CN110580653B - 一种基于交易的区块链共识机制 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于交易的区块链共识机制，包括以下步骤：统计当前区块的前X个区块中的交易数据，根据交易数据进行排序，按照排序结果选取出相应的前Y个节点，交易数据包括有交易数量和/或交易金额；前Y个节点根据目标值进行算力竞争，计算出结果值且结果值得到验证的节点作为获胜节点并获得新区块的记账权；获胜节点将新产生的交易数据打包至新区块中，并得到货币奖励。相较于现有的PoW机制以及PoS机制，本发明机制选取出的节点在区块链网络中活跃度较高，维护区块链网络的意愿高，能够有效降低算力的浪费，避免过度中心化，减少资源的消耗。

Description

一种基于交易的区块链共识机制
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，特别是涉及一种基于交易的区块链共识机制。
背景技术
共识机制是用来维持区块链网络中各个分布式节点一致性的机制。目前应用于区块链中的共识机制最主要有证明机制(Proof of Work，PoW)和权益证明机制(Proof ofStake，PoS)。
(1)如比特币区块链中使用PoW来达成节点间的共识，该机制需要节点进行一定难度的计算以得到新区块的记账权。具体来说，比特币PoW的过程首先是将所有准备打包进区块的交易组成交易列表并通过Merkle树算法生成Merkle根哈希；然后把Merkle根哈希值与其他相关信息组装成区块头；最后不断变更区块头中的随机数，对每次变更后的区块头做双重SHA256算法的运算，直至得到满足目标值的哈希值；
(2)权益证明机制PoS是根据钱包里面货币的多少以及货币在钱包里存放的天数由一种混合算法来合成一个单元币龄。根据币龄调整节点进行哈希计算的难度，币龄高会降低铸币的门槛。它把钱包和区块链系统的一致性绑定在一起。谁的钱包里的币龄数越大，谁拥有记账权的概率就越大。
但目前的证明机制PoW和权益证明机制PoS还存着以下缺陷：
在证明机制PoW中，由最初的CPU挖矿到GPU挖矿到现在的ASIC挖矿，已经偏离了最初设计算力竞争的目的。为了竞争得到记账权获得比特币，消耗了大量的算力资源来计算这个意义不大的随机数值。例如，在PoW作为共识机制的区块链中，新区块的产生需要矿工节点根据随机数值进行哈希运算，通过不断地递增随机数值并进行哈希运算来达到目标值。当某一矿工节点计算出的哈希值达到目标值时，该节点向全网广播，验证成功后该节点获得新区块的记账权和货币作为奖励。而当前的矿机和矿场掌握的算力远高于平均水平，掌握着大部分的区块记账权和货币开采权，造成算力的集中，与区块链的去中心化思想相违背，同时矿机和矿场在运行的过程中会造成大量的电力消耗。
在权益证明机制PoS中，拥有数额较大货币的用户能够更容易地获取新的货币，而新区块的记账权最终将集中于拥有大量货币的用户手中。不利于货币的流动性，同时从一定程度上造成了中心化的结果。例如，在PoS作为共识机制的区块链中，引入了币龄(交易的货币数量和该货币在钱包中存储时间的乘积)的概念，拥有较大数额的货币且持有币龄时间长的节点在竞争铸币权时的难度会降低。当节点间进行交易且交易成功时，节点将消耗相应的货币和币龄。拥有大量货币的节点能够通过低难度的竞争获得铸币权获取新的货币而不需要通过交易获取，导致货币将集中在小部分拥有大量货币的节点的钱包中，不利于货币的流通。
综上，工作量证明机制PoW需要消耗的资源较大，这些资源仅仅只是用于进行反复的无意义的哈希运算消耗并没有得到合理的利用，还会造成大量的电力消耗；权益证明机制PoS中小部分节点拥有大量货币的情况下会导致货币流通性降低和中心化的情况发生。主要的现有技术缺点还是在于工作量证明机制PoW，因为解决工作量证明机制PoW问题需要对算力的集中进行约束，使得所有节点获得记账权的概率维持在一个稳定地状态下，同时减少资源的消耗；如果工作量证明机制PoW问题被解决了，在本质上权益证明机制PoS的问题也将被解决。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供了一种基于交易的区块链共识机制，能够减少资源的消耗以及提高货币的流通性。
本发明提供了一种基于交易的区块链共识机制，包括以下步骤：
A、统计当前区块的前X个区块中的交易数据，根据所述交易数据进行排序，按照排序结果选取出相应的前Y个节点，所述交易数据包括有交易数量和/或交易金额；
B、所述前Y个节点根据目标值进行算力竞争，计算出结果值且所述结果值得到验证的节点作为获胜节点并获得新区块的记账权；
C、所述获胜节点将新产生的交易数据打包至所述新区块中，并得到货币奖励。
进一步，所述步骤B具体包括：所述前Y个节点通过SHA256算法对目标值进行算力竞争，计算出结果值的节点将所述结果值进行全网广播，所述前Y个节点中的剩余节点对所述结果值进行验证，若验证通过，则该节点作为获胜节点并获得新区块的记账权。
进一步，所述当前区块的前X个区块由PoW机制产生。
本发明提供的一种基于交易的区块链共识机制，至少具有以下有益效果：
(1)根据对当前区块的前X个区块中的交易数量和/或交易金额进行排序，选取出前Y个节点，这些节点在区块链网络中活跃度较高，维护区块链网络的意愿高，提高了货币的流通性；
(2)前Y个节点通过互相之间的交易来获得记账权，同时通过算力竞争防止恶意节点进行恶意交易来破坏区块链网络的稳定，避免过度中心化情况的产生，同时还能减少资源消耗。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；
图1为本发明实施例所提供的一种基于交易的区块链共识机制的流程示意图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在对本发明实施例进行描述之前，先对以下名词进行说明：
共识机制：对一笔交易，如果利益不相干的若干个节点能够达成共识，就可认为全网所有节点对此也能够达成共识；区块链网络中的共识机制是通过节点的投票，在很短的时间内完成对交易的验证和确认。
Merkle树：即默克树，是一种哈希二叉树，用作快速归纳和校验大规模数据完整性的数据结构，保持大型数据库中数据一致性的高效方法。这种二叉树包含加密哈希值。
Merkle根：即默克根，默克树存储结构中根节点所存储的哈希值。
SHA256算法：SHA256算法是SHA-2下细分出的一种算法；SHA-2是一种密码散列函数算法标准，由美国国家安全局研发，属于SHA算法之一，是SHA-1的后继者。
参照图1，本发明的一个实施例，提供了一种基于交易的区块链共识机制，包括以下步骤：
S100、统计当前区块的前X个区块中的交易数量和交易金额，根据预设计算函数计算出参与排序的变量值，按照变量值由大到小的顺序对相应的节点进行排序，选取出前Y个节点；
S200、前Y个节点根据目标值进行算力竞争，计算出结果值且结果值得到验证的节点作为获胜节点并获得新区块的记账权；
S300、获胜节点将新产生的交易数据打包至新区块中，并得到货币奖励；
S400、跳转至步骤S100，继续产生新区块。
其中，在本实施例的步骤S100中，当前区块的前X个区块由PoW机制产生，例如由PoW机制产生包括创世区块在内的前1000个区块；区块链网络中的每个区块中包含有区块头和区块体，区块体中包含有交易数据，对该交易数据进行筛选统计。因为交易数据中的交易数量越多或者交易金额越大时，证明相应节点在区块链网络中的活跃度越高，则相应的节点维护该区域链网络的积极性越高。通过统计筛选选出的前Y个节点是区块链网络中的活跃节点，这些节点维护区块链网络的意愿高，保证了区块链网络中不会出现大量的记账节点掉线，同时鼓励节点交易提高区块链网络的交易热度。而在现有技术中，例如使用工作量证明机制PoW作为共识机制的区块链网络中是将所有的节点直接进行算力竞争，资源浪费严重；使用权益证明机制PoS作为共识机制的区块链网络中对节点持有货币的数量以及币龄进行计算，不会考虑到节点在区块链网络中的活跃度。同时，在使用PoW作为共识机制的区块链网络中，节点维护网络的目的是为了打包新区块时系统奖励的货币。在使用PoS作为共识机制的区块链网络中，节点维护网络的目的是为了保证自己所持有的货币拥有持续的价值。因此本步骤S100相比于现有技术，减少了资源的消耗，提高区块链网络的交易热度。可以理解的是，第一，并非交易数量最多或者交易金额最大的节点一定能够成为获胜节点，这部分节点仍需要通过算力竞争来获取记账权以保证去中心化；第二，还可以存在以下情况：仅统计当前区块的前X个区块中的交易数量，按照交易数量由多到少的顺序对相应的节点进行排序，选取出前Y个节点。该情况同样能起到本实施例中减少资源的消耗，提高区块链网络的交易热度的效果；第三，该预设计算函数可根据实际情况进行调整，以适应不同的区块链环境。
在本实施例的步骤S200中，具体包括：前Y个节点通过SHA256算法根据目标值进行算力竞争，计算出结果值的节点将结果值进行全网广播，前Y个节点中的剩余节点对结果值进行验证，若验证通过，则该节点作为获胜节点并获得新区块的记账权。可以理解的是，目标值由区块链网络系统提出，该目标值难度可以进行调节，适当降低目标值的难度可以使绝大部分个人电脑也能进行算力竞争，以防止出现算力集中从而导致的中心化问题。在步骤S200中，节点是通过相互间的交易来获得记账权，同时通过算力竞争防止恶意节点进行恶意交易来破坏区块链网络的稳定。而在现有技术中，例如，在使用PoW作为共识机制的区块链网络中，需要全网的节点参与算力竞争，这一过程需要消耗大量的资源造成资源的浪费。在使用PoS作为共识机制的区块链网络中，作为持有大量货币的节点拥有更多的权益，也能够更轻松的获得新的货币，则违背去中心化的理论。因此，本步骤S200相比于现有技术，区块链网络中参与交易越活跃的节点对区块链网络的稳定性和安全性需求越大，更容易获得新区块的记账权以参与对区块链网络稳定性和安全性的维护，同时，还减少了资源的消耗。
以下列举一个实施例进行说明，例如，一个区块链网络从创世区块开始通过工作量证明机制PoW让全网的节点进行算力竞争挖出了1000个区块，此时各节点大部分都已经持有一定量的货币。在这1000个区块中记录了各节点的交易数据，区块链网络系统根据设置的关于交易数量和交易金额为未知数的函数计算出需要参与排序的变量值，并按照变量值从大到小对相应的节点排序。选出排序的前20个节点，根据区块链网络系统提出的目标值进行算力竞争，计算得到结果值的节点将结果值广播至全网，全网的节点对其结果值进行验证，验证成功则该节点得到新区块的记账权。该节点将这一时间段产生的交易信息和相关信息打包进新区块，系统奖励10个货币作为打包新区块的奖励，之后进行下一个区块打包的相关工作。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (1)

1.一种基于交易的区块链共识机制，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S100、通过PoW机制产生当前区块的前X个区块，统计所述前X个区块中记录的每一个节点的交易数量和交易金额，根据所述交易数量和交易金额进行所述节点的排序，得到排序结果；从所述排序结果选取前Y个节点；其中，所述根据所述交易数量和交易金额进行所述节点的排序包括：预设计算函数，将所述节点的交易数量和交易金额作为所述计算函数的输入参数，得到所述计算函数计算出的参与排序的变量值，按照变量值由大到小的顺序对节点进行排序；
步骤S200、所述前Y个节点通过SHA256算法对目标值进行算力竞争，计算出结果值的节点将所述结果值进行全网广播，所述前Y个节点中的剩余节点对所述结果值进行验证，若验证通过，则该节点作为获胜节点并获得新区块的记账权；其中，所述目标值能够通过区块链网络系统进行调节；
步骤S300、所述获胜节点将新产生的交易数据打包至所述新区块中，并得到货币奖励。
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