CN110245951B - 一种基于树形结构的联盟链主从多链共识方法 - Google Patents

一种基于树形结构的联盟链主从多链共识方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于树形结构的联盟链主从多链共识方法，通过对联盟链共识群组进行划分，得到上层通道和下层通道，通道之间相互隔离，实现不同数字资产的分类和数据隔离，满足数据隔离的隐私需求，多个通道并发处理，提升了交易性能，解决了现有区块链吞吐量低下和交易延迟过高的问题，本文发明提出的树形结构的主从多链架构，以及该主从多链架构下的基于门限签名的拜占庭容错共识算法解决多样化数字资产分类并发处理带来的一致性问题，具有通信复杂度、签名验证复杂度低的优点，主从多链结构突破了单链的功能和性能束缚，具有良好的高并发交易性能，同时兼顾隐私数据的隔离保护，满足了企业多样化业务需求。

Description

一种基于树形结构的联盟链主从多链共识方法
技术领域
本发明属于区块链技术领域，具体涉及一种基于树形结构的联盟链主从多链共识方法。
背景技术
区块链技术作为去信任化的分布式账本系统，在不依赖于任何第三方可信机构的前提下，实现点对点的可信价值传递。当前，区块链技术已经从作为比特币等数字货币底层技术的1.0时代过渡到智能合约和去中心化应用相结合的2.0时代，并将开启价值互联的3.0时代。区块链3.0将解决1.0时代应用范围受限，以及2.0时代性能受限而无法规模化应用等问题，促使越来越多的产业和区块链无缝衔接，其链上承载的资产交易也将从单一的加密货币交易上升到更加复杂化和多样化的数字资产交易。
以比特币为代表的区块链开创了去中心账本先河，但以比特币为代表的区块链采用单层链式结构，将所有数字资产交易混合在一条链上处理，虽易于维持账本的一致性，但难以平行扩展复杂化和多样化的数字资产交易，也不便于分类管理；采用PoW(Proof ofWork)类单一链上的共识机制，不涉及多链间资产一致性共识，无法满足社会生产多场景协作的应用需求，并且存在效率低下、耗能严重等问题；针对特殊商业应用时无法对数据进行平行切分，以达到数据隔离的业务需求。因此，单层链式结构下的区块链存在性能、隐私、扩展上的技术瓶颈。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于树形结构的联盟链主从多链共识方法解决了单层链式结构下的区块链存在性能、隐私、扩展上的技术瓶颈的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于树形结构的联盟链主从多链共识方法，包括以下步骤：
S1、根据主从多链架构按照深度为m的3f叉树对联盟链共识群组进行划分，得到树中每个父节点和其副本节点组成的下层通道，以及父节点和根节点组成上层通道，f为每个通道所能容忍的拜占庭节点数量；
S2、根据下层通道的父节点收集各自通道τ时间内发生的交易，构建从链区块；
S3、对从链区块进行签名，得到签名后的从链区块；
S4、将签名后的从链区块向下层通道内的副本节点广播；
S5、对下层通道内的副本节点接收到的从链区块进行合法性验证，若验证通过，则向各自下层通道父节点发送基于门限签名的投票消息，若验证为未通过，则放弃该从链区块，返回步骤S2；
S6、预设下层通道内父节点接收到的投票消息数量的门限值为t，判断下层通道内父节点收到投票消息数量是否达到门限值t，若是，则跳转至步骤S7，若否，则放弃该从链区块，跳转至步骤S2；
S7、验证t个投票消息是否正确，若是，则将t个投票消息进行合成，得到一条门限签名，并向上层通道根节点反馈投票结果，若否，则放弃该从链区块，并跳转至步骤S2；
S8、根据上层通道根节点收到的投票结果，验证门限签名是否正确，若是，则构造主链区块，若否，则放弃该从链区块，跳转至步骤S2；
S9、对主链区块进行签名，得到签名后的主链区块；
S10、将签名后的主链区块广播给下层通道父节点；
S11、根据下层通道父节点收到签名后的主链区块，在下层通道内广播主链区块，并通过通道内副本节点接收主链区块；
S12、根据副本节点接收主链区块，判断主链区块的签名和每个从链区块摘要对应的门限签名是否均正确，若是，则将主链区块持久化写入到主链，并更新本地从链；若否，则放弃主链区块，跳转至步骤S2。
进一步地：所述步骤S1中主从多链架构包括一条主链和N条从链。
进一步地：所述主从多链是按照时间戳顺序将数据块以首尾相连的方式构成的独立区块链。
进一步地：所述步骤S1中父节点为各自下层通道的主节点，维护各自通道内的从链和主链，根节点为上层通道的主节点，负责构建主链。
进一步地：所述从链存储各自通道内的交易内容，主链存储所有从链区块的交易摘要。
进一步地：所述步骤S1中主从多链架构中父节点和其副本节点的总数n满足构成拜占庭容错系统要求。
进一步地：所述父节点和其副本节点的总数n的表达式为：n＝3f+1。
进一步地：所述步骤S1中深度m＝2。
进一步地：所述步骤S6中门限值t＝2f+1。
本发明的有益效果为：一种基于树形结构的联盟链主从多链共识方法，通过对联盟链共识群组进行划分，得到上层通道和下层通道，通道之间相互隔离，实现不同数字资产的分类和数据隔离，满足数据隔离的隐私需求，多个通道并发处理，提升了交易性能，解决了现有区块链吞吐量低下和交易延迟过高的问题，本文发明提出的树形结构的主从多链架构，以及该主从多链架构下的基于门限签名的拜占庭容错共识算法解决多样化数字资产分类并发处理带来的一致性问题，具有通信复杂度、签名验证复杂度低的优点，主从多链结构突破了单链的功能和性能束缚，具有良好的高并发交易性能，同时兼顾隐私数据的隔离保护，满足了企业多样化业务需求。
附图说明
图1为一种基于树形结构的联盟链主从多链共识方法流程图；
图2为本发明中树形主从多链系统架构。
图3为本发明中树形主从多链系统模型。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种基于树形结构的联盟链主从多链共识方法，包括以下步骤：
S1、根据主从多链架构按照深度为2的3f叉树对联盟链共识群组进行划分，得到树中每个父节点和其副本节点组成的下层通道，以及父节点和根节点组成上层通道，通道之间相互隔离，f为每个通道所能容忍的拜占庭节点数量，父节点为各自下层通道的主节点，维护各自通道内的从链和主链，根节点为上层通道的主节点，负责构建主链；
如图3所示，主从多链架构包括一条主链和N条从链，主从多链是按照时间戳顺序将数据块以首尾相连的方式构成的独立区块链，从链存储各自通道内的交易内容，主链存储所有从链区块的交易摘要，当从链区块的交易摘要被写进主链时，该从链交易才有效；
如图2所示，PP为上层通道的主节点，即本文的根节点；Pi1分别为下层通道i的主节点，即本文的父节点，同时也是上层通道的副本节点；Pi2、Pi3、Pi4为下层通道i的副本节点，其中，1≤i≤N；
主从多链架构中父节点和其副本节点的总数n满足构成拜占庭容错系统要求，其中，n＝3f+1。
S2、根据下层通道的父节点收集各自通道τ时间内发生的交易，构建从链区块；
S3、对从链区块进行签名，得到签名后的从链区块；
S4、将签名后的从链区块向下层通道内的副本节点广播；
S5、对下层通道内的副本节点接收到的从链区块进行合法性验证，若验证通过，则向各自下层通道父节点发送基于门限签名的投票消息，若验证为未通过，则放弃该从链区块，返回步骤S2；
S6、预设下层通道内父节点接收到的投票消息数量的门限值为t，判断下层通道内父节点收到投票消息数量是否达到门限值t，若是，则跳转至步骤S7，若否，则放弃该从链区块，跳转至步骤S2；
步骤S6中门限值t＝2f+1。
S7、验证t个投票消息是否正确，若是，则将t个投票消息进行合成，得到一条门限签名，并向上层通道根节点反馈投票结果，若否，则放弃该从链区块，并跳转至步骤S2；
S8、根据上层通道根节点收到的投票结果，验证门限签名是否正确，若是，则构造主链区块，若否，则放弃该从链区块，跳转至步骤S2；
S9、对主链区块进行签名，得到签名后的主链区块；
S10、将签名后的主链区块广播给下层通道父节点；
S11、根据下层通道父节点收到签名后的主链区块，在下层通道内广播主链区块，并通过通道内副本节点接收主链区块；
S12、根据副本节点接收到的主链区块，判断主链区块的签名和每个从链区块摘要对应的门限签名是否均正确，若是，则将主链区块持久化写入到主链，并更新本地从链；若否，则放弃主链区块，跳转至步骤S2。
本发明的有益效果为：一种基于树形结构的联盟链主从多链共识方法，通过对联盟链共识群组进行划分，得到上层通道和下层通道，通道之间相互隔离，实现不同数字资产的分类和数据隔离，满足数据隔离的隐私需求，多个通道并发处理，提升了交易性能，解决了现有区块链吞吐量低下和交易延迟过高的问题，本文发明提出的树形结构的主从多链架构，以及该主从多链架构下的基于门限签名的拜占庭容错共识算法解决多样化数字资产分类并发处理带来的一致性问题，具有通信复杂度、签名验证复杂度低的优点，主从多链结构突破了单链的功能和性能束缚，具有良好的高并发交易性能，同时兼顾隐私数据的隔离保护，满足了企业多样化业务需求。

Claims (9)

1.一种基于树形结构的联盟链主从多链共识方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据主从多链架构按照深度为m的3f叉树对联盟链共识群组进行划分，得到树中每个父节点和其副本节点组成的下层通道，以及父节点和根节点组成上层通道，f为每个通道所能容忍的拜占庭节点数量；
S2、根据下层通道的父节点收集各自通道τ时间内发生的交易，构建从链区块；
S3、对从链区块进行签名，得到签名后的从链区块；
S4、将签名后的从链区块向下层通道内的副本节点广播；
S5、对下层通道内的副本节点接收到的从链区块进行合法性验证，若验证通过，则向各自下层通道父节点发送基于门限签名的投票消息，若验证为未通过，则放弃该从链区块，返回步骤S2；
S6、预设下层通道内父节点接收到的投票消息数量的门限值为t，判断下层通道内父节点收到投票消息数量是否达到门限值t，若是，则跳转至步骤S7，若否，则放弃该从链区块，跳转至步骤S2；
S7、验证t个投票消息是否正确，若是，则将t个投票消息进行合成，得到一条门限签名，并向上层通道根节点反馈投票结果，若否，则放弃该从链区块，并跳转至步骤S2；
S8、根据上层通道根节点收到的投票结果，验证门限签名是否正确，若是，则构造主链区块，若否，则放弃该从链区块，跳转至步骤S2；
S9、对主链区块进行签名，得到签名后的主链区块；
S10、将签名后的主链区块广播给下层通道父节点；
S11、根据下层通道父节点收到签名后的主链区块，在下层通道内广播主链区块，并通过通道内副本节点接收主链区块；
S12、根据副本节点接收主链区块，判断主链区块的签名和每个从链区块摘要对应的门限签名是否均正确，若是，则将主链区块持久化写入到主链，并更新本地从链；若否，则放弃主链区块，跳转至步骤S2。
2.根据权利要求1所述的基于树形结构的联盟链主从多链共识方法，其特征在于，步骤S1中主从多链架构包括一条主链和N条从链。
3.根据权利要求2所述的基于树形结构的联盟链主从多链共识方法，其特征在于，主从多链是按照时间戳顺序将数据块以首尾相连的方式构成的独立区块链。
4.根据权利要求1所述的基于树形结构的联盟链主从多链共识方法，其特征在于，步骤S1中父节点为各自下层通道的主节点，维护各自通道内的从链和主链，根节点为上层通道的主节点，负责构建主链。
5.根据权利要求4所述的基于树形结构的联盟链主从多链共识方法，其特征在于，从链存储各自通道内的交易内容，主链存储所有从链区块的交易摘要。
6.根据权利要求2所述的基于树形结构的联盟链主从多链共识方法，其特征在于，步骤S1中主从多链架构中父节点和其副本节点的总数n满足构成拜占庭容错系统要求。
7.根据权利要求5所述的基于树形结构的联盟链主从多链共识方法，其特征在于，父节点和其副本节点的总数n的表达式为：n＝3f+1。
8.根据权利要求1所述的基于树形结构的联盟链主从多链共识方法，其特征在于，步骤S1中深度m＝2。
9.根据权利要求1所述的基于树形结构的联盟链主从多链共识方法，其特征在于，步骤S6中门限值t＝2f+1。
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