CN110502578A - 一种快速数据上链的共识机制 - Google Patents

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陈俊
刘业章
韩志耕
袁海雷
朱玉全
屠要峰
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Abstract

本发明公开了一种快速数据上链的共识机制，包括：每个具有打包权限的区块链节点分别生成随机数；由上个打包的矿工节点生成一个KEY随机数，并全网广播；每个节点分别计算自己的随机数与KEY随机数差值的绝对值，并将该绝对值全网广播，进行排序，选取绝对值最小的节点获得打包权限；将本交易池可打包的交易打包到区块，并全网广播有新块打包，其他节点同步完成后，参与到新一个打包流程。该机制各节点产生随机数的计算过程是随机的，每个节点被选为打包者的概率相等，保证了随机性和公平性；同时在原有的区块链技术基础上抛开数字资产，直接针对快速数据上链进行设计，大大提升区块的打包速度，在性能上实现了高并发机制。

Description

一种快速数据上链的共识机制
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，尤其涉及一种快速数据上链的共识机制。
背景技术
区块链技术，简称BT(Blockchain technology)，是一种互联网数据库技术，其特点是去中心化、无需中介参与、公开透明，让每个人均可参与数据库记录，达成数据的高度一致性，防篡改、防作恶、可追溯。
基于区块链的特性，区块链技术已得到了广泛应用，且前景广阔。因此数据上链逐渐成为一种主要的区块链应用场景；现有的区块链技术对这块的支持主要为普通交易的备注，或者特殊交易的体的有效负载。
区块链是一种去中心化的分布式账本系统，由于点对点网络下存在较高的网络延迟，各个节点所观察到的事务先后顺序不可能完全一致。因此区块链系统需要设计一种机制对在差不多时间内发生的事务的先后顺序进行共识。这种对一个时间窗口内的事务的先后顺序达成共识的算法被称为“共识机制”。现有的数据上链方案，仍然带有很重的数字货币特征，导致区块链的共识速度较慢，执行速度慢，规模和速度远远达不到商业应用高并发、高响应速度的需求，无法有效处理高并发量大的数据上链请求。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种快速数据上链的共识机制。该机制各节点产生随机数的计算过程是随机的，每个节点被选为打包者的概率相等，保证了打包者选举的随机性和公平性；同时在原有的区块链技术基础上抛开数字资产，直接针对快速数据上链进行设计，大大提升区块的打包速度，在性能上实现了高并发机制；减少了对资源的消耗，这些资源包括但不限于：计算用硬件设备、存储设备、网络流量、电力资源；而且实现难度较低，通过常见算法来得到绝对值最小的节点从而获得打包权限，降低区块链研究上的入门门槛。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种快速数据上链的共识机制，包括以下步骤：
1)每个具有打包权限的区块链节点分别生成随机数；
2)由上个打包的矿工节点生成一个KEY随机数，并全网广播；每个节点分别计算自己的随机数与KEY随机数差值的绝对值，并将该绝对值全网广播，进行排序，选取绝对值最小的节点获得打包权限；
3)获得打包权限的节点无需验证token交易，将本交易池可打包的交易打包到区块，并全网广播有新块打包；
4)其它节点在收到新块广播时，停止现有工作，同步新区块交易数据，并在同步完成后，参与到新一个打包流程。
初始区块链节点包括区块链节点运行程序和区块链运行参数配置文件两个模块。
参数包括节点名称、打包间隔时间、节点总数、随机数值范围。
节点名称全网唯一。
打包间隔时间为100MS-10S。
区块链各个节点在节点可靠性与数据实时性方面达成一致共识。
步骤2)中，在初始打包流程，KEY随机数为0。
步骤2)中排序的绝对值出现并列的最小值时，返回步骤1)重新开始；步骤2)中绝对值最小值唯一时，该最小值对应的节点获得打包权限，同时向网络广播打包权限，获得超过半数的节点支持后，开始打包；如果未获得超过半数的节点同意，返回步骤1)重新开始。
上述共识机制适用于私链、联盟链。
计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述共识机制。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下技术优点：
1)在原有的区块链技术基础上抛开数字资产，直接针对快速数据上链进行设计，从而可以大大提升区块的打包速度，在性能上实现了高并发机制；
2)实现难度较低，通过常见算法来得到绝对值最小的节点从而获得打包权限，降低区块链研究上的入门门槛；
3)减少了对资源的消耗，这些资源包括但不限于：计算用硬件设备、存储设备、网络流量、电力资源；
4)各节点产生随机数的计算过程是随机的，每个节点被选为打包者的概率相等，保证了打包者选举的随机性和公平性。
附图说明
图1是本发明实施例中快速数据上链的共识机制的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
本实施例是在原有的区块链技术基础上抛开数字资产，直接针对快速数据上链进行设计，主要快速数据上链场景，不支持token类交易。由于共识机制本身的限制，主要使用在私链或者联盟链，不建议用在公链。
一种快速数据上链的共识机制，包括以下步骤：
1)每个具有打包权限的区块链节点分别生成随机数；
2)由上个打包的矿工节点生成一个KEY随机数，(在初始打包阶段，KEY随机数为0)，并全网广播；每个节点分别计算自己的随机数与KEY随机数差值的绝对值，并将该绝对值全网广播，进行排序，选取绝对值最小的节点获得打包权限；当排序的绝对值出现并列的最小值时，返回步骤1)重新开始；当绝对值最小值唯一时，该最小值对应的节点获得打包权限，同时向网络广播打包权限，获得超过半数的节点支持后，开始打包；如果未获得超过半数的节点同意，返回步骤1)重新开始。
3)获得打包权限的节点无需验证token交易，将本交易池可打包的交易打包到区块，并全网广播有新块打包；
4)其它节点在收到新块广播时，停止现有工作，同步新区块交易数据，并在同步完成后，参与到新一个打包流程。
初始区块链节点包括区块链节点运行程序和区块链运行参数配置文件两个模块。
在运行区块链节点之前，需要在区块链运行参数配置文件里配置以下参数：
1)节点名称：节点名称全网唯一，例如：node1、node2、...、nodeN；
2)打包间隔时间：系统可限制并设置范围在100MS-10S；
3)节点总数；
4)随机数范围。
区块链中的节点是诚实可靠的，值得信赖的。各个节点在数据实时性方面达成一致共识，不同节点之间的数据交互，可以理解为数据同步或者是数据备份过程。其他节点通过交易同步工具来实现对不同区块链上交易数据的获取。
上述计算机程序指令存储于有形计算机可读介质上，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，同时也可通过计算机或其他可编程设备上执行实施例所述的共识机制。
需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种快速数据上链的共识机制，其特征在于，包括以下步骤：
1)每个具有打包权限的区块链节点分别生成随机数；
2)由上个打包的矿工节点生成一个KEY随机数，并全网广播；每个节点分别计算自己的随机数与KEY随机数差值的绝对值，并将该绝对值全网广播，进行排序，选取绝对值最小的节点获得打包权限；
3)获得打包权限的节点无需验证token交易，将本交易池可打包的交易打包到区块，并全网广播有新块打包；
4)其它节点在收到新块广播时，停止现有工作，同步新区块交易数据，并在同步完成后，参与到新一个打包流程。
2.根据权利要求1所述的数据上链的共识机制，其特征在于，初始区块链节点包括区块链节点运行程序和区块链运行参数配置文件两个模块。
3.根据权利要求2所述的数据上链的共识机制，其特征在于，所述参数包括节点名称、打包间隔时间、节点总数、随机数值范围。
4.根据权利要求3所述的数据上链的共识机制，其特征在于，节点名称全网唯一。
5.根据权利要求3所述的数据上链的共识机制，其特征在于，打包间隔时间为100MS-10S。
6.根据权利要求1所述的数据上链的共识机制，其特征在于，区块链各个节点在节点可靠性与数据实时性方面达成一致共识。
7.根据权利要求1所述的数据上链的共识机制，其特征在于，步骤2)中，在初始打包流程，KEY随机数为0。
8.根据权利要求1所述的数据上链的共识机制，其特征在于，步骤2)中排序的绝对值出现并列的最小值时，返回步骤1)重新开始；步骤2)中绝对值最小值唯一时，该最小值对应的节点获得打包权限，同时向网络广播打包权限，获得超过半数的节点支持后，开始打包；如果未获得超过半数的节点同意，返回步骤1)重新开始。
9.根据权利要求1所述的数据上链的共识机制，其特征在于，所述共识机制适用于私链、联盟链。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1所述的快速数据上链的共识机制。
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