CN110490593A - 一种基于存储贡献值的区块链共识方法和系统 - Google Patents

一种基于存储贡献值的区块链共识方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于存储贡献值的区块链共识方法和系统，该方法包括：获取区块链网络中的报名交易和存储网络中的存储贡献值交易；基于获取的信息获得区块链委员会名单；经过生效阶段之后，区块链委员会名单生效；基于区块链委员会名单进行区块链共识。本发明结合了区块链与存储网络，通过区块链激励存储网络的贡献值，以提高存储网络中存储信息的质量，使得区块链系统更加稳定运行；通过存储网络中贡献值以及其他因素获得区块链系统的记账权，区块链系统通过筛选获得区块链委员会名单，解决了仅由单一因素获取激励的问题；经过生效阶段之后才会生效，位于名单中的区块链节点有足够的时间得到该信息，解决了因为网络延迟而导致出块延迟的问题。

Description

一种基于存储贡献值的区块链共识方法和系统
技术领域
本发明属于区块链技术领域，更具体地，涉及一种基于存储贡献值的区块链共识方法和系统。
背景技术
在目前主流的区块链共识机制包括工作量证明(Proof of Work，简称POW)、权益证明(Proof of Stake，简称POS)和委任权益证明(Delegated Proof of Stake，简称DPOS)，其中DPOS的原理是通过持股人进行投票选出一定数量的代表，由代表轮流共识出块。
然而，上述的DPOS存在以下两个问题：首先，区块链系统中出块权掌握在持有股权的人的手中，没有其他可以激励节点的因素，所以传统的DPOS难以与其他现有的应用系统相结合；其次，由股权选举出的出块节点可能会由于网络延迟等原因较晚获取选举信息，从而导致出块时间延迟。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有技术仅由单一因素获取激励的弊端，以及解决因为网络延迟而导致出块延迟的技术问题。
为实现上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种基于存储贡献值的区块链共识方法，该方法包括以下步骤：
(1)获取区块链网络中的报名交易和存储网络中的存储贡献值交易；
(2)基于获取的报名交易和存储贡献值交易，获得区块链委员会名单；
(3)经过生效阶段之后，区块链委员会名单生效；
(4)基于所述区块链委员会名单进行区块链共识。
具体地，步骤(1)具体为：
区块链普通节点向区块链委员会发送报名交易进行报名，区块链委员节点默认直接报名；当存储网络中的用户端从存储网络中的某个存储节点获取存储内容时，该存储节点通过bridge节点向区块链委员会发送存储贡献值交易。
具体地，步骤(2)具体为：
将获取的报名交易和存储贡献值交易写入区块中；
经过选举间隔时间后，对选举间隔时间前的区块链委员会产生的报名材料进行排序，其中，报名材料包括报名交易和存储贡献值交易；
将前N个报名材料对应的报名节点生成区块链委员会名单，并将该名单写入区块中，其中，N为委员会节点数量上限。
具体地，步骤(4)具体为：
(401)当前的区块链委员会中的节点按照所述委员会名单中的顺序先后出块，每个节点连续出块M个并且获得奖励；
(402)判断当前区块链委员会出块总量是否尚未达到设定的委员会任期的出块总量，如果是则进入步骤(403)，否则，区块链共识过程结束；
(403)判断当前委员会节点是否在设定的出块时间范围内出块，如果是，则继续出块，直到出块数量达到M，返回步骤(401)，否则，标记当前委员会节点为失效委员会节点，标记位于名单中当前委员节点后的下一委员节点为代替节点，记录所述失效委员会节点本次已出块数量，代替节点开始出块；
(404)判断所述失效委员会节点是否恢复正常出块，如果是，则代替节点停止出块，并记录代替节点本次已出块数量，返回步骤(403)，否则，代替节点继续出块，在所述失效委员会节点的已出块数量和代替节点的出块数量的总量达到M时，返回步骤(401)；其中，M为单个节点连续出块数。
具体地，在步骤(1)之前，包括步骤(0)设置选举间隔E、生效间隔V、委员会节点数量上限N、单个节点连续出块数M、委员会任期的出块总量和出块时间范围，其中，选举间隔E和生效间隔V为委员会任期的非负整数倍。
为实现上述目的，另一方面，本发明实施例提供了一种基于存储贡献值的区块链共识系统，该系统包括以下：
第一模块，用于获取区块链网络中的报名交易和存储网络中的存储贡献值交易；
第二模块，用于基于获取的报名交易和存储贡献值交易，获得区块链委员会名单；
第三模块，用于经过生效阶段之后，区块链委员会名单生效；
第四模块，用于基于所述区块链委员会名单进行区块链共识。
具体地，所述获取区块链网络中的报名交易和存储网络中的存储贡献值交易具体为：
区块链普通节点向区块链委员会发送报名交易进行报名，区块链委员节点默认直接报名；当存储网络中的用户端从存储网络中的某个存储节点获取存储内容时，该存储节点通过bridge节点向区块链委员会发送存储贡献值交易。
具体地，所述基于获取的报名交易和存储贡献值交易，获得区块链委员会名单具体为：
将获取的报名交易和存储贡献值交易写入区块中；
经过选举间隔时间后，对选举间隔时间前的区块链委员会产生的报名材料进行排序，其中，报名材料包括报名交易和存储贡献值交易；
将前N个报名材料对应的报名节点生成区块链委员会名单，并将该名单写入区块中，其中，N为委员会节点数量上限。
具体地，所述基于所述区块链委员会名单进行区块链共识具体为：
(401)当前的区块链委员会中的节点按照所述委员会名单中的顺序先后出块，每个节点连续出块M个并且获得奖励；
(402)判断当前区块链委员会出块总量是否尚未达到设定的委员会任期的出块总量，如果是则进入步骤(403)，否则，区块链共识过程结束；
(403)判断当前委员会节点是否在设定的出块时间范围内出块，如果是，则继续出块，直到出块数量达到M，返回步骤(401)，否则，标记当前委员会节点为失效委员会节点，标记位于名单中当前委员节点后的下一委员节点为代替节点，记录所述失效委员会节点本次已出块数量，代替节点开始出块；
(404)判断所述失效委员会节点是否恢复正常出块，如果是，则代替节点停止出块，并记录代替节点本次已出块数量，返回步骤(403)，否则，代替节点继续出块，在所述失效委员会节点的已出块数量和代替节点的出块数量的总量达到M时，返回步骤(401)；其中，M为单个节点连续出块数。
具体地，该系统还包括第五模块，用于设置选举间隔E、生效间隔V、委员会节点数量上限N、单个节点连续出块数M、委员会任期的出块总量和出块时间范围，其中，选举间隔E和生效间隔V为委员会任期的非负整数倍。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明通过存储网络中贡献值以及其他因素获得区块链系统的记账权，区块链系统通过筛选获得区块链委员会名单，因此解决了仅由单一因素获取激励的问题。
(2)本发明的区块链委员会名单经过生效阶段之后才会生效，位于名单中的区块链节点有足够的时间得到该信息，因此解决了因为网络延迟而导致出块延迟的问题。
(3)本发明结合区块链与存储网络，通过区块链激励存储网络的贡献者，以提高存储网络中存储信息的质量，使得区块链系统更加稳定运行，从而实现共赢。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于存储贡献值的区块链共识方法流程图。
图2为区块链共识的时间轴示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施示例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明的整体思路在于，根据存储网络中贡献值以及其他因素获得区块链系统的记账权，从而对存储网络中贡献值高的节点进行奖励，同时通过设置选举阶段和生效阶段，提高对网络延迟的容忍度，从而解决因为网络延迟而导致出块延迟的问题。
图1为本发明实施例提供的基于存储贡献值的区块链共识方法流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
(1)获取区块链网络中的报名交易和存储网络中的存储贡献值交易；
(2)基于获取的报名交易和存储贡献值交易，获得区块链委员会名单；
(3)经过生效阶段之后，区块链委员会名单生效；
(4)基于所述区块链委员会名单进行区块链共识。
步骤(1)获取区块链网络中的报名交易和存储网络中的存储贡献值交易，具体为：
(101)区块链普通节点向区块链委员会发送报名交易进行报名，区块链委员节点默认直接报名；
(102)当存储网络中的用户端从存储网络中的某个存储节点获取存储内容时，该存储节点通过bridge节点向区块链委员会发送存储贡献值交易。
区块链普通节点进行报名是为了申请加入区块链委员会。报名交易包括地址和转账金额，其中地址是存储网络节点的标识符。
本文所述的存储网络为独立于区块链系统之外的P2P网络，但可以有部分区块链系统节点和存储网络节点运行于同一物理节点之上，存储网络中包含存储节点和bridge节点，bridge节点为一个中心化节点，负责收集存储节点的存储贡献值并转发至区块链委员会，每个存储节点都有一个唯一的地址。当用户端从存储网络中的存储节点获取其存储内容时，存储网络中的每个存储节点会记录自身的存储贡献值，并且将其一段时间间隔内的存储贡献值发送给bridge节点，然后bridge节点将所有收集到的存储贡献值发送给区块链节点。
步骤(2)基于获取的报名交易和存储贡献值交易，获得区块链委员会名单，具体为：
(201)将获取的报名交易和存储贡献值交易写入区块中；
(202)经过选举间隔时间后，对选举间隔时间前的区块链委员会产生的报名材料进行排序，其中，报名材料包括报名交易和存储贡献值交易；
将前N个报名材料对应的报名节点生成区块链委员会名单，并将该名单写入区块中，其中，N为委员会节点数量上限。区块链委员会中当前阶段的出块节点将收到的报名交易和存储贡献值交易写入区块中。经过选举间隔时间后，区块链委员会中的最后一个出块节点将选举间隔时间前的区块链委员会阶段产生报名材料进行排序，将前N个报名节点生成委员会名单，并将该名单写入区块中，其中，报名材料包括报名交易和存储贡献值交易。
步骤(3)经过生效阶段之后，区块链委员会名单生效。
经过生效间隔时间后，委员会名单生效，在所述委员会名单中的区块链节点成为当前的区块链委员会。
步骤(4)基于所述区块链委员会名单进行区块链共识，具体为：
(401)当前的区块链委员会中的节点按照所述委员会名单中的顺序先后出块，每个节点连续出块M个并且获得奖励；
(402)判断当前区块链委员会出块总量是否尚未达到设定的委员会任期的出块总量，如果是则进入步骤(403)，否则，区块链共识过程结束；
(403)判断当前委员会节点是否在设定的出块时间范围内出块，如果是，则继续出块，直到出块数量达到M，返回步骤(401)，否则，标记当前委员会节点为失效委员会节点，标记位于名单中当前委员节点后的下一委员节点为代替节点，记录所述失效委员会节点本次已出块数量，代替节点开始出块；
(404)判断所述失效委员会节点是否恢复正常出块，如果是，则代替节点停止出块，并记录代替节点本次已出块数量，返回步骤(403)，否则，代替节点继续出块，在所述失效委员会节点的已出块数量和代替节点的出块数量的总量达到M时，返回步骤(401)；其中，M为单个节点连续出块数。
在步骤(1)之前，包括步骤(0)设置选举间隔E、生效间隔V、委员会节点数量上限N、单个节点连续出块数M、委员会任期的出块总量和出块时间范围，其中，选举间隔E和生效间隔V为委员会任期的非负整数倍。
图2为区块链共识的时间轴示意图。如图2所示，选举间隔E为区块链普通节点发送报名交易到其进入区块链委员会节点名单之间所经历的区块链委员会任期数，生效间隔V为区块链委员会节点名单中的区块链节点成为正式的区块链委员会节点之间所经历的区块链委员会任期数。
实施例一
将初始化参数写入配置文件中，具体包括：选举间隔E为1个委员会任期、生效间隔V为1个委员会任期、委员会节点数量上限N为2个、单个节点连续出块数M为10块、委员会任期的出块总量40块和出块时间范围为1秒。基于存储贡献值的区块链共识方法具体过程如下：
区块链中地址为0x0001，0x0002，0x0003的普通节点发送报名交易，转账金额分别为10、20、30，同时用户端从存储网络中地址为0x0001，0x0002，0x0003的存储节点获取存储内容，地址为0x0001，0x0002，0x0003的存储节点分别通过bridge节点向区块链网络发送存储贡献值交易，包含的贡献值分别为50、10、20，当前委员会节点将以上所述的六笔交易写入区块中。经过选举间隔即1个委员会任期阶段后，本届的委员会中的最后一个出块节点对选举间隔前的报名交易和存储贡献值交易进行处理排序，当报名交易和存储贡献值权重为1：1时，排序结果如表1所示：
地址 报名金额+存储贡献值 总和
0x0001 10+50 60
0x0003 30+20 50
0x0002 20+10 30
表1
而委员会节点数量上限为2，所以委员会名单中只包含0x0001和0x0003，本届的委员会中的最后一个出块节点在出最后一个区块时，将名单写入区块中；经过生效间隔即1个委员会任期阶段后，以上名单中的节点成为本届的区块链委员会节点，委员会节点按照名单中的顺序，即0x0001、0x0003的顺序先后出块，节点0x0001先出10个区块，节点0x0003后出10个区块，判断当前区块链委员会出块总量20是否尚未达到设定的委员会任期的出块总量40，结果是尚未达到，则按照名单中的顺序继续出块；如果在节点0x0001连续出块2块时发生故障，节点0x0003检测到节点0x0001在出块时间范围1秒之内没有出块，则标记其为失效委员会节点，节点0x0003代替节点0x0001进行出块，如果节点0x0003代替节点0x0001出块5块时，节点0x0001恢复正常且已经同步到最新区块，节点0x0003停止出块，节点0x0001恢复出块，直到其出块总量和节点0x0003代替其出块量的和为单个节点连续出块数10为止，则名单中的下一个节点0x0003继续出块，直到本届委员会节点总共出块40块，过程结束。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于存储贡献值的区块链共识方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)获取区块链网络中的报名交易和存储网络中的存储贡献值交易；
(2)基于获取的报名交易和存储贡献值交易，获得区块链委员会名单；
(3)经过生效阶段之后，区块链委员会名单生效；
(4)基于所述区块链委员会名单进行区块链共识。
2.如权利要求1所述的区块链共识方法，其特征在于，步骤(1)具体为：
区块链普通节点向区块链委员会发送报名交易进行报名，区块链委员节点默认直接报名；当存储网络中的用户端从存储网络中的某个存储节点获取存储内容时，该存储节点通过bridge节点向区块链委员会发送存储贡献值交易。
3.如权利要求1所述的区块链共识方法，其特征在于，步骤(2)具体为：
将获取的报名交易和存储贡献值交易写入区块中；
经过选举间隔时间后，对选举间隔时间前的区块链委员会产生的报名材料进行排序，其中，报名材料包括报名交易和存储贡献值交易；
将前N个报名材料对应的报名节点生成区块链委员会名单，并将该名单写入区块中，其中，N为委员会节点数量上限。
4.如权利要求1所述的区块链共识方法，其特征在于，步骤(4)具体为：
(401)当前的区块链委员会中的节点按照所述委员会名单中的顺序先后出块，每个节点连续出块M个并且获得奖励；
(402)判断当前区块链委员会出块总量是否尚未达到设定的委员会任期的出块总量，如果是则进入步骤(403)，否则，区块链共识过程结束；
(403)判断当前委员会节点是否在设定的出块时间范围内出块，如果是，则继续出块，直到出块数量达到M，返回步骤(401)，否则，标记当前委员会节点为失效委员会节点，标记位于名单中当前委员节点后的下一委员节点为代替节点，记录所述失效委员会节点本次已出块数量，代替节点开始出块；
(404)判断所述失效委员会节点是否恢复正常出块，如果是，则代替节点停止出块，并记录代替节点本次已出块数量，返回步骤(403)，否则，代替节点继续出块，在所述失效委员会节点的已出块数量和代替节点的出块数量的总量达到M时，返回步骤(401)；其中，M为单个节点连续出块数。
5.如权利要求1所述的区块链共识方法，其特征在于，在步骤(1)之前，包括步骤(0)设置选举间隔E、生效间隔V、委员会节点数量上限N、单个节点连续出块数M、委员会任期的出块总量和出块时间范围，其中，选举间隔E和生效间隔V为委员会任期的非负整数倍。
6.一种基于存储贡献值的区块链共识系统，其特征在于，该系统包括以下：
第一模块，用于获取区块链网络中的报名交易和存储网络中的存储贡献值交易；
第二模块，用于基于获取的报名交易和存储贡献值交易，获得区块链委员会名单；
第三模块，用于经过生效阶段之后，区块链委员会名单生效；
第四模块，用于基于所述区块链委员会名单进行区块链共识。
7.如权利要求6所述的区块链共识系统，其特征在于，所述获取区块链网络中的报名交易和存储网络中的存储贡献值交易具体为：
区块链普通节点向区块链委员会发送报名交易进行报名，区块链委员节点默认直接报名；当存储网络中的用户端从存储网络中的某个存储节点获取存储内容时，该存储节点通过bridge节点向区块链委员会发送存储贡献值交易。
8.如权利要求6所述的区块链共识系统，其特征在于，所述基于获取的报名交易和存储贡献值交易，获得区块链委员会名单具体为：
将获取的报名交易和存储贡献值交易写入区块中；
经过选举间隔时间后，对选举间隔时间前的区块链委员会产生的报名材料进行排序，其中，报名材料包括报名交易和存储贡献值交易；
将前N个报名材料对应的报名节点生成区块链委员会名单，并将该名单写入区块中，其中，N为委员会节点数量上限。
9.如权利要求6所述的区块链共识系统，其特征在于，所述基于所述区块链委员会名单进行区块链共识具体为：
(401)当前的区块链委员会中的节点按照所述委员会名单中的顺序先后出块，每个节点连续出块M个并且获得奖励；
(402)判断当前区块链委员会出块总量是否尚未达到设定的委员会任期的出块总量，如果是则进入步骤(403)，否则，区块链共识过程结束；
(403)判断当前委员会节点是否在设定的出块时间范围内出块，如果是，则继续出块，直到出块数量达到M，返回步骤(401)，否则，标记当前委员会节点为失效委员会节点，标记位于名单中当前委员节点后的下一委员节点为代替节点，记录所述失效委员会节点本次已出块数量，代替节点开始出块；
(404)判断所述失效委员会节点是否恢复正常出块，如果是，则代替节点停止出块，并记录代替节点本次已出块数量，返回步骤(403)，否则，代替节点继续出块，在所述失效委员会节点的已出块数量和代替节点的出块数量的总量达到M时，返回步骤(401)；其中，M为单个节点连续出块数。
10.如权利要求6所述的区块链共识系统，其特征在于，该系统还包括第五模块，用于设置选举间隔E、生效间隔V、委员会节点数量上限N、单个节点连续出块数M、委员会任期的出块总量和出块时间范围，其中，选举间隔E和生效间隔V为委员会任期的非负整数倍。
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