CN111242619B - 引入监管机制的联盟链共识方法、区块链网络及存储介质 - Google Patents

引入监管机制的联盟链共识方法、区块链网络及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及区块链技术领域，特别是公开了一种引入监管机制的联盟链共识方法、区块链网络及存储介质，其通过创世节点运行联盟链网络；所述联盟链网络包括监管账户和联盟链成员账户；并且，所述监管账户的决策权大于所述联盟链成员账户的决策权的总和；通过获得所述监管账户的投票激活所述联盟链成员账户的出块节点；当激活的出块节点的数量达到预定数量后，所述联盟链成员账户的出块权转移至该联盟链成员账户各自控制的出块节点，每个激活的出块节点根据预设规则行使出块权；既可解决区块链系统资源浪费、交易吞吐量低的问题，还可以避免现有公链治理困难等问题，同时兼顾现实操作的灵活性，具有很强的应用价值和经济效益。

Description

引入监管机制的联盟链共识方法、区块链网络及存储介质
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，特别是一种引入监管机制的联盟链共识方法及其应用该方法的区块链网络和存储介质。
背景技术
共识算法是区块链至关重要的组成部分，是区块链解决信任问题的基础算法，主要为了解决去中心化的环境中如何达成共识、维持区块链网络的有序运行的问题。
现有的共识算法主要包括以下几种：
PoW（Proof of Work， 工作量证明）算法,第一个计算出正确哈希值的矿工可以获得出块权及出块奖励，因此演变成了算力竞赛，矿工之间长期处于竞争的关系，浪费大量算力资源，且出块时间长、交易吞吐量低。
hash（哈希或散列）算法是信息技术领域非常基础也非常重要的技术。它能任意长度的二进制值（明文）映射为较短的固定长度的二进制值（哈希 值），并且不同的明文很难映射为相同的哈希值。每个区块都有唯一的哈希值。
PoS（Proof of Stake 权益证明）算法，诸如点点币等采用了 PoS 的共识方式，放弃了对昂贵的计算机设备的投入，而是选择网络利益相关者来维系网络，即根据持币时间、数量分配出块权，比如拥有1%的通证，就有1%的出块权，早期持有者具有很强的先发优势，后参与者很难有所作为。
DPoS (Delegated Proof of Stake 委托权益证明）算法，诸如 EOS、比特股等公链的共识方式，DPoS 是对 PoS 的衍生，主要区别在于出块数减少了，持有者不需要自己成为节点，而是可通过投票的方式，将自己的权益委托给出块节点，出块节点可选择性向投票者分红。
区块链大致分为：公链、私链和联盟链。所谓联盟链（Consortium Blockchain）是指，针对某个特定群体的成员和有限第三方，其内部指定多个预选节点为记账人，每个区块数据的生成由所有的预选节点共同决定，其他节点可以参与交易，但不过问记账过程。这与公链的任何人都可以随时进入和记账不同，在联盟链中，外部方只可通过授权开放的API进行数据查询。
前述共识算法在实际应用中，通证持有者在利益驱动下未必能选出可靠的节点，同时巨鲸垄断及财富二八分布的影响下，往往使得巨头垄断了节点，缺乏有效的治理结构，并不能适配联盟链的现实需求。
发明内容
本发明为解决上述问题，结合联盟链的实际需求，提供了一种引入监管机制的联盟链共识方法、区块链网络及存储介质，既可解决区块链系统资源浪费、交易吞吐量低的问题，还可以避免现有公链治理困难等问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种引入监管机制的联盟链共识方法，其包括以下步骤：
通过创世节点运行联盟链网络；所述联盟链网络包括监管账户和联盟链成员账户；并且，所述监管账户的决策权大于所述联盟链成员账户的决策权的总和；
通过获得所述监管账户的投票激活所述联盟链成员账户的出块节点；
当激活的出块节点的数量达到预定数量后，所述联盟链成员账户的出块权转移至该联盟链成员账户各自控制的出块节点，每个激活的出块节点根据预设规则行使出块权。
优选的，所述监管账户由政府监管部门控制或者由代理监管部门的第三方机构控制；所述监管账户拥有 51 %以上的决策权，所述联盟链成员账户分配剩余的49%以下的决策权。
优选的，所述监管账户设有一个以上的分级账户，所述分级账户根据决策权的权限类别进行划分；并且，所述监管账户或者其分级账户的决策权可分配至指定的联盟链成员账户。
进一步的，所述监管账户的决策权的权限类型包括高级决策权限和日常决策权限，其中，所述日常决策权限可分配至指定的联盟链成员账户。
优选的，激活的出块节点根据预设顺序行使出块权；当前的出块节点连续生成12个区块后，下一个的出块节点接替出块任务，如此循环往复；每个出块节点的出块速度固定为 0.5 s。
进一步的，所述预设顺序是由所述出块节点之间的服务器的网络位置决定；相邻两个出块节点的服务器的网络位置越近，其出块相连的概率越高；相邻两个出块节点的服务器的网络位置越远，其出块相连的概率越低。
进一步的，当一个区块被超级节点打包后，需要等待 2/3 的出块节点两轮验证确认后才被标识为不可逆块。
优选的，所述联盟链成员账户注册预定数量的备选节点，所述备选节点的新增和退出无需所述监管账户和所述联盟链成员账户的投票，所述联盟链成员账户可自行注册；初始状态下，所述备选节点没有激活出块权；当出块节点发生异常时，所述监管账户可撤选所述出块节点并投票给所述备选节点，使所述备选节点被激活并行使所述出块节点对应的出块权。
本发明之另一目的，在于提供一种区块链网络，其包括存储器和处理器，所述存储器中存储有指令，所述处理器通过执行所述存储器中存储的指令使得区块链网络实现如上述任一项所述的联盟链共识方法。
本发明之再一目的，在于提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，区块链网络执行所述指令使得区块链网络实现上述任一项所述的联盟链共识方法。
本发明的有益效果是：
（1）本发明通过构建联盟链，解决区块链系统资源浪费、交易吞吐量低的问题；
（2）本发明引入了监管账户的理念，可以避免现有公链治理困难等问题；
（3）本发明通过监管账户的投票激活联盟链成员账户的出块节点的出块权，并将成员的出块权转移至成员的出块节点上，不仅解决特定成员准入、参与、信任问题，而且兼顾实用、效率和安全；
（4）本发明的监管账户还设有分级账户，可以将优先级较低的决策权分配给信赖的联盟链成员，减轻监管部门的日常工作强度；
（5）本发明根据出块节点之间的服务器位置来设置出块顺序，同时，当前出块节点连续生成12个区块后，下一个的出块节点再接替出块任务；可实现出块和区块不可逆这两个过程异步进行，既可以避免节点因网络延迟造成响应慢、丢块等问题，还可以最大程度提高出块效率，保障出块的流畅体验；
（6）本发明既可以避免大量算力运算，节省资料，且共识效率高、出块速度快、节点通过合作的方式共同维系整个网络，同时兼顾现实操作的灵活性，具有很强的应用价值和经济效益，可广泛应用于联盟链等具体场景。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合具体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例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的一种引入监管机制的联盟链共识方法，其包括以下步骤：
通过创世节点运行联盟链网络；所述联盟链网络包括监管账户和联盟链成员账户；并且，所述监管账户的决策权大于所述联盟链成员账户的决策权的总和；
通过获得所述监管账户的投票激活所述联盟链成员账户的出块节点；
当激活的出块节点的数量达到预定数量后，所述联盟链成员账户的出块权转移至该联盟链成员账户各自控制的出块节点，每个激活的出块节点根据预设规则行使出块权。
其中，所述监管账户由政府监管部门控制或者由代理监管部门的第三方机构控制；所述监管账户拥有 51 %以上的决策权，所述联盟链成员账户分配剩余的49%以下的决策权。
考虑现实情况，联盟链在实际运行过程中，可能出现节点异常、成员增加或退出等情况，以及监管部门的特殊性质，因此设置了代理+投票决策的特殊机制。本实施例中，所述监管账户设有一个以上的分级账户，所述分级账户根据决策权的权限类别进行划分；并且，所述监管账户或者其分级账户的决策权可分配至指定的联盟链成员账户。所述监管账户的决策权的权限类型包括高级决策权限和日常决策权限，其中，所述日常决策权限可分配至指定的联盟链成员账户。具体权限内容可根据需求自定义设置，例如对故障节点暂时撤选可作为日常决策权限，永久取消节点资格可作为高级决策权限，这样监管部门可以将优先级较低的决策权分配给信赖的联盟链成员代理，减轻监管部门的日常工作强度。
具体的，当出块节点出现异常时，监管部门或其代理可撤选并投给备选节点，保证网络正常；如果有新的联盟链成员要加入该网络并激活出块权，则需要获得监管部门或其代理的支持；如果有初始成员要彻底退出该网络，则需要经过监管部门或其代理的撤选。
本实施例中，激活的出块节点根据预设顺序行使出块权；所述预设顺序是由所述出块节点之间的服务器的网络位置决定；相邻两个出块节点的服务器的网络位置越近，其出块相连的概率越高；相邻两个出块节点的服务器的网络位置越远，其出块相连的概率越低。当前的出块节点连续生成12个区块后，下一个的出块节点接替出块任务，如此循环往复；每个出块节点的出块速度固定为 0.5 s。当一个区块被超级节点打包后，需要等待 2/3的出块节点两轮验证确认后才被标识为不可逆块。
在上述机制中，监管账户拥有一票否决权、最终决策权和日常权限的委托等多重功能，而日常运营中，该联盟链系统的拜占庭容错率为 1/3, 只要作恶节点的总数不超过总出块节点数的三分之一，则可以断定该系统是可信的。当节点生产一个区块后，其他出块节点将对该区块进行验证，确认无误后对该区块签名，当签名数量超过 2/ 3 时，该区块将不可逆。所有的行为都是有链上记录的，同一个出块节点不可以对相同时间戳的两个区块（其中一个是真、一个是假）进行签名，能够很好的避免了分叉的出现。一旦有节点作恶，同时对相同时间戳的两个区块进行签名，则他将被移除出块资格。
另外，联盟链成员需注册一定数量的备选节点，以备不时之需但是，备选节点的新增和退出无需既有成员投票，可自行注册，但因为没有激活出块权，无法出块。具体的，所述联盟链成员账户注册预定数量的备选节点时，所述备选节点的新增和退出无需所述监管账户和所述联盟链成员账户的投票，所述联盟链成员账户可自行注册；初始状态下，所述备选节点没有激活出块权；当出块节点发生异常时，所述监管账户可撤选所述出块节点并投票给所述备选节点，使所述备选节点被激活并行使所述出块节点对应的出块权。
本发明一个实施例还提供一种区块链网络，其包括存储器和处理器，所述存储器中存储有指令，所述处理器通过执行所述存储器中存储的指令使得区块链网络实现如上述任一项所述的联盟链共识方法。
区块链网络可以是计算机设备，包括至少一个处理器，通信总线，存储器以及至少一个通信接口。
处理器可以是一个通用中央处理器(CPU)，微处理器，特定应用集成电路(application-specificintegratedcircuit，ASIC)，或一个或多个用于控制本发明方案程序执行的集成电路。
通信总线可包括一通路，在上述组件之间传送信息。所述通信接口604，使用任何收发器一类的区块链网络，用于与其他设备或通信网络通信，如以太网，无线接入网(RAN)，无线局域网(WirelessLocalAreaNetworks，WLAN)等。
存储器可以是只读存储器(read-onlymemory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(randomaccessmemory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory，EEPROM)、只读光盘(CompactDiscRead-OnlyMemory，CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存储器可以是独立存在，通过总线与处理器相连接。存储器也可以和处理器集成在一起。
其中，所述存储器用于存储执行本发明方案的程序代码，并由处理器来控制执行。所述处理器用于执行所述存储器中存储的程序代码。
在具体实现中，作为一种实施例，处理器可以包括一个或多个CPU。
在具体实现中，作为一种实施例，区块链网络可以包括多个处理器，例如处理器和处理器。这些处理器中的每一个可以是一个单核(single-CPU)处理器，也可以是一个多核(multi-CPU)处理器。这里的处理器可以指一个或多个设备、电路、和/或用于处理数据(例如计算机程序指令)的处理核。
在具体实现中，作为一种实施例，区块链网络还可以包括输出设备和输入设备。输出设备和和输入设备分别与处理器通信。可以以多种方式接受用户的输入，例如，输入设备可以是鼠标、键盘、触摸屏设备或传感设备等。
上述的区块链网络可以是一个通用计算机设备或者是一个专用计算机设备。在具体实现中，区块链网络可以是台式机、便携式电脑、网络服务器、掌上电脑(PersonalDigitalAssistant，PDA)、移动手机、平板电脑、无线终端设备、通信设备、嵌入式设备等。
区块链网络的存储器中存储了一个或多个软件模块。区块链网络可以通过处理器以及存储器中的程序代码来实现软件模块，实现上述实施例所说的联盟链共识方法。
本发明一个实施例还提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质中存储有指令；区块链网络(可以是计算机设备，例如服务器)执行该指令，例如计算机设备中的处理器执行该指令，使得该区块链网络实现上述实施例所说的联盟链共识方法。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于区块链网络实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。并且，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种引入监管机制的联盟链共识方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过创世节点运行联盟链网络；所述联盟链网络包括监管账户和联盟链成员账户；并且，所述监管账户的决策权大于所述联盟链成员账户的决策权的总和；
通过获得所述监管账户的投票激活所述联盟链成员账户的出块节点；
当激活的出块节点的数量达到预定数量后，所述联盟链成员账户的出块权转移至该联盟链成员账户各自控制的出块节点，每个激活的出块节点根据预设规则行使出块权；
所述联盟链成员账户注册预定数量的备选节点，所述备选节点的新增和退出无需所述监管账户和所述联盟链成员账户的投票，所述联盟链成员账户可自行注册；初始状态下，所述备选节点没有激活出块权；当出块节点发生异常时，所述监管账户可撤选所述出块节点并投票给所述备选节点，使所述备选节点被激活并行使所述出块节点对应的出块权。
2.根据权利要求1所述的一种引入监管机制的联盟链共识方法，其特征在于：所述监管账户由政府监管部门控制或者由代理监管部门的第三方机构控制；所述监管账户拥有 51%以上的决策权，所述联盟链成员账户分配剩余的49%以下的决策权。
3.根据权利要求1所述的一种引入监管机制的联盟链共识方法，其特征在于：所述监管账户设有一个以上的分级账户，所述分级账户根据决策权的权限类别进行划分；并且，所述监管账户或者其分级账户的决策权可分配至指定的联盟链成员账户。
4.根据权利要求3所述的一种引入监管机制的联盟链共识方法，其特征在于：所述监管账户的决策权的权限类型包括高级决策权限和日常决策权限，其中，所述日常决策权限可分配至指定的联盟链成员账户。
5.根据权利要求1所述的一种引入监管机制的联盟链共识方法，其特征在于：激活的出块节点根据预设顺序行使出块权；当前的出块节点连续生成12个区块后，下一个的出块节点接替出块任务，如此循环往复；每个出块节点的出块速度固定为 0.5 s。
6.根据权利要求5所述的一种引入监管机制的联盟链共识方法，其特征在于：所述预设顺序是由所述出块节点之间的服务器的网络位置决定；相邻两个出块节点的服务器的网络位置越近，其出块相连的概率越高；相邻两个出块节点的服务器的网络位置越远，其出块相连的概率越低。
7.根据权利要求5所述的一种引入监管机制的联盟链共识方法，其特征在于：当一个区块被超级节点打包后，需要等待 2/3 的出块节点两轮验证确认后才被标识为不可逆块。
8.一种区块链网络，其特征在于：包括存储器和处理器，所述存储器中存储有指令，所述处理器通过执行所述存储器中存储的指令使得区块链网络实现如权利要求1至7任一项所述的联盟链共识方法。
9.一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中存储有指令，区块链网络执行所述指令使得区块链网络实现权利要求1至7任一项所述的联盟链共识方法。
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