CN111292098A - 一种面向可信服务供应链的区块链共识机制构建方法 - Google Patents
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Abstract
一种面向可信服务供应链的区块链共识机制构建方法，为每个节点设置信任度初始值；然后在每个周期中，执行如下步骤：1、在系统中选举出候选节点；2、向系统中的所有候选节点索取竞选凭证，对校验合格的竞选凭证计算其服务力；3、系统选举共识节点，该共识节点负责从被选举时刻到下一个共识节点被选举时刻，该段时间内的交易信息打包和出块工作；同时，系统根据该共识节点的工作表现增加信任度或扣除信任度。本发明在共识节点的选举过程中实现了服务可信的保障，后期不再需要对服务进行信任评估，提高了系统的使用安全性。同时通过节点信任度的不断积累，实现对每个节点在服务供应链系统中可信程度的表征和衡量，解决了当前服务供应链信任缺失的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种面向可信服务供应链的区块链共识机制构建方法，属于区块链技术在工业应用的相关领域。
背景技术
在云制造环境下，制造系统打破了地域上与行政上的边界，制造服务化的提出使得制造过程实现了设计、加工、检测、调试、交付等制造过程在地域、层级、组织等维度上的高度离散化，增加了服务提供方和服务需求方之间的信息不对称性，因而对云制造服务供应链网络的可信度提出了更高的要求。
服务供应链指的是在云制造环境下(将企业的制造资源、制造能力经过服务化封装后形成了云制造服务，并通过云制造平台进行统一的管理和销售)，制造企业为了更好的使用云制造服务，在满足既定的生产和服务需求下，力求生产总成本最小，围绕供应、计划、物流、需求等形成的功能网链。服务供应链当前面临着牛鞭效应，信任缺失、信任环境复杂等问题。传统服务供应链的解决方案中，需要每个企业都建立一套信任机制和评估机制，来对将要合作的企业进行信任的评估和保障，不仅费时费力，也无法建立起各个企业间的相互信任。
同时现阶段对于云制造服务可信的保障研究，主要集中在服务后期的信任评估上。虽然信任评估能够在一定范围内解决部分云制造服务可信的问题，但往往此时云制造服务已经被部署，仍会对系统和使用者带来一定的危害。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种面向可信服务供应链的区块链共识机制构建方法，有效的解决了当前服务供应链所面临的信任缺失问题，同时在共识节点的选举过程中实现了服务可信的保障，后期不再需要对服务进行信任评估，提高了系统的使用安全性。
本发明的技术解决方案是：
一种面向可信服务供应链的区块链共识机制构建方法，为每个节点设置信任度初始值；然后在每个设定的周期中，执行如下步骤：
步骤一：在系统中选举出候选节点；
步骤二：向系统中的所有候选节点索取候选节点参与共识节点竞选的竞选凭证，并对候选节点提交的竞选凭证进行校验，对校验合格的竞选凭证计算其服务力；
步骤三：系统选举共识节点，该共识节点负责从被选举时刻到下一个共识节点被选举时刻，该段时间内的交易信息打包和出块工作；同时，系统根据该共识节点的工作表现增加信任度或扣除信任度。
所述步骤一中选举候选节点的方法如下：
第一步，系统向所有节点发送要求其参与共识节点竞选的通知；
第二步，收到通知的节点对该通知进行回复，同意则表示参与共识节点的竞选，不同意或不作出回复则表示放弃本次共识节点的竞选；
第三步，系统在发送通知后30秒时，对系统中所有节点的回复进行处理，同时对系统中所有节点的竞选状态进行确认，回复同意的节点作为候选节点，回复不同意或未回复的节点则不参与本次共识节点的竞选。
所述步骤二的实现方法如下：
第一步，系统向所有候选节点发送要求提交竞选凭证的通知，竞选凭证包括最近n个区块中自身的交易数据以及在交易链中的存储位置；
第二步，收到通知的候选节点，向系统发送自身的竞选凭证；
第三步，；系统在发送要求提交竞选凭证的通知1分钟时，对系统中候选节点提交的竞选凭证信息进行统计，未在规定时间内发送竞选凭证的节点视为放弃本次共识节点的竞选；
第四步，系统对所有提交的竞选凭证进行校验，系统通过竞选凭证中交易数据的存储位置，在区块链中检索相应的交易数据，判断该交易数据是否属于最近n个区块，若不属于，则该交易信息属于无效信息；若属于，则提取该交易数据，并与竞选凭证中的交易数据进行比对，如一致，则该交易数据属于有效信息，否则，该交易数据属于错误信息；
第五步，对校验出现问题的候选节点，取消该候选节点本次共识节点竞选资格，并扣除信任度；校验没有问题的候选节点，系统计算每个候选节点的服务力。
系统按照如下公式计算某个校验没有问题的候选节点的服务力：
其中，SP表示某个校验没有问题的候选节点的服务力，m表示区块链中第m区块，n表示设定的最近区块个数，Txm表示该候选节点在第m区块中交易的具体金额，Im表示区块链中第m区块的高度，Ilast表示区块链中末端区块的高度。
所述步骤三的实现方法如下：
第一步，系统选取服务力最高的候选节点作为本次竞选的共识节点，享有记账权，并进行该段时期内的交易信息打包和出块工作；
第二步，当共识节点正确打包交易并出块后，系统为该共识节点增加信任度；相反，若共识节点不履行打包交易和出块的义务，将扣除该共识节点的信任度。
信任度是服务供应链中节点可信程度的表征和衡量指标，信任度不能进行消费和转移，但能够作为该节点在服务供应链系统中贡献和信誉的象征，进而提高该节点所获得的订单量。
当某个节点信任度低于一定阈值时，将必须重新接受审计机构的审核，以确定该节点是否足够可信，是否能够继续参与到服务供应链系统的维护和交易过程中。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明提出了一种面向可信服务供应链的区块链共识机制构建方法，通过计算候选节点的服务力来选举共识节点，完成交易和管理的相关工作，在共识节点的选举过程中实现了服务可信的保障，后期不再需要对服务进行信任评估，提高了系统的使用安全性。
2.本发明提出了一种面向可信服务供应链的区块链共识机制构建方法，通过节点信任度的不断积累，实现对每个节点在服务供应链系统中可信程度的表征和衡量，解决了当前服务供应链信任缺失、信任环境复杂的问题，不再需要对每个企业进行信任的评估和保障，大幅度地提高了工作效率，节省了时间和人力物力。
3.本发明首创了服务力证明的共识机制，保证了服务供应链系统中各节点在系统中的活跃度，同时将传统区块链共识机制中用于数学计算的资源消耗节省了出来，将各节点的工作重心转移到了自身服务力水平的提高上，有利于服务供应链系统中各节点的自身建设和提高。
4.本发明中加入了信任度的概念，使得服务力证明的共识机在制摆脱了传统区块链共识机制中代币依赖问题的同时，为服务力证明的共识机制提供了信任度增加和减少机制，也为服务供应链系统中各节点的信任评估提供了量化依据，从而很好的维护了服务供应链系统的可信环境，保证了系统安全和交易可靠。
附图说明
图1为本发明不同周期总体结构示意图；
图2为本发明流程图；
图3为本发明方法时序示意图。
具体实施方式
自Nakamoto于2008年提出区块链的概念并应用于比特币虚拟货币以来，区块链技术就越来越受到社会各界的广泛关注，并对人们的传统观念产生了很多颠覆性的影响。区块链技术是一种不可篡改的、以特定加密方式进行保护的分布式账本，区块链网络是一种采用端到端方式进行通讯的去中心化网络系统，有别于当下传统的中心式网络结构，能够在一些应用场景下产生独到的解决方案。区块链技术可以突出和详细说明五个关键产品维度：性质(它是什么)、质量(它是怎样的)、数量(它有多少)、位置(它在哪里)和所有权(谁拥有它)。这样，供应链就不再需要一个可信的中央组织来运营和维护这个系统，并且消费者能够查询从原材料到最终销售的生产加工和交易流通记录。区块链技术可以支持数据收集、存储和管理，支持重要的产品和供应链信息。区块链技术的这些特性满足了供应链的参与者和利益相关方在开放性、透明性、中立性、可靠性和安全性的关切和需求。目前已有越来越多的学者和企业开展了区块链技术在工业产品、医药、农业、食品等一系列行业供应链中的研究。当前区块链共识机制中存在难理解、代币依赖、消耗大、效率低等痛点和难点，在工业应用中尚无应用。
本发明方法针对于工业制造中的云制造服务供应链场景，结合工业制造自身独特的场景需求，结合联盟链这一区块链的技术思想，提出一种面向可信服务供应链的区块链共识机制构建方法。利用该方法，相关企业在加入到服务供应链系统中后，通过服务力证明的共识机制来参与到服务供应链相关经营和生产活动，服务力是服务供应链系统中节点自身服务能力的衡量指标，服务力与该节点之前在服务供应链系统中所提供的服务的价值成正比，并且提供服务的时间越接近于当前时间点则对服务力的贡献越高。
本发明方法时序过程如图3所示，流程如图2所示，具体如下：
为每个节点设置信任度初始值。然后在每个设定的周期中(如10min)，执行如下步骤：
(一)选举候选节点
通过本阶段可以选举出有意竞选共识节点的相关节点，可以为后续的相关操作减轻计算量，节省计算资源，同时加快后续操作的速度，从而提高系统的性能。
第一步，发送通知。每隔10min，系统向系统中所有节点发送要求其参与共识节点竞选的通知。
第二步，回复通知。收到通知的节点对该通知进行回复，同意则表示参与共识节点的竞选，不同意或不作出回复则表示放弃本次共识节点的竞选。
第三步，处理回复。系统在发送通知后30秒时，对系统中所有节点的回复进行处理，同时对系统中所有节点的竞选状态进行确认，回复同意的节点作为候选节点，回复不同意或未收到回复的节点则不参与本次共识节点的竞选。
(二)计算服务力
本阶段系统向系统中的所有候选节点索取候选节点参与共识节点竞选的相关竞选凭证，并对候选节点提交的竞选凭证进行校验，对校验合格的竞选凭证计算其服务力。其中，候选节点提交的竞选凭证包含最近n个(如最近100个)区块中自身的交易数据以及在交易链中的存储位置相关信息。
第一步，发送通知。系统向所有候选节点发送要求其提交竞选凭证的通知，竞选凭证包括最近n个(如最近100个)区块中自身的交易数据以及在交易链中的存储位置。
第二步，提交凭证。收到通知的候选节点，向系统发送自身的竞选凭证。
第三步，接收凭证。系统在发送通知1分钟时，对系统中候选节点提交的竞选凭证信息进行统计，未在规定时间内发送竞选凭证的节点视为放弃本次共识节点的竞选；
第四步，凭证校验。系统对所有提交的竞选凭证进行校验。系统通过竞选凭证中交易数据的存储位置，在区块链中检索相应的交易数据，判断该交易数据是否属于最近n个(如最近100个)区块，若不属于，则该交易信息属于无效信息；若属于，则提取该交易数据，并与竞选凭证中的交易数据进行比对，如一致，则该交易数据属于有效信息，否则，该交易数据属于错误信息。
第五步，服务力计算。对凭证校验出现问题的候选节点，取消该节点本次共识节点竞选资格，并扣除信任度；凭证校验没有问题的候选节点，系统通过(1)计算每个校验没有问题的候选节点的服务力；
其中，SP表示某个校验没有问题的候选节点的服务力(Service Power)，m表示区块链中第m区块，n表示设定的最近区块个数，Txm表示该候选节点在第m区块中交易的具体金额，Im表示该笔交易所在区块链中区块的高度，Ilast表示区块链中末端区块的高度。
(三)选举共识节点
系统选举共识节点，该节点负责从被选举时刻到下一个共识节点被选举时刻，该段时间内的交易信息打包和出块工作。同时，系统根据该共识节点的工作表现增加信任度或扣除信任度。
第一步，选取服务力最高的候选节点作为本次竞选的共识节点，享有记账权，并进行该段时期内的交易信息打包和出块工作。
第二步，当共识节点正确打包交易并出块后，系统为该共识节点增加信任度；相反，若共识节点不履行打包交易和出块的义务，将扣除该共识节点的信任度。
图1为本发明不同周期的结构示意图。
信任度是服务供应链中节点可信程度的表征和衡量指标，信任度不能进行消费和转移，但可以作为该节点在服务供应链系统中贡献和信誉的象征，进而提高该节点所获得的订单量。信任度是一个数值，需要设定其最大值和最小值，对于每一个节点都会设定信任度初始值，在服务力证明的共识机制中会对节点的信任度进行增加和扣除。当信任度低于一定阈值的节点，将必须重新接受审计机构的审核，以确定该节点是否足够可信，是否能够继续参与到服务供应链系统的维护和交易过程中。
本发明方法有效的解决了当前服务供应链所面临的的信任缺失问题，同时加入了信任度的概念，根据具体交易信息计算服务力，使得服务力证明的共识机制摆脱了传统区块链共识机制中代币依赖问题，解决了当前区块链共识机制中难理解、代币依赖、消耗大、效率低等痛点和难点，填补了区块链在工业应用中的空白。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
Claims (7)
1.一种面向可信服务供应链的区块链共识机制构建方法，其特征在于：
为每个节点设置信任度初始值；然后在每个设定的周期中，执行如下步骤：
步骤一：在系统中选举出候选节点；
步骤二：向系统中的所有候选节点索取候选节点参与共识节点竞选的竞选凭证，并对候选节点提交的竞选凭证进行校验，对校验合格的竞选凭证计算其服务力；
步骤三：系统选举共识节点，该共识节点负责从被选举时刻到下一个共识节点被选举时刻，该段时间内的交易信息打包和出块工作；同时，系统根据该共识节点的工作表现增加信任度或扣除信任度。
2.根据权利要求1所述的一种面向可信服务供应链的区块链共识机制构建方法，其特征在于，所述步骤一中选举候选节点的方法如下：
第一步，系统向所有节点发送要求其参与共识节点竞选的通知；
第二步，收到通知的节点对该通知进行回复，同意则表示参与共识节点的竞选，不同意或不作出回复则表示放弃本次共识节点的竞选；
第三步，系统在发送通知后30秒时，对系统中所有节点的回复进行处理，同时对系统中所有节点的竞选状态进行确认，回复同意的节点作为候选节点，回复不同意或未回复的节点则不参与本次共识节点的竞选。
3.根据权利要求1所述的一种面向可信服务供应链的区块链共识机制构建方法，其特征在于，所述步骤二的实现方法如下：
第一步，系统向所有候选节点发送要求提交竞选凭证的通知，竞选凭证包括最近n个区块中自身的交易数据以及在交易链中的存储位置；
第二步，收到通知的候选节点，向系统发送自身的竞选凭证；
第三步，；系统在发送要求提交竞选凭证的通知1分钟时，对系统中候选节点提交的竞选凭证信息进行统计，未在规定时间内发送竞选凭证的节点视为放弃本次共识节点的竞选；
第四步，系统对所有提交的竞选凭证进行校验，系统通过竞选凭证中交易数据的存储位置，在区块链中检索相应的交易数据，判断该交易数据是否属于最近n个区块，若不属于，则该交易信息属于无效信息；若属于，则提取该交易数据，并与竞选凭证中的交易数据进行比对，如一致，则该交易数据属于有效信息，否则，该交易数据属于错误信息；
第五步，对校验出现问题的候选节点，取消该候选节点本次共识节点竞选资格，并扣除信任度；校验没有问题的候选节点，系统计算每个候选节点的服务力。
4.根据权利要求3所述的一种面向可信服务供应链的区块链共识机制构建方法，其特征在于，系统按照如下公式计算某个校验没有问题的候选节点的服务力：
其中，SP表示某个校验没有问题的候选节点的服务力，m表示区块链中第m区块，n表示设定的最近区块个数，Txm表示该候选节点在第m区块中交易的具体金额，Im表示区块链中第m区块的高度，Ilast表示区块链中末端区块的高度。
5.根据权利要求1所述的一种面向可信服务供应链的区块链共识机制构建方法，其特征在于，所述步骤三的实现方法如下：
第一步，系统选取服务力最高的候选节点作为本次竞选的共识节点，享有记账权，并进行该段时期内的交易信息打包和出块工作；
第二步，当共识节点正确打包交易并出块后，系统为该共识节点增加信任度；相反，若共识节点不履行打包交易和出块的义务，将扣除该共识节点的信任度。
6.根据权利要求1所述的一种面向可信服务供应链的区块链共识机制构建方法，其特征在于：信任度是服务供应链中节点可信程度的表征和衡量指标，信任度不能进行消费和转移，但能够作为该节点在服务供应链系统中贡献和信誉的象征，进而提高该节点所获得的订单量。
7.根据权利要求6所述的一种面向可信服务供应链的区块链共识机制构建方法，其特征在于：当某个节点信任度低于一定阈值时，将必须重新接受审计机构的审核，以确定该节点是否足够可信，是否能够继续参与到服务供应链系统的维护和交易过程中。
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