CN111339185A - 基于区块链技术的不完全去中心化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于区块链技术的不完全去中心化方法，该方法包含：(1)算法公式：创新提出了链上不完全去中心化的通用算法公式。(2)算法模型：基于算法公式给出通用算法模型，应用于链上强监管模型，将私钥签名投票作为模型输入，以环结构持续，最终以环结构的整体决策作为输出，以保证个体决策的匿名性。(3)智能合约函数体模型与编译部署：本发明创新提出应用智能合约技术编译算法实现传统区块链上的超级节点，即保护了区块链底层去中心化的共识机制，也实现了链上强监管的应用要求，同时，可通过对算法模型的调整实现链上的权限可调。该方法满足了政府强中心的需求，增加了链上决策的灵活度，实现了区块链与政府强中心化的更优结合。

Description

基于区块链技术的不完全去中心化方法
技术领域
本发明属于区块链应用领域，是一种基于区块链的不完全去中心化 方法，可应用于政府强监管的体制机制下。
背景技术
近年来兴起的区块链技术是组合了分布式存储、共识算法、加密算 法等的新型去中心化的存储体系，其独特的链状数据结构、多方共识的 可信环境、可追溯的天然特性都为解决电子政务领域现存的信息孤岛、 权责不清等重大难题提供了很好的技术支撑。
然而，众所周知，政府是个强中心的体制，领导决策必不可少，区 块链天然的去中心化的机制将给政府监管带来冲击，如何在区块链上实 现政府的强监管对区块链与电子政务结合至关重要。因此，基于区块链 的不完全去中心化方法是具有实际意义的。
发明内容
本发明的目的在于针对政务强监管的特性提出一个基于区块链的 不完全去中心化通用算法模型，即监管小组(成员可调)可运用该模型 完成链上的环签名投票，将私钥签名投票作为模型输入，以环结构持续， 最终以环结构的整体决策(接受或拒绝)作为输出并记录上链，实现监 管的同时还保证了匿名投票，利用智能合约技术加以实现即保护了区块链底层去中心化的共识机制，也实现了链上强监管的应用要求，同时，
基于区块链技术的不完全去中心化方法，其特征在于，包括如 下步骤，
步骤1：提出了区块链上门限签名投票的算法思想，给出了通 用的模型及公式；
步骤2：根据步骤1，利用智能合约技术将此算法与区块链机 制结合，设计智能合约函数体模型；
步骤3：根据区块链运行特性，以交易形式部署并编译合约， 完成区块链上的不完全去中心化；
步骤1中，所述的门限签名投票算法思想是通过门限值的设 定实现传统区块链超级节点的功能，即底层各节点权利值相等， 依旧通过共识算法实现竞争记账，而上层应用层则通过指定领导 小组签名投票，高于门限则接受请求；
门限签名投票算法公式为，PDCB
Figure BDA0002383895590000021
PDCB为算法的函数名，是Pseudo DeCentralized Blockchain的缩写； i为参与此签名投票政府部门，数量可到n，每个政府部门的私钥 签名投票作为函数PDCB的输入，参与签名投票的全部政府部门 组成一个领导小组，领导小组的整体投票结果作为函数PDCB的 输出值；
PDCB中
Figure BDA0002383895590000022
代表一个参与者的输出值，其公式为，
Figure BDA0002383895590000023
SK为领导小组中各政府部门的私钥，σ为签名值；SK私钥由组成领 导小组的各政府部门提出申请，由系统为其自动生成，同时将生成配 对公钥以便验证其投票身份；门限签名算法运行中，若政府部门同意 待投票请求，将用其SK私钥进行签名，此时σ签名值为1，反之，σ 签名值为空；
Figure BDA0002383895590000024
只读取σ的数值，若σ有值将输出1，表示本部门同意 此请求，反之输出0，拒绝此请求；
PDCB函数中设有门限值，其为此函数输出的重要影响因素， 由于领导小组的成员数量奇偶不定，故将门限值设定为n/2+1的 向上取整；领导小组签名投票数量大于等于门限值时，PDCB输出 1，代表接受请求，相反拒绝。
在步骤2中，将门限签名算法用智能合约部署上链，合约中 共包含三个函数体，分别为voting，Person，Count，和一个关联函 数mapping；通过mapping建立参与者与票数的关联，同时将参与 者的部门代码转化为输出结果中的整型；voting和person函数将作 为主体函数，实现对PDCB算法的实现，根据算法规则，按照字 母表顺序利用私钥进行签名投票，由领导小组调用函数voting进 行签名投票即可；count函数将作为计数函数，统计PDCB算法中
Figure BDA0002383895590000031
的个数，返回整型计数值，同时在链上以日志形式记录此领导 小组的投票意见；函数体在输出时做了签名投票计数的处理，仅 输出领导小组的整体意见，不会直接输出领导小组中各成员的投 票结果。
本发明在区块链上以交易形式编译智能合约，通过全网节点共 识记账，确认并将合约记录上链；合约不触发时，此区块链不具备强 中心的特点；调用此合约，指定节点进入门限签名投票环节进行投票， 投票通过数量将通过函数体中count函数输出，并根据门限值判断此 请求的投票结果；从而实现基于区块链技术的不完全去中心化.
附图说明
图1是不完全去中心化算法模型
图2是智能合约结构体模型
具体实施方式：
为实现区块链与政务的更有结合，本发明采用的技术方案为基于区 块链技术的不完全去中心化方法，该方法一共分为四步：
(1)环成员账户及gas申请：本模型需要以区块链rinkeby测试链 为测试环境，需在测试链中建立所需环成员账户；另，本方法以交易形 式实现，因此需要申请足够测试币(gas)支撑实验。
(2)设计不完全去中心化算法(PDCB)：基于某市政务区块链的 实际需求，利用环签名算法结构，设计以环成员的n/2取整为算法门限。
(3)构建不完全去中心化算法模型：图1展示了基于区块链技术 的不完全去中心化模型，监管小组中各环成员利用私钥进行签名投票， 以此验证监管小组环成员身份，依照公式中设计的门限进行结果输出， 大于等于门限值时，输出监管小组整体意见，即同意，反之，拒绝操作 请求。
(4)智能合约函数体模型与编译：图2展示了智能合约编译的结 构体模型，合约中共包含三个函数体(分别为voting，Person，Count) 和一个关联函数(mapping)。编译结果将以日志形式记录在区块链的 当前块中。
进一步的，所述步骤(2)的算法公式及解释为：
算法公式如下：
Φ(SKi，σ)＝(0，1) (1)
Figure BDA0002383895590000041
其中，
Figure BDA0002383895590000042
代表一个环成员的输出值(0为拒绝，1为同意)；SKi代表各参与者私钥，σ为签名值；PDCB为环签名算法的最终输出值， 同样0为拒绝，1为同意，以环结构持续，当有大于等于n/2+1取整 的环成员输出
Figure BDA0002383895590000043
时，算法将自动跳出，不在持续环结构的签名投票，此时PDCB的输出值为1，并在区块链的日志中记录监管小组的投票 结果，即接受字样，待投票的事务请求通过；反之，若当监管小组全 部成员签名投票结束后，
Figure BDA0002383895590000044
求和小于n/2+1取整时，此环签名算法 PDCB将输出0，并在区块链的日志中记录监管小组的投票结果，即 拒绝字样，待投票的事务请求驳回。以此来对区块链上的操作行为进 行监管。
进一步的，所述步骤(4)的具体过程为：
步骤1：合约编译
合约中共包含三个函数体和一个关联函数。先通过mapping建立环 成员与票数的关联同时将参与者的部门代码转化为输出结果(计数)中 的整型；voting和person函数将作为主体函数，实现对PDCB算法的实 现，根据算法规则，按照字母表顺序利用私钥进行签名投票，由监管小 组调用voting进行签名投票；count作为计数函数，统计PDCB算法中
Figure BDA0002383895590000045
的个数，返回计数值(整型)，同时在区块链上以日志形式记录此监管 小组投票意见。
步骤2：合约部署
根据区块链的自身规则，合约的部署以发交易的形式进行，经 rinkeby网络确认后，将成功部署到区块链上。
步骤3：合约调用
合约调用，此次测试用例设定为3，分别为：“0x74657374”， “0x74657375”，“0x74657376”，投票账户设定为3，分别为：
A：0x564596e6c2363efbfe9214346e4fff049a9666d1；
B：0xca35b7d915458ef540ade6068dfe2f44e8fa733c；
C：0x14723a09acff6d2a60dcdf7aa4aff308fddc160c。
测试输出表如下：
Figure BDA0002383895590000051
步骤4：算法结果
以上三种情况实验步骤类似，故此处只展示第二种“0x74657375” 算法结果。
A利用私钥签名，公钥配对进行身份检验，σ读取签名状态，并记 录为1，count记录投票数量为1；环签名投票继续，B利用私钥签名， 公钥配对进行身份验证，σ读取签名状态，并记录为1，count记录投票 数量为1。此时，count值超过门限值，跳出投票环节，记录接受字样上 链。

Claims (3)

1.基于区块链技术的不完全去中心化方法，其特征在于，包括如下步骤，
步骤1：提出了区块链上门限签名投票的算法思想，给出了通用的模型及公式；
步骤2：根据步骤1，利用智能合约技术将此算法与区块链机制结合，设计智能合约函数体模型；
步骤3：根据区块链运行特性，以交易形式部署并编译合约，完成区块链上的不完全去中心化；
步骤1中，所述的门限签名投票算法思想是通过门限值的设定实现传统区块链超级节点的功能，即底层各节点权利值相等，依旧通过共识算法实现竞争记账，而上层应用层则通过指定领导小组签名投票，高于门限则接受请求；
门限签名投票算法公式为，PDCB(φa,φb,…φn)＝∑φi(i＝a,b,c...n)，PDCB为算法的函数名，是Pseudo DeCentralized Blockchain的缩写；i为参与此签名投票政府部门，数量可到n，每个政府部门的私钥签名投票作为函数PDCB的输入，参与签名投票的全部政府部门组成一个领导小组，领导小组的整体投票结果作为函数PDCB的输出值；
PDCB中φ代表一个参与者的输出值，其公式为，φ(SKi,σ)＝(0,1)，SK为领导小组中各政府部门的私钥，σ为签名值；SK私钥由组成领导小组的各政府部门提出申请，由系统为其自动生成，同时将生成配对公钥以便验证其投票身份；门限签名算法运行中，若政府部门同意待投票请求，将用其SK私钥进行签名，此时σ签名值为1，反之，σ签名值为空；φ只读取σ的数值，若σ有值将输出1，表示本部门同意此请求，反之输出0，拒绝此请求；
PDCB函数中设有门限值，其为此函数输出的重要影响因素，由于领导小组的成员数量奇偶不定，故将门限值设定为n/2+1的向上取整；领导小组签名投票数量大于等于门限值时，PDCB输出1，代表接受请求，相反拒绝。
2.根据权利要求1所述的基于区块链技术的不完全去中心化方法，其特征在于：在步骤2中，将门限签名算法用智能合约部署上链，合约中共包含三个函数体，分别为voting，Person，Count，和一个关联函数mapping；通过mapping建立参与者与票数的关联，同时将参与者的部门代码转化为输出结果中的整型；voting和person函数将作为主体函数，实现对PDCB算法的实现，根据算法规则，按照字母表顺序利用私钥进行签名投票，由领导小组调用函数voting进行签名投票即可；count函数将作为计数函数，统计PDCB算法中φ＝1的个数，返回整型计数值，同时在链上以日志形式记录此领导小组的投票意见；函数体在输出时做了签名投票计数的处理，仅输出领导小组的整体意见，不会直接输出领导小组中各成员的投票结果。
3.根据权利要求1所述的基于区块链技术的不完全去中心化方法，其特征在于：在区块链上以交易形式编译智能合约，通过全网节点共识记账，确认并将合约记录上链；合约不触发时，此区块链不具备强中心的特点；调用此合约，指定节点进入门限签名投票环节进行投票，投票通过数量将通过函数体中count函数输出，并根据门限值判断此请求的投票结果；从而实现基于区块链技术的不完全去中心化。
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