CN110868386A - 区块链共识方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种区块链共识方法。包括：随机抽取网络中多个节点的注册信息生成共识代表列表；指定列表中的一个节点作为记账节点；将共识代表列表信息取哈希值公布至区块链，并将共识代表列表信息加密后发送给共识代表中的每个节点；每个共识代表对加密的共识代表列表信息进行解密，对比是否与本节点的注册信息相同，相同则为记账节点，不同则为非记账节点；记账节点组织区块并将区块信息发送给非记账节点，非记账节点对区块信息验证签名后返回记账节点；记账节点收到返回签名的的数量超过预设值，即开始记账并广播区块。本发明通过随机抽取实现了公正可信，通过只在共识代表节点之间进行共识，有效提高了区块链效率。

Description

区块链共识方法
技术领域
本发明涉及区块链应用技术领域，更具体地，涉及一种区块链共识方法。
背景技术
近年来随着区块链技术的兴起，各种区块链共识机制纷纷面世。当前区块链共识机制主要包含有PoW、Pos、Dpos、PBFT等。部分共识机制通过采用全网共识，保证了安全和公正可信，但全网成员都需要参与共识导致区块链网络工作效率低，造成网络资源浪费；部分共识机制采用由固定一个或多个节点代理共识的方法，能够提高区块链网络的工作效率，但由于参与共识的节点过少导致缺乏安全性和公信力，同时兼顾效率与公正可信的共识机制极少。因此希望提出一种兼顾公正可信与效率的共识方法，为区块链共识增加一种新的选择。
发明内容
本发明的目的是提出一种区块链共识方法，实现公正可信的同时提高区块链网络的工作效率。
为实现上述目的，本发明提出了一种区块链共识方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：创世节点随机抽取网络中多个已注册节点的注册信息，以所述注册信息为标识生成共识代表列表，其中每个注册信息对应一个节点；
步骤2：所述创世节点指定所述共识代表列表中的一个网络注册信息所对应的节点作为记账节点；
步骤3：所述创世节点将共识代表列表信息取哈希值后将所述哈希值公布至区块链，同时将所述共识代表列表信息加密后发送给所述共识代表列表中的每个节点；
步骤4：每个所述共识代表列表中的节点分别对加密的所述共识代表列表信息进行解密，对比所述共识代表列表中指定为记账节点的注册信息是否与本节点的注册信息相同，相同则为记账节点，不同则为非记账节点；
步骤5：所述记账节点组织区块并将区块信息发送给所述共识代表列表中的非记账节点，所述非记账节点对所述区块信息进行验证并签名后返回所述记账节点；以及，
在预设时间内，所述记账节点收到返回签名的所述非记账节点的数量超过预设值，即开始记账并广播区块。
优选地，在所述步骤1之前还包括：每个节点在加入区块链网络时均向所述创世节点进行注册，其中所述注册信息包括IP地址和MAC地址。
优选地，所述步骤1包括：所述创世节点每隔一段时间随机抽取预设个数的已注册节点的IP地址，并以所述IP地址为标识生成所述共识代表列表，其中当实际已注册节点数量少于所述预设个数时，取全部注册节点。
优选地，所述步骤2包括：所述创世节点指定所述共识代表列表中第一个IP地址所对应的节点作为记账节点。
优选地，所述步骤3包括：所述创世节点将所述共识代表列表保绑定区块序号和随机生成的长字符串后生成所述共识代表列表信息。
优选地，所述步骤3还包括：所述创世节点分别通过所述共识代表列表中每个节点的公钥对所述共识代表列表信息进行加密，并将加密后的所述共识代表列表信息分别发送给每个所述公钥所对应的节点。
优选地，所述步骤4包括：所述共识代表列表中的每个节点分别通过自己的私钥对所述共识代表列表信息解密。
优选地，所述步骤4还包括：对比解密出的所述共识代表列表中的第一个IP地址是否与本节点的IP地址相同，若相同则为所述记账节点，若不同则为所述非记账节点。
优选地，所述步骤5包括：所述记账节点组织区块并将区块信息的哈希值进行签名，将所述区块信息和签名的哈希值发送给所述非记账节点；每个所述非记账节点对所述区块信息重新取哈希值并与所述签名的哈希值进行验证，验证通过后对所述签名的哈希值再次签名后返回所述记账节点。
优选地，还包括：所述创世节点在达成共识后公布所述共识代表列表信息，以供非共识代表列表成员的普通节点进行核验。
本发明的有益效果在于：本发明通过在全网中随机抽取多个节点作为共识代表，并指定共识代表中的一个节点作为记账节点，首先共识代表列表中的所有节点对共识代表列表信息进行验证，然后通过共识代表列表中的非记账节点对记账节点的区块信息进行验证，验证通过最后达成共识，通过随机抽取实现了全网的普遍性、机会的均等性，有效保证了安全和公正可信，只在全网中抽取的有限个数的共识代表节点之间进行共识，有效提高了区块链网络的工作效率。
本发明的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一种区块链共识方法的步骤的流程图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的一种区块链共识方法中创世节点的共识处理流程图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的一种区块链共识方法中普通节点的共识处理流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本发明的一种区块链共识方法，方法包括：
步骤1：创世节点随机抽取网络中多个已注册节点的注册信息，以注册信息为标识生成共识代表列表，其中每个注册信息对应一个节点；
步骤2：创世节点指定共识代表列表中的一个网络注册信息所对应的节点作为记账节点；
步骤3：创世节点将共识代表列表信息取哈希值后将哈希值公布至区块链，同时将共识代表列表信息加密后发送给共识代表列表中的每个节点；
步骤4：每个共识代表列表中的节点分别对加密的共识代表列表信息进行解密，对比所述共识代表列表中指定为记账节点的注册信息是否与本节点的注册信息相同，相同则为记账节点，不同则为非记账节点；
步骤5：记账节点组织区块并将区块信息发送给共识代表列表中的非记账节点，非记账节点对区块信息进行验证并签名后返回记账节点；以及，
在预设时间内，记账节点收到返回签名的非记账节点的数量超过预设值，即开始记账并广播区块。
具体地，创世节点通过在全网中随机抽取多个节点作为共识代表，并以节点注册信息为标识生成共识代表列表，优选注册信息中的具有唯一性的身份信息作为节点标识(如IP地址等)，指定共识代表列表中的一个注册信息对应的节点作为记账节点，将共识代表列表信息加密后发送给所有共识代表节点，共识代表节点对加密的共识代表列表进行解密后共识出一个记账节点，记账节点将区块信息的哈希值签名后发送给非记账节点验证，共识代表列表中的非记账节点对记账节点验证并返回签名，返回的签名的非记账节点数量超过预设值即达成共识，记账节点即可拥有记账权并出块记账。通过随机抽取实现了全网的普遍性、机会的均等性，有效保证了安全和公正可信，只在选定的共识代表节点之间进行共识，有效提高了区块链网络的工作效率。
更具体地，创世节点启动时将会读取系统配置(包括节点注册信息)，当发现没有指定创世节点时，将以创世节点的模式启动；本领域人员可自行可设计一算法，使节点每日按自己序号，依次向创始节点更新状态，避免所有节点在同一时刻请求造成创世节点负荷过高。其中需要说明的是，如果创世节点故障，系统则基于某种随机算法随机抽取多个节点，由抽取出的多个节点推举一个节点临时代理创世节点的职责，待创世节点恢复后，再收回职责，关于该随机算法本领域人员容易实现，可根据实际情况可自行设计。
在一个示例中，在创世节点随机抽取网络中多个已注册节点的注册信息，以注册信息为标识生成共识代表列表，其中每个注册信息对应一个节点之前还包括：每个节点在加入区块链网络时均向创世节点进行注册，其中注册信息包括IP地址和MAC地址。
具体地，节点在加入区块链网络时均需要向创世节点进行注册，注册信息中包括IP地址、MAC地址、等节点信息，优选IP地址作为节点的身份标识信息。
在一个示例中，创世节点随机抽取网络中多个已注册节点的注册信息，以注册信息为标识生成共识代表列表，其中每个注册信息对应一个节点包括：每隔一段时间随机抽取预设个数的已注册节点的IP地址，并以IP地址为标识生成共识代表列表，其中当实际已注册节点数量少于预设个数时，取全部注册节点。
具体地，创世节点每隔一段时间随机抽取N个节点的IP地址生成共识代表列表并将共识代表列表广播至全网，只有满足24小时内注册过的节点参与随机抽取；其中，N的数值可以根据实际情况设置，当实际注册节点数量少于N值时，取全部已注册节点，生成的共识代表列表加密存储于创世节点。
在一个示例中，创世节点指定共识代表列表中的一个网络注册信息所对应的节点作为记账节点包括：指定共识代表列表中第一个IP地址所对应的节点作为记账节点。
具体地，创世节点默认指定共识代表列表中第一个IP地址对应的节点作为记账节点，有益于提高工作效率，也可以根据实际情况设置指定其他节点作为记账节点，例如第二个或最后一个等。
在一个示例中，创世节点将共识代表列表信息取哈希值后将哈希值公布至区块链，同时将共识代表列表信息加密后发送给共识代表列表中的每个节点包括：将共识代表列表保绑定区块序号和随机生成的长字符串后生成共识代表列表信息。
具体地，共识代表列表信息可以设置为：序号+共识代表列表+随机生成的长字符串，其中长字符串可以是256位或128位等，长字符串用于达成共识后对已公布的共识代表列表信息的哈希值进行验证。
在一个示例中，创世节点将共识代表列表信息取哈希值后将哈希值公布至区块链，同时将共识代表列表信息加密后发送给共识代表列表中的每个节点还包括：创世节点分别通过共识代表列表中每个节点的公钥对共识代表列表信息进行加密，并将加密后的共识代表列表信息分别发送给每个公钥所对应的节点。
具体地，创世节点将列表内容结合长字符串和区块号后取哈希值，并将该哈希值进行公布，同时将共识代表列表信息(包括共识代表列表内容、区块号和长字符串)通过每个共识代表节点的公钥进行加密并发分别送每个共识代表节点。例如：共识代表信息为“101；244.23.65.12，201.23.36.69，……；abacadadadadsgfads”，以第一个IP地址(244.23.65.12)对应节点的公钥加密上述信息并将其发送给第一个IP地址(244.23.65.12)对应的节点，以第二个IP地址(201.23.36.69)对应节点的公钥加密上述信息并将其发送给第二个IP地址(201.23.36.69)对应的节点，以此类推。
在一个示例中，每个共识代表列表中的节点分别对加密的共识代表列表信息进行解密，对比所述共识代表列表中指定为记账节点的注册信息是否与本节点的注册信息相同，相同则为记账节点，不同则为非记账节点包括：共识代表列表中的每个节点分别通过自己的私钥对共识代表列表信息解密，若能够解密则证明该共识代表列表信可用，若不能解密则丢弃等待接收下一个共识代表列表信息。
在一个示例中，每个共识代表列表中的节点分别对加密的共识代表列表信息进行解密，对比所述共识代表列表中指定为记账节点的注册信息是否与本节点的注册信息相同，相同则为记账节点，不同则为非记账节点还包括：对比解密出的共识代表列表中的第一个IP地址是否与本节点的IP地址相同，若相同则为记账节点，若不同则为非记账节点。
在一个示例中，若核验通过，则记账节点组织区块并将区块信息发送给共识代表列表中的非记账节点，非记账节点对区块信息进行验证并签名后返回记账节点；以及在预设时间内，记账节点收到返回签名的非记账节点的数量超过预设值，即开始记账并广播区块包括：记账节点组织区块并将区块信息的哈希值进行签名，将区块信息和签名的哈希值发送给非记账节点；每个非记账节点对区块信息重新取哈希值并与签名的哈希值进行验证，验证通过后对签名的哈希值再次签名后返回记账节点。
具体地，区块中需要记录共识成员的签名信息，便于公示可以与公示的共识代表列表信息核验。需要说明的是，返回签名的节点数量的预设值优选大于共识代表列表成员数量的一半，也可以根据实际情况调整为大于成员数量的三分之二等。
在一个示例中，还包括：所述创世节点在达成共识后公布所述共识代表列表信息，以供非共识代表列表成员的普通节点进行核验。
具体地，在达成共识后，创世区块将之前加密存储的共识代表列表内容解密并将共识代表列表内容和用于核验的所述长字符串进行公示，非共识代表的普通节点可以根据共识代表列表内容、长字符串、区块号进行哈希计算，并将计算出的哈希值与之前公示的哈希值对比核验。
实施例：
图1示出了根据本发明的一种区块链共识方法的步骤的流程图。
如图1所示，一种区块链共识方法，包括：
步骤1：创世节点随机抽取网络中多个已注册节点的注册信息，以注册信息为标识生成共识代表列表，其中每个注册信息对应一个节点；其中，创世节点每隔一段时间随机抽取预设个数的已注册节点的IP地址，并以IP地址为标识生成共识代表列表，其中当实际已注册节点数量少于预设个数时，取全部注册节点。
步骤2：创世节点指定共识代表列表中的一个网络注册信息所对应的节点作为记账节点；创世节点指定共识代表列表中第一个IP地址所对应的节点作为记账节点。
步骤3：创世节点将共识代表列表信息取哈希值后将哈希值公布至区块链，同时将共识代表列表信息加密后发送给共识代表列表中的每个节点；包括：创世节点将共识代表列表保绑定区块序号和随机生成的长字符串后生成共识代表列表信息；其中，创世节点分别通过共识代表列表中每个节点的公钥对共识代表列表信息进行加密，并将加密后的共识代表列表信息分别发送给每个公钥所对应的节点。
步骤4：每个共识代表列表中的节点分别对加密的共识代表列表信息进行解密，对比共识代表列表中指定为记账节点的注册信息是否与本节点的注册信息相同，相同则为记账节点，不同则为非记账节点；其中，共识代表列表中的每个节点分别通过自己的私钥对共识代表列表信息解密，并对比解密出的共识代表列表中的第一个IP地址是否与本节点的IP地址相同，若相同则为记账节点，若不同则为非记账节点。
步骤5：记账节点组织区块并将区块信息发送给共识代表列表中的非记账节点，非记账节点对区块信息进行验证并签名后返回记账节点；以及在预设时间内，记账节点收到返回签名的非记账节点的数量超过预设值，即开始记账并广播区块。其中，记账节点组织区块并将区块信息的哈希值进行签名，将区块信息和签名的哈希值发送给非记账节点；每个非记账节点对区块信息重新取哈希值并与签名的哈希值进行验证，验证通过后对签名的哈希值再次签名后返回记账节点。
在步骤1之前还包括：每个节点在加入区块链网络时均向创世节点进行注册，其中注册信息包括IP地址和MAC地址。
还包括：创世节点在达成共识后公布共识代表列表信息，以供非共识代表列表成员的普通节点进行核验。
图2和图3分别示出了根据本发明的一个实施例的一种区块链共识方法中创世节点和普通节点的共识处理流程图。
如图2所示，创世节点启动后，执行以下步骤：
(1)检测网络中的区块高度是否为零，若高度为零，执行步骤(2)，若不为零，执行步骤(3)；
(2)从已注册节点中随机抽取N个节点作为共识代表成员，并以节点注册的IP地址为标识生成共识代表列表(N值在创世节点建立时配置)，然后将共识代表列表成员分别发送用每个成员节点的公钥加密的共识代表列表内容及相应的校验长字符串；
(3)核对区块链中的是否已经是最后块(即监测是否还有新块准备入链)，如果已经是最后块，则执行步骤(2)，若不是最后块，则等待新块加入并接收新块入链，直到新块为最后块，执行步骤(2)。
如图3所示，除创世节点外的普通节点在共识过程中有可能成为共识代表中的记账节点、共识代表中的非记账节点以及非共识代表的普通节点，这三种节点的流程如下：
一个普通节点收到创世节点发来加密的共识代表列表信息，表示已经是共识代表成员，通过私钥进行解密(无法解密直接丢弃)，判断共识代表列表中的第一个IP地址是否与本节点的匹配，若匹配则为记账节点，若不匹配则为非记账节点；其中记账节点打包区块并将区块签名取哈希值，然后将区块信息和签名区块的哈希值发动给其它共识代表成员的非记账节点，非记账节点对接收到的区块信息重新计算哈希值进行验证，验证通过后将该区块的哈希值签名后返回给记账节点，记账节点如果收到返回的签名数量超过共识代表数量的一般即可广播区块并出块记账。共识代表中的非记账节点等待记账节点核验后的出块结果，若签名够半数(达成共识)即向网络广播区块并将本地新块入链。非共识代表的普通区块收到广播的新区块后对新区块进行核验，核验通过即将本地新块入链，其中核验过程为将收到新块的区块信息与创世区块公布的共识代表列表内容、公示的核验长字符串结合并计算哈希值，与预先公布的共识代表列表信息的哈希值进行对比，若一致则核验通过。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种区块链共识方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：创世节点随机抽取网络中多个已注册节点的注册信息，以所述注册信息为标识生成共识代表列表，其中每个注册信息对应一个节点；
步骤2：所述创世节点指定所述共识代表列表中的一个网络注册信息所对应的节点作为记账节点；
步骤3：所述创世节点将共识代表列表信息取哈希值后将所述哈希值公布至区块链，同时将所述共识代表列表信息加密后发送给所述共识代表列表中的每个节点；
步骤4：每个所述共识代表列表中的节点分别对加密的所述共识代表列表信息进行解密，对比所述共识代表列表中指定为记账节点的注册信息是否与本节点的注册信息相同，相同则为记账节点，不同则为非记账节点；
步骤5：所述记账节点组织区块并将区块信息发送给所述共识代表列表中的非记账节点，所述非记账节点对所述区块信息进行验证并签名后返回所述记账节点；以及，
在预设时间内，所述记账节点收到返回签名的所述非记账节点的数量超过预设值，即开始记账并广播区块。
2.根据权利要求1所述的区块链共识方法，其特征在于，在所述步骤1之前还包括：每个节点在加入区块链网络时均向所述创世节点进行注册，其中所述注册信息包括IP地址和MAC地址。
3.根据权利要求2所述的区块链共识方法，其特征在于，所述步骤1包括：所述创世节点每隔一段时间随机抽取预设个数的已注册节点的IP地址，并以所述IP地址为标识生成所述共识代表列表，其中当实际已注册节点数量少于所述预设个数时，取全部注册节点。
4.根据权利要求2所述的区块链共识方法，其特征在于，所述步骤2包括：所述创世节点指定所述共识代表列表中第一个IP地址所对应的节点作为记账节点。
5.根据权利要求1所述的区块链共识方法，其特征在于，所述步骤3包括：所述创世节点将所述共识代表列表保绑定区块序号和随机生成的长字符串后生成所述共识代表列表信息。
6.根据权利要求1所述的区块链共识方法，其特征在于，所述步骤3还包括：所述创世节点分别通过所述共识代表列表中每个节点的公钥对所述共识代表列表信息进行加密，并将加密后的所述共识代表列表信息分别发送给每个所述公钥所对应的节点。
7.根据权利要求1所述的区块链共识方法，其特征在于，所述步骤4包括：所述共识代表列表中的每个节点分别通过自己的私钥对所述共识代表列表信息解密。
8.根据权利要求4所述的区块链共识方法，其特征在于，所述步骤4还包括：对比解密出的所述共识代表列表中的第一个IP地址是否与本节点的IP地址相同，若相同则为所述记账节点，若不同则为所述非记账节点。
9.根据权利要求1所述的区块链共识方法，其特征在于，所述步骤5包括：
所述记账节点组织区块并将区块信息的哈希值进行签名，将所述区块信息和签名的哈希值发送给所述非记账节点；
每个所述非记账节点对所述区块信息重新取哈希值并与所述签名的哈希值进行验证，验证通过后对所述签名的哈希值再次签名后返回所述记账节点。
10.根据权利要求1所述的区块链共识方法，其特征在于，还包括：所述创世节点在达成共识后公布所述共识代表列表信息，以供非共识代表列表成员的普通节点进行核验。
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