CN111131184A - 一种区块链共识机制的自主调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种区块链共识机制的自主调节方法，本发明方法包括步骤：对全网节点的统计数据进行排序；按照排序结果选取前若干个节点成立委员会；委员会中的节点根据当前网络环境和全网节点状态投票决定是否更换共识机制。本发明方法首先是挑选节点成立委员会，委员会中的成员节点都是选出来的在区块链网络中活跃度高的节点，很愿意来维护区块链网络的稳定性；然后根据区块链网络中的网络环境和全网节点状态，由委员会中的节点进行投票决定是否更换共识机制并确定更换的机制类型，从而实现动态调节区块链网络中的共识机制。提高区块链网络的安全性与稳定性，减少不必要的资源消耗。

Description

一种区块链共识机制的自主调节方法

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，特别涉及一种区块链共识机制的自主调节方法。

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。具体来说，目前主要应用于区块链中的共识机制主要有工作量证明机制(Proof of Work，PoW)和权益证明机制(Proof of Stake，PoS)。如比特币区块链中使用PoW机制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。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。

但目前的区块链网络共识机制还存在着以下缺陷：

(1)在现有的区块链网络中，共识机制确定之后不能更改，而网络环境在不断变化。例如：使用工作量证明机制(PoW)为共识机制的区块链网络中，会消耗大量的资源和能源来维持网络环境的安全性；使用权益证明机制(PoS)为共识机制的区块链网络相比于使用工作量证明机制(PoW)的区块链网络能有效地降低资源和能源的消耗，但是出现恶意节点攻击的概率会增大。

(2)在区块链的网络环境中，节点的状况会产生变化。从正常节点变为异常节点，从异常节点变为恶意节点。这种情况下，例如：区块链网络中如果使用的是安全性较低的共识机制将导致区块链网络遭到恶意节点的攻击，但是一直使用安全性高的工作量证明机制(PoW)又将消耗大量的资源和能源来保持区块链网络的安全性。

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，提供一种区块链共识机制的自主调节方法，能够提高区块链网络的安全性与稳定性，减少不必要的资源消耗。

本发明提供了一种区块链共识机制的自主调节方法，包括以下步骤：

对全网节点的统计数据进行排序；

按照排序结果选取前若干个节点成立委员会；

所述委员会中的节点根据当前网络环境和全网节点状态投票决定是否更换共识机制并确定更换共识机制类型。

进一步，所述统计数据包括节点持有货币的数量、节点参与交易的次数、节点交易金额和节点取得记账权的次数。

进一步，当全网节点的数量低于预设阈值时，选取的前若干个节点不超过全网节点的10％；当全网节点的数量高于预设阈值时，选取的前若干个节点为定值。

进一步，还包括步骤：

当投票完成后，重新选取新的委员会节点。

进一步，还包括步骤：

所述委员会中的节点实时监督当前网络环境和全网节点状态决定是否开始对更换共识机制进行投票。

本发明提供的一种区块链共识机制的自主调节方法，至少具有以下有益效果：

本方法能够根据区块链网络中的网络环境和全网节点状态，调节区块链网络中的共识机制。提高区块链网络的安全性与稳定性，减少不必要的资源消耗。

本公开实施例所实现的更多特点和优势，将在具体实施方式或实践中给出。

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为本发明第一实施例提供的一种区块链共识机制的自主调节方法的流程示意图；

图2为本发明第二实施例提供的委员会机制结构的示意图；

图3为本发明第二实施例提供的一种区块链共识机制的自主调节方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开实施例及实施例中的特征可以相互组合。另外，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、形象地理解本公开的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本公开保护范围的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

第一实施例：

参照图1，提供了一种区块链共识机制的自主调节方法，包括以下步骤：

步骤S100、对全网节点的统计数据进行排序；

作为一种可实施方式，这里的统计数据可包括：各个节点持有货币的数量、节点参与交易的次数、节点交易金额、以及节点取得记账权的次数。按照节点持有货币数量从大到小、节点交易次数由多到少、交易金额数量从大到小、以及取得记账权次数从多到少进行排名。

步骤S200、按照排序结果选取前若干个节点成立委员会；

根据上述步骤的排序结果，选取排在前的一定数量的节点组成一个委员会。

例如：可按照平均分配的方法，持有货币数量、节点交易次数、交易金额数量、以及取得记账权次数的排序中的节点各自占委员会的成员节点的四分之一。同时，委员会的成员节点的数量可以进行设置，例如：全网节点有1000个，可选取排名前100个节点作为委员会成员节点。

步骤S300、委员会中的节点根据当前网络环境和全网节点状态投票决定是否更换共识机制并确定更换共识机制类型。

为了方便理解，对以下术语进行解释：

网络环境是指区块链网络的稳定性；全网节点状态是观察是否出现异常节点或者恶意节点，如果出现异常节点可能会存在区块链网络受到攻击的可能；如果出现恶意节点，那就说明区块链网络已经遭到了攻击，都会对区块链网络的稳定性造成影响。

步骤S300中的投票结果按照少数服从多数的原则，选择是更换共识机制或者是不更换共识机制。例如：当网络环境安全，节点都为正常节点时，可以投票决定使用权益证明机制(PoS)来节约区块链网络消耗的资源成本；当出现异常节点或恶意节点对当前网络环境造成安全隐患时，可以投票决定使用工作量证明机制(PoW)作为共识机制来维护区块链网络的安全性。

进一步，当投票完成后，重新选取新的委员会节点。目的是为了保证委员会的成员节点都是选出来的在区块链网络中活跃度高的节点，重新选取新的委员会成员节点可根据上述实施例中的步骤S100和S200的标准选出，此处不再细述。

进一步，由于区块链网络的网络环境是变化的，委员会中的节点将实时监督当前网络环境和全网节点状态，决定是否开始对更换共识机制进行投票。

需要说明的是，本步骤与上述实施例中的步骤S300中的投票的区别在于：上述实施例中的步骤S300中委员会中的节点直接投票判断是否更换共识机制，并且根据投票结果进行更换或者不更换操作，本步骤是委员会中的节点实时评估是否开启更换共识机制投票过程而投票。

进一步，当全网节点的数量低于预设阈值时，选取的前若干个节点不超过全网节点的10％；当全网节点的数量高于预设阈值时，选取的前若干个节点为定值。例如，当全网节点小于或等于1000个，可选取前10％个节点作为委员会成员节点；当全网节点高于1000个时，可以固定选取定值100个节点作为委员会成员节点。

本实施例方法，首先是挑选节点成立委员会，委员会中的成员节点都是选出来的在区块链网络中活跃度高的节点，很愿意来维护区块链网络的稳定性；然后根据区块链网络中的网络环境和全网节点状态，由委员会中的节点进行投票决定是否更换共识机制并确定更换的机制类型，从而实现动态调节区块链网络中的共识机制。提高区块链网络的安全性与稳定性，减少不必要的资源消耗。

第二实施例：

参照图2和图3，还提供了一种区块链共识机制的自主调节方法，应用在共识机制为PoW或PoS的区块链网络中，包括以下步骤：

步骤1、使用工作量证明机制PoW挖出该区块链的创世区块，之后继续使用工作量证明机制PoW直至挖出第x个区块。

其中，前x个区块中包含创世区块。这里可以适当降低算力竞争中获得答案的难度，避免出现算力集中的现象。

步骤2、区块链系统对挖出的x个区块中区块体存放的交易信息进行筛选统计。

在区块链网络中，节点持有货币数量多、参与交易的次数多且交易的金额大、节点取得记账权的次数多，则说明节点在区块链网络中的活跃度高，对维护区块链网络的积极性高。本步骤与现有技术的不同点在于：使用工作量证明机制(PoW)作为共识机制的区块链网络中直接进行算力竞争。使用(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。

步骤3、根据系统统计出来的信息，分别将节点的持有货币的多少、参与交易的次数、每笔交易的金额的大小和节点取得记账权的次数进行排序，根据排序结果选出前若干个节点组成委员会。

作为一种可实施方式，系统根据一个预先设置的关于上述四项为未知数的函数来计算出一个变量值，变量值越大则说明该节点在区块链网络中的活跃度越高，对维护区块链网络稳定的意愿越强。将该变量值从大到小排序，当全网节点数量小于一千时，选出前10％的节点作为第一批委员会的成员节点；当全网节点数量大于一千时，选出前100名节点作为第一批委员会的成员节点。需要说明的是，这里的函数是可以根据区块链的应用环境和场景而进行设置。例如：当区块链应用在一个重视节点的记账次数，以记账次数为首要条件的区块链网络中，那么记账次数所占的比重就需要高一点。但在通常情况下，可按照平均分配的方法，持有货币数量、节点交易次数、交易金额数量、以及取得记账权次数的排序中的节点各自占委员会的成员节点的四分之一。

本步骤与现有技术的不同点在于：

在使用工作量证明机制(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。在使用权益证明机制(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。通过本步骤选出的节点是在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。

步骤4、委员会中的节点对当前的网络环境和全网节点状态进行评估，就是否更换当前的共识机制进行投票。

需要说明的是，投票结果是按照少数服从多数的原则。例如：委员会中的成员节点有100位，其中70位投票为更换，则更换共识机制。本步骤与现有技术的不同点在于：现有的区块链网络中，共识机制在最初确定之后将不会进行更换，而单一的共识机制在多变的网络环境和节点状态下会造成资源的浪费和区块链网络的稳定性降低。如在使用工作量证明机制(PoW)作为共识机制的区块链网络中，网络的安全性能够得到保障，但是会造成算力资源和电力能源的大量浪费。在使用权益证明机制(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，会造成一定的中心化结果出现，从而有概率出现异常节点或恶意节点危害区块链网络的稳定。

步骤5、全网节点通过委员会选出的共识机制竞争记账权。

步骤6、委员会中的节点根据网络环境实时评估是否对更换共识机制进行投票，系统在每次投票后根据委员会成员选取标准重新选出新的委员会成员以保证所有节点的活跃度和维护区块链网络的积极性。

需要说明的是，这里的选取标准可与上述步骤3的标准一致。在执行完成步骤6之后，可以跳转至步骤3，从而实现共识机制的自主调节。

第三实施例：

为了方便本领域技术人员理解，还提供了一种区块链共识机制的自主调节方法，包括以下步骤：

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并且参与了交易。系统记录了各节点的交易数据和取得的记账权次数并且验证各节点所持有的货币数量。根据设置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。系统统计当前区块链网络中的节点数量，当节点数量小于1000时，选出排序前10％的节点组成委员会；当节点数量大于1000时，选出排序前100的节点组成委员会。委员会根据当前的网络环境和节点状态选择是否更换共识机制，投票完成之后系统重新选出新一批的委员会成员。委员会成员节点监督网络环境和全网节点状态，根据网络环境和节点状态选择合适的共识机制。选出共识机制以后全网节点包括委员会节点对新区块的记账权开始竞争。

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，在所述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 (5)

1.一种区块链共识机制的自主调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

对全网节点的统计数据进行排序；

按照排序结果选取前若干个节点成立委员会；

所述委员会中的节点根据当前网络环境和全网节点状态投票决定是否更换共识机制并确定更换共识机制类型。

2.根据权利要求1所述的一种区块链共识机制的自主调节方法，其特征在于，所述统计数据包括节点持有货币的数量、节点参与交易的次数、节点交易金额和节点取得记账权的次数。

3.根据权利要求1所述的一种区块链共识机制的自主调节方法，其特征在于，当全网节点的数量低于预设阈值时，选取的前若干个节点不超过全网节点的10％；当全网节点的数量高于预设阈值时，选取的前若干个节点为定值。

4.根据权利要求1所述的一种区块链共识机制的自主调节方法，其特征在于，还包括步骤：

当投票完成后，重新选取新的委员会节点。

5.根据权利要求1所述的一种区块链共识机制的自主调节方法，其特征在于，还包括步骤：

所述委员会中的节点实时监督当前网络环境和全网节点状态决定是否开始对更换共识机制进行投票。

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