CN110209384A - 一种基于移动流量的区块链共识计算方法与系统 - Google Patents

一种基于移动流量的区块链共识计算方法与系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于移动应用流量的区块链共识计算方法与系统，针对目前区块链网络中以工作量证明(POW)为主的共识计算方法及网络终端存在的能源浪费、算力集中在少数大型矿场、普通用户参与困难等问题，通过对移动应用的活跃用户数的实时统计，以此数据作为权重来调节矿池挖矿难度系数，从而等价地增加移动应用矿池区块封装算力。本系统使移动应用运营商通过其移动应用吸引更多注册用户，来提升其区块封装算力权重，在避免能源浪费的条件下，等价地提升区块链网络的整体区块封装难度，既实现了绿色挖矿，让区块链网络分布性更大，同时促使运营商开发和运营更优质的移动化区块链应用产品，促使区块链生态体系的良性循环与发展。

Description

一种基于移动流量的区块链共识计算方法与系统
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，尤其涉及区块链共识机制中的共识计算领域。
背景技术
区块链当今仍属小范围内专业用户、发烧友及相关极客的专宠，这一方面是由于区块链技术概念本身的生涩难懂，限制了大众对其本质与应用价值的理解，另一方面也是由于目前的区块链软件系统操作困难，操作要求甚高，如一般仍要求用户使用PC终端进行软件的安装与操作使用，这极大地限制了区块链技术的推广与应用普及。
智能手机当前已获得了极广泛的用户群体，其用户数已数倍于PC电脑的用户，若能将区块链软件系统的相关功能与互动操作通过智能手机来实现，必将极大地扩展区块链技术的应用范围、扩大用户数量，并迅速地推广普及区块链的相关概念。
区块链的共识机制，即决定区块链网络中哪个矿工取得下一个区块的封装权，是区块链的核心工作机制，是区块链取得去中心化特征，从而构建具有分布式安全和数据可信网络的关键所在。自比特币诞生到当前的主流区块链网络如以太坊，均以工作量证明(POW)作为取得共识的核心算法，该算法通过对区块头、区块数据及其它区块相关数据和一个随机数据组成的数据体进行哈希计算，要求哈希计算的结果小于某一个长整数，而这个长整数通过对该区块生成时网络中的区块封装难度系数来调节，这样，当网络中区块封装难度系数越大，则这个长整数越小，区块数据体的哈希值要小于这个长整数的几率就越小，因而遍历随机数的次数就要求越多，在确保计算时间相对稳定的条件下对矿工的计算设备的计算能力要求就越高。
在该共识机制条件下，矿工要有更大机率获得区块封装权，其唯一路径就是不断增加其计算设备的计算能力和消耗更多的电力资源。这些电力资源消耗实际上是在POW机制下区块封装权竞争的结果，除了不断推高网络整体的区块封装难度，从而使单一组织更难以控制整个网络外，实质上并无其它任何价值，反而由于不断升高的电力消耗带来了巨大的能源浪费。
解决POW主要路径是采用权益证明(POS)，但目前的POS机制，要么机制过于复杂，在实际部署实施时困难重重，要么因单纯的强调POS机制，又带来网络算力的不足从而使区块链网络的分布性受到极大的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明设计了一种基于移动流量的区块链共识计算方法与系统，通过使用本方法与系统，有机融合POW与POS挖矿二者的共同优点，使移动应用矿池在保持POW共识计算整体机制不变的前提下，通过其移动应用所吸引的注册用户数来增加其矿池挖矿权重来调节区块封装难度系数，从而实现区块封装(挖矿)算力的提升，可在避免大量能源浪费的条件下，等价地提升区块链网络的整体区块封装难度，既实现了绿色挖矿(普通用户通过手机注册即可参与挖矿)，让区块链网络获得更大的分布性，并通过矿池帐户权重所等价增加的区块封装算力，有效防止大型传统算力矿场对规模相对较小、算力相对有限的行业性、区域性或处于启步阶段的区块链网络以取得网络控制权为核心的算力攻击。为实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
如图1、图2所示，设计一种一种基于移动应用流量的区块链共识计算方法，其核心内容包括如下三个关键步骤：
第一，区块链移动应用矿池(区块封装者)在基于工作量证明(POW)进行区块封装时，进行持续哈希计算找到一个随机数(nonce)，该随机数与区块头、区块的其它数据的集合的哈希计算值将小于一个长整数Hd，而该长整数Hd的值由区块网络中所设定的最大值Mv与第j个区块的区块封装难度值所决定，即：
Hd＞H(Ω(nounce，Header，…)) (1)
Hd＝Mv/dj (2)；
第二，查询移动应用在区块链网络移动用户挖矿智能合约中所注册的移动用户当天的注册数pB，以pB的值去除以当前区块封装难度值dj，并将计算结果赋给dj，即：
dj＝dj/pB (3)；
使用新获得的dj，计算新的Hd，从而使新的Hd为原Hd的1/pB，即nonce在第j个区块时的计算难度为原计算难度的1/pB，等价于在封装第j个区块时基于权重的算力为原来单纯的POW算力的pB倍，即：
NEWCP＝pB×OrigCP (4)；
第三，区块链网络上的其它节点对区块进行验证时，验证区块难度时将查询封装区块的移动应用的权重(即该移动应用的当时注册活跃用户数)，同样按前述(1)、(2)、(3)、(4)公式核实区块难度是否符合条件，若符合通过验证，若不符合该区块无效。
如图1所示，移动应用矿池在j区块的封装算力等于该时刻其POW算力乘以其算力权重，即：
移动应用矿池可通过两种方式来增加其区块封装算力，其一为增加其计算设备的计算能力，其二为增加其区块链算力权重(即增加其当日活跃注册用户数)。
如图1、图2所示，基于移动流量的区块链共识计算方法，每次区块封装成功，区块链网络将自动增发一固定额度的奖励积分，该奖励积分将分为两部分，一部分用于奖励成功封装该区块的矿池帐号，其余部分将存入移动用户挖矿智能合约，用于奖励当天所注册的移动挖矿用户。
Rjp＝RB×Ppool (6)
RjF＝RB-Rjp (7)
公式(6)、(7)中，Rjp为封装该区块的矿池所获得的奖励，RjF为移动用户挖矿基金从该区块所积累的奖励。
如图3所示，基于移动应用流量的区块链共识计算方法，移动应用参与区块链挖矿，可部署移动应用及移动应用矿池，通过移动应用的推广吸引手机用户以其矿池帐号参与挖矿，在确定的计算条件下，可通过增加其移动应用的日活跃用户数来增加其挖矿权重，从而等价地增加其区块封装算力，新的算力为原算力的m倍，m为：
公式(8)中为新的日活跃用户数，为原日活跃用户数。
如图3所示，基于移动应用流量的区块链共识计算方法，普通用户参与挖矿，可注册为某一移动应用的用户，通过该移动应用的矿池参与区块链网络的挖矿，其挖矿奖励为当前所积累的挖矿基金除以当前日活跃用户数，即：
RMU＝∑RT/∑PMU (9)
如图3所示，基于移动应用流量的区块链共识计算方法，移动应用挖矿矿池需要在区块链移动应用挖矿智能合约中首先注册其矿池挖矿帐号，移动用户每天在向挖矿智能合约注册挖矿时必须提供该矿池的帐号；区块链网络通过在挖矿智能合约中将有挖矿作弊的矿池帐号列入黑名单，使具有作弊事实的移动应用矿池不能再接受移动用户以其矿池帐号注册，从而使其权重统计失效。
如图4所示，一种基于权重的区块链共识计算系统包括有如下模块：(1)移动应用流量权重统计模块；(2)区块封装难度调节模块；(3)区块哈希值计算模块；(4)区块随机数计算模块；(5)区块封装模块；(6)已封装区块难度值验证模块。
附图说明
图1基于移动流量的共识计算区块封装流程
图2基于移动流量的共识计算区块验证流程
图3基于移动流量的共识计算矿池结构图
图4基于移动流量的共识计算系统
具体实施方式
下文中，以基于POW共识机制的以太坊中加入POS机制为例详细描述本发明的实施原理与优选实施例。
在以太坊的POW共识机制中，区块的主要结构如下：
以太坊矿工挖矿就是要通过循环搜索，找到Header结构中的随机数Nonce，使其满足如下条件：
Hash(Header，DAG，Nonce)＜2256/Header.Difficulty (8)
即，由区块头Header、无向环数据DAG、持续搜素获得的随机数Nonce所构成的联合数据体的哈希计算值要小于2256这个大数除以区块头当前的难度系数Header.Difficulty。显然，Header.Difficulty越大，寻找Nonce和哈希计算的次数就会越多，计算难度也就越大。
我们将移动流量权重引入以太坊共识计算，即是要基于移动应用矿池的注册日活跃用户数作为权重来调整这个Header.Difficulty。我们在区块链网络中部署一移动用户挖矿智能合约，该智能合约的主要内容如下：
//构建函数，初始定义仅创建者作为管理员
/*MinerRegistry用户发出用户注册更新信息，用于更新用户状态，用户需要提供已注册矿池地址及自身信息(如电话号码)*/
移动用户每天通过调用智能合约函数MinerRegistry进行当日的挖矿注册，矿池挖矿时通过查询智能合约统计其移动应用注册用户数，作为其区块封装权重：
pB＝get Re gistryUsersBalance(coinbase) (9)
以当前所查询到的pB，作为矿池新区块封装的权重，调整难度系数：
Header.Difficulty＝Header.Difficulty/pB (10)
这样，使该移动应用矿池的难度值降低为原来的1/pB倍，等价于提升其算力pB倍，由此实现矿池基于其帐户权重调整其算力的目的。在其它节点对区块进行验证时，采用前述同样的算法，从而使基于权重的区块通过验证并能编入主链。
以前述算法为基础，在以太坊技术构架的基础上实现如上共识算法，构建基于移动流量的共识计算系统，需要重构如下模块：(1)移动应用矿池帐户权重查询模块GetRegistryUsers；(2)区块封装难度调整模块DiffcultyAdjust；(3)区块哈希值计算模块Hashmoti；(4)区块随机数计算模块NonceCompute；(5)区块封装模块BlockSeal；(6)已封装区块难度值验证模块BlockVerify。
以上所述仅为本发明的实施例说明，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。
综上所述，本发明所设计的一种基于移动流量的区块链共识计算方法与系统，通过对参与挖矿的移动应用矿池的注册日活跃用户数统计，以该数作为帐户权重来调节其挖矿难度系数，从而等价地增加矿池区块封装算力。基于本方法与系统使移动应用矿池通过增加帐户权重实现区块封装(挖矿)算力的提升，可在避免当前区块链区块封装采用POW所存在的大量能源浪费的前提下，等价地提升区块链网络的整体区块封装难度，一方面实现了绿色挖矿(普通用户通过手机注册即可以参与挖矿)，另一方面可以让区块链网络获得更大的分布性。同时，通过移动应用矿池用户权重所等价增加的区块封装算力，将能有效防止大型传统算力矿场对规模相对较小、算力相对有限的行业性、区域性或处于启步阶段的区块链网络的算力攻击。

Claims (7)

1.一种基于移动应用流量的区块链共识计算方法，其特征在于三个关键步骤：
(1)区块链移动应用矿池(区块封装者)在基于工作量证明(POW)进行区块封装时，进行持续哈希计算找到一个随机数(nonce)，该随机数与区块头、区块的其它数据的集合的哈希计算值将小于一个长整数Hd，而该长整数Hd的值由区块网络中所设定的最大值Mv与第j个区块的区块封装难度值所决定，即：
Hd＞H(Ω(nounce，Header，...)) (1)
Hd＝Mv/dj (2)；
(2)查询移动应用在区块链网络移动用户挖矿智能合约中所注册的移动用户当天的注册数pB，以pB的值去除以当前区块封装难度值dj，并将计算结果赋给dj，即：
dj＝dj/pB (3)；
使用新获得的dj，计算新的Hd，从而使新的Hd为原Hd的1/pB，即nonce在第j个区块时的计算难度为原计算难度的1/pB，等价于在封装第j个区块时基于权重的算力为原来单纯的POW算力的pB倍，即：
NEWCP＝pB×OrigCP (4)；
(3)区块链网络上的其它节点对区块进行验证时，验证区块难度时将查询封装区块的移动应用的权重(即该移动应用的当时注册活跃用户数)，同样按前述(1)、(2)、(3)、(4)公式核实区块难度是否符合条件，若符合通过验证，若不符合该区块无效。
2.如权利要求1所述的一种基于移动流量的的区块链共识计算方法，其特征在于：移动应用矿池在j区块的封装算力等于该时刻其POW算力乘以其算力权重，即：
移动应用矿池可通过两种方式来增加其区块封装算力，其一为增加其计算设备的计算能力，其二为增加其区块链算力权重(即增加其当日活跃注册用户数)。
3.如权利要求1所述的一种基于移动流量的区块链共识计算方法，其特征在于，每次区块封装成功，区块链网络将自动增发一固定额度的奖励积分，该奖励积分将分为两部分，一部分用于奖励成功封装该区块的矿池帐号，其余部分将存入移动用户挖矿智能合约，用于奖励当天所注册的移动挖矿用户。
公式(6)、(7)中，Rjp为封装该区块的矿池所获得的奖励，为移动用户挖矿基金从该区块所积累的奖励。
4.如权利要求1所述的一种基于移动应用流量的区块链共识计算方法，其特征在于：移动应用参与区块链挖矿，可部署移动应用及移动应用矿池，通过移动应用的推广吸引手机用户以其矿池帐号参与挖矿，在确定的计算条件下，可通过增加其移动应用的日活跃用户数来增加其挖矿权重，从而等价地增加其区块封装算力，新的算力为原算力的m倍，m为：
公式(8)中为新的日活跃用户数，为原日活跃用户数。
5.如权利要求1所述的一种基于移动应用流量的区块链共识计算方法，其特征在于：普通用户参与挖矿，可注册为某一移动应用的用户，通过该移动应用的矿池参与区块链网络的挖矿，其挖矿奖励为当前所积累的挖矿基金除以当前日活跃用户数，即：
RMU＝∑RT/∑PMU (9)
6.如权利要求1、4所述的一种基于移动应用流量的区块链共识计算方法，移动应用挖矿矿池需要在区块链移动应用挖矿智能合约中首先注册其矿池挖矿帐号，移动用户每天在向挖矿智能合约注册挖矿时必须提供该矿池的帐号；区块链网络通过在挖矿智能合约中将有挖矿作弊的矿池帐号列入黑名单，使具有作弊事实的移动应用矿池不能再接受移动用户以其矿池帐号注册，从而使其权重统计失效。
7.一种基于权重的区块链共识计算系统，其特征在于，所述共识计算系统包括有如下模块：(1)移动应用流量权重统计模块；(2)区块封装难度调节模块；(3)区块哈希值计算模块；(4)区块随机数计算模块；(5)区块封装模块；(6)已封装区块难度值验证模块。
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