先，检查本地设备空间是否足够；

其次，节点尝试探测本地网络；

再次，若探测成功，开始从本地网络下载最新的数据，并加载到本地节点；

最后，以钱包应用为基础的区块链节点创建完成。

所述核心技术组件包括委托DPOP共识机制，安全机制，关系对象存储，链路双工通信网络，通过共识机制建立交易所要遵循的规则制度，强调参与度是节点参与网络建设的条件，安全机制保障交易信息不泄露，维护网络交易安全，通过关系对象存储将处于网络之外的应用接入区块链，使应用可以访问区块链，链路双工通信网络用于系统内部模块之间的沟通以及数据的传输。

所述平台基础设施，包括应用在移动端的Windows，Linux，UNIX，MacoS操作系统，所述操作系统用于承载所述基于移动端的区块链系统运行过程的基本所需。

在优选方案中，所述可编程合约通过编码编写协议，在合约当中规定交易的可编程资产的分配方法，另外，用户账户将参与交易的可编程资产作为合约附件一起参加交易。

在优选方案中，所述BPIM激励机制是基于节点参与度的奖励机制，包括参与打块获得奖励，通过提供服务获得奖励，其中：

所述参与打块获得奖励是经其他节点投票选举出的打块代表的实时节点参与实时打块的奖励方法；

所述通过提供服务获得奖励是服务于分布式钱包的节点通过增加服务次数和/或提高服务质量而获取奖励的方法。

在优选方案中，所述链上钱包服务是设置在区块链上的工具，用于终端用户访问区块链，从而可以进行权益交易，

当终端用户访问区块链时，区块链上的钱包服务节点实时充当服务器，为所接入的终端用户提供钱包服务，在没有第三方权威机构的条件下，各节点之间是相互独立的，每一个都是主节点，这样便可很直接的提供移动端支持。

如图2所示，

在优选方案中，所述DPOP共识机制规定达成共识的过程包括：

步骤1：A-Z共26个节点参与区块链网络打块，首先这26个节点通过投票选出3个综合排名前三的节点，这里，综合排名包括算力大小，权益高低，参与度大小等因素进行加权平均统计出来；

步骤2：A-Z个节点参与投票时，当投票少于(N-1)/3个节点反对时达成一致并打块；当统计投票数时，只要投反对票少于9票反对时认为达成一致将可以由选出来的3位代表进行打块。

其中，所述达成共识的前提是必须要有参与度证明，节点通过提供参与度证明后可以获得选举打块代表的资格，同时按照节点的权益大小和参与度的高低享有完成打块后不同程度的奖励，其中节点获取参与度的方式包括：

一是提供高可靠的网络性能获取参与度；

二是通过提供终端服务获取参与度。

在优选方案中，所述关系对象存储引入区块哈系树和权益汇总机制，其中：

区块哈系树存储于Mongodb数据库中，用于快速检索、校验和定位区块的位置，

节点获取数据后建立关键检查点，所谓建立关键检查点是为区块链上所有账户建立快照，对历史数据部分进行完全拷贝，拷贝包括历史数据在链式数据的映像，将数据以关键检查点为分界线划分历史数据与业务数据，运用Mongodb数据库对数据的正确性进行校验，并提供校验结果；

权益汇总机制通过在源数据上建立关键检查点将源数据分为两部分，移动终端接入区块链时只需存储关键检查点后的区块数据即可，所述关键检查点的区块数据存储在SQLite数据库当中，

当完成关键检查点的建立以及对历史数据校验过程完毕后，交易数据只需要基于建立关键检查点的结果进行运算即可，而不用重新遍历该交易设计的所有数据，同时移动端做到只需少量数据即可参与区块链共识，

每当57个区块周期结束时，区块链上会生成一个新的检查点，SQLite数据库只需存储交易数据最后的检查点与业务数据即可。

如图3所示，

在优选方案中，所述链路双工通信网络通过引入HTTP协议将节点作为网络上的WEB服务器，另外通过建立Websocket连接关系使节点之间进行双向数据传输。

在本技术方案中，所述Websocket连接关系的建立包括：

步骤1、客户终端使用HTTP通信模块向节点发送WebSocket协议探测数据包；

步骤2、节点收到协议探测数据包后会给予回复是否支持WebSocket协议以及所支持的WebSocket协议版本；

步骤3、客户终端收到节点反馈后根据节点返回要求调整WebSocket协议版本，并开发发送请求建立连接的数据包和心跳包；

步骤4、节点接收到连接请求时将先判断该客户终端是否已在会话池当中，如果不在会话池就检查客户终端合法性，合法时就开始建立长连接，并保持心跳连接，心跳连接建立起来以后就开始应用数据传输，不合法的话便不建立长连接，不会进行应用数据传输。

如图4所示，

在优选方案中，所述安全机制是保证区块链生成私钥过程不泄密，不落地的保障手段，所述私钥包括移动终端访问区块链所进行交易所产生的私钥，用于数据交易时双方验证数据安全，其中，私钥的生成过程包括：

S1：终端用户采用自定义信息，通过哈希算法生成唯一识别特征；

S2：将唯一识别特征作为数字签名算法的输入条件生成公钥与私钥对，

所述公钥用于验证用户所发布数据是否由该用户自己加密，所述私钥用于用户在交易上进行加密签名，用户将经过加密签名的交易数据发布至区块链上，

所述私钥生成过程是单向不可逆的。

在优选方案中，在区块链系统节点上另外设置了WEB服务器架构，节点之间属于平级关系且各自独立。

通过上述优选方案可以实现在不需要第三方服务节点的情况下提供移动端的支持，从而支持移动端直接访问区块链，真正做到移动区块链平台的搭建。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (10)

1.一种基于移动端的区块链系统，其特征在于，包括核心应用组件，核心技术组件，平台基础设施，

所述核心应用组件包括可编程合约，可编程资产，BPIM激励机制，链上钱包服务，通过可编程合约和可编程资产模拟网络数据交易，运用BPIM激励机制鼓励区块链网络上的所有节点参与交易，交易完成后节点可以获得不同程度的奖励，链上钱包服务用于在没有第三方服务机构的介入而实现去中心访问；

所述核心技术组件包括DPOP共识机制，安全机制，关系对象存储，链路双工通信网络，基于移动端的区块链系统通过DPOP共识机制建立交易所要遵循的规则制度，所述DPOP共识机制是指委托参与度权益证明机制，节点参与网络建设的前提要有参与度，所述安全机制通过算法生成公钥与私钥对建立交易安全机制，通过关系对象存储将处于网络之外的应用接入区块链，使应用可以访问区块链，链路双工通信网络用于系统内部模块之间的沟通以及数据的传输；

所述平台基础设施，包括应用在移动端的Windows，Linux，UNIX，MacoS操作系统，所述操作系统用于承载所述基于移动端的区块链系统运行过程的基本所需。

2.根据权利要求1所述的一种基于移动端的区块链系统，其特征在于，所述可编程合约通过代码编写协议，在合约当中规定交易的可编程资产的分配方法，另外，用户账户将参与交易的可编程资产作为合约附件一起参加交易。

3.根据权利要求1所述的一种基于移动端的区块链系统，其特征在于，所述BPIM激励机制是基于节点参与度的奖励机制，包括参与打块获得奖励，通过提供服务获得奖励，其中：

所述参与打块获得奖励是经其他节点投票选举出的打块代表的实时节点参与实时打块的奖励方法；

所述通过提供服务获得奖励是服务于分布式钱包的节点通过增加服务次数和/或提高服务质量而获取奖励的方法。

4.根据权利要求1所述的一种基于移动端的区块链系统，其特征在于，所述链上钱包服务是设置在区块链上的工具，用于终端用户访问区块链，从而进行权益交易，

当终端用户访问区块链时，区块链上的钱包服务节点实时充当服务器，为所接入的终端用户提供钱包服务。

5.根据权利要求1所述的一种基于移动端的区块链系统，其特征在于，所述DPOP共识机制规定达成共识的过程包括：

步骤1：节点通过投票选举打块代表；

步骤2：所有节点参与投票时，当投票少于(N-1)/3个节点反对时达成一致并打块；

其中，所述达成共识的前提是必须要有参与度证明，节点通过提供参与度证明后可以获得选举打块代表的资格，同时按照节点的权益大小和参与度的高低享有完成打块后不同程度的奖励，其中节点获取参与度的方式包括：

一是提供高可靠的网络性能获取参与度；

二是通过提供终端服务获取参与度。

6.根据权利要求1所述的一种基于移动端的区块链系统，其特征在于，所述关系对象存储引入区块哈系树和权益汇总机制，其中：

所述区块哈系树存储于Mongodb数据库中，用于快速检索、校验和定位区块的位置；

所述权益汇总机制通过在源数据上建立关键检查点将源数据分为历史数据和业务数据，移动终端接入区块链时只需存储关键检查点后的区块数据即可，所述关键检查点的区块数据存储在SQLite数据库当中。

7.根据权利要求1所述的一种基于移动端的区块链系统，其特征在于，所述链路双工通信网络通过引入HTTP协议将节点作为网络上的WEB服务器，另外通过建立Websocket连接关系使节点之间进行双向数据传输。

8.根据权利要求7所述的一种基于移动端的区块链系统，其特征在于，所述Websocket连接关系的建立包括：

步骤1、客户终端使用HTTP通信模块向节点发送WebSocket协议探测数据包；

步骤2、节点收到协议探测数据包后会给予回复是否支持WebSocket协议以及所支持的WebSocket协议版本；

步骤3、客户终端收到节点反馈后根据节点返回要求调整WebSocket协议版本，并开发发送请求建立连接的数据包和心跳包；

步骤4、节点接收到连接请求时将先判断该客户终端是否已在会话池当中，如果不在会话池就检查客户终端合法性，合法时就开始建立长连接，并保持心跳连接，心跳连接建立起来以后就开始应用数据传输，不合法的话便不建立长连接，不会进行应用数据传输。

9.根据权利要求1所述的一种基于移动端的区块链系统，其特征在于，所述安全机制是保证区块链生成私钥过程不泄密，不落地的保障手段，所述私钥包括移动终端访问区块链所进行交易所产生的私钥，用于数据交易时双方验证数据安全，其中，私钥的生成过程包括：

S1：终端用户采用自定义信息，通过哈希算法生成唯一识别特征；

S2：将唯一识别特征作为数字签名算法的输入条件生成公钥与私钥对，

所述公钥用于验证用户所发布数据是否由该用户自己加密，所述私钥用于用户在交易上进行加密签名，用户将经过加密签名的交易数据发布至区块链上，

所述私钥生成过程是单向不可逆的。

10.根据权利要求1所述的一种基于移动端的区块链系统，其特征在于，在区块链系统节点上另外设置了WEB服务器架构，节点之间属于平级关系且各自独立。

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