CN111444512B - 一种用于区块链的移动端打块方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于区块链的移动端打块方法及系统，包括节点扫描器、数据共识器、区块同步器、交易同步器、账户同步器、区块锻造器、区块广播器，启动节点，通过探测并获取当前区块链的扫描协议和扫描结果；由移动端设备分段读取并校验本地区块确定合法且落后高度区块；根据拜占庭一致原则计算特征结果以及账户信息并保存；移动端设备开始锻造区块，根据最新的区块高度和区块链协议生成新区块的区块头，循环处理交易直至区块时间结束，为区块标注概要信息并打上数字签名，本发明的优点是可以让轻便型移动设备直接参与区块链，极大提高了移动端打块的可信力；实现了移动端打造新区块的作用，解决了移动端无法直接参与区块链的问题。

Description

一种用于区块链的移动端打块方法及系统

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，特别是一种用于区块链的移动端打块方法及系统。

背景技术

区块链是未来社会的基础设施，这个设施必将为各行各业的用户服务，而这些用户绝大多数将适用移动轻便型设备参与，比如智能手机、智能手表、智能眼镜、智能手环等，而这些设备由于轻便，所以往往就算能力和存储能力非常有限，这就导致区块链无法运行在这一类的设备上，这将导致这些设备无法真正的参与到区块链中，这在很大程度上阻碍了区块链向终端用户普及的发展。而轻便型移动端设备要真正参与到区块链中，其标识性的核心关键就是移动端是否能自己打造区块，而由于轻便型移动端设备无法存储全部的区块链数据，目前无法在移动端打造区块。而目前世面上绝大多数区块链采用间接参与的方案，也就是运行在重型服务器或小型PC上，然后通过一个中转服务节点为移动设备提供数据中转服务，但由于其引入了区块链外的第三方中转服务，所以其很大程度上破坏区块链的无第三方可信原则，导致区块链丧失了绝对可信的能力。那么如何既能让轻便型移动端设备直接参与区块链又不依赖第三方中转服务，成为一个急需解决的问题。

发明内容

本发明旨在提出一种用于区块链的移动端打块方法及系统，实现了移动端打造新区块的作用，解决了移动端无法直接参与区块链的问题。

具体包括如下内容：

一种用于区块链的移动端打块方法，所述方法包括：

S1、启动节点，检查是否有配置初始节点、历史扫描信息、可用节点，然后获取当前区块链的扫描协议，取出扫描协议中定义的扫描端口和扫描结果，通过探测端口获取可信节点并保存；

S2、移动端设备分段读取并校验本地区块确定合法区块，检查本地区块落后网络情况并获取存在落后高度的区块，下载所述落后高度的区块并校验，校验通过则保存区块，校验不通过则丢弃区块，重复S2环节的步骤直至获取最新高度区块；

S3、检查移动端设备的CPU和内存并估算移动端设备可处理的交易数量，校验未处理交易的合法性并提取交易重复性特征从而获取可信节点，通过向可信节点发送重复性特征计算能达成拜占庭一致的特征结果，由此确定合法交易；

S4、获取未处理交易列表和所述未处理交易涉及的账户列表，获取可信节点并向所述可信节点请求账户信息，计算拜占庭一致的账户信息并保存，循环获取所有账户信息后计算能符合拜占庭一致的总特征完成账户同步；

S5、移动端设备开始锻造区块，根据最新的区块高度和区块链协议生成新区块的区块头，循环处理交易直至区块时间结束，为区块标注概要信息并打上数字签名，广播打造完成的区块至节点，检查完成情况是否已能达成拜占庭一致，完成移动端设备的区块锻造。

进一步的，所述S1包括如下具体步骤：

S11、检查是否有配置初始节点，如果没有则跳过，如果有则访问该初始节点；

S12、检查是否有历史扫描信息，如果没有则跳过，如果有则获取历史扫描节点信息；

S13、检查是否已有可用节点，如果没有就使用自己的IP作为初始地址，根据自己的IP 地址段生成待扫描的IP范围，根据自己的IP地址上一段生成待扫描网段列表，进而根据所述网段进一步生成每一个网段的IP范围，如此重复4次生成所有网段的待扫描IP列表，如果有就使用所述可用节点作为初始地址；

S14、获取当前区块链的扫描协议，取出扫描协议中定义的扫描端口和扫描结果，依次向所述待扫描IP列表的端口发送探测数据，如果没有响应，则这个IP地址无效，如果有响应进而确定响应是否符合区块链协议，如果符合则为有效节点，如果不符合则为无效节点；

S15、依次扫描直到可用节点数超过最小拜占庭数量，取出拥有最大共同高度的节点，向该节点发起查询节点高度的区块信息，比对节点返回的区块信息，如果达成拜占庭一致的节点则为可信节点并进行保存。

进一步的，所述S2包括如下具体步骤：

S21、读取本地区块并检查本地区块是否合法，分段提取本地区快特征，从可信节点列表中获取节点，向所述节点发起特征请求，计算出所述节点能达成共识的特征，比对本地特征与节点共识特征，如果不一致，回归本地该段不合法区块，如果一致，本段区块校验通过；

S22、重复循环分段提取区块特征进行校验，直到本地校验结束；

S23检查本地区块落后网络的情况，如果落后则计算落后的高度，按高度拆分为若干段连续区块，判断可用节点数是否少于分段数，如果不少于分段数时根据分段选择和分段数量一致的区块节点数，少于分段数时按最大整数倍算出需要的节点数；

S24、依次或同时从节点请求该段的区块，将下载后的区块依次进行校验，如果校验通过则存入本地，如果校验不通过则丢弃该区块；

S25、从其他节点重新下载区块，再次检查本地网络落后情况，如果落后则重复S23-S24 的步骤，如果已经是最新，则结束循环，开启本地区块监听，如果收到新区块开始校验区块，当校验通过后存入本地，校验不通过则丢弃，继续监听并等待接收新区块。

进一步的，所述S3包括如下具体步骤：

S31、检查移动端设备本地CPU和内存，估算所述移动端设备可处理的交易数量，向可信节点下载未处理交易列表；

S32、本地校验未处理交易的合法性，通过提取交易重复性特征，由此获取可信节点，向所述可信节点请求对应交易的重复性特征，获取所述可信节点的返回结果，由此计算能达成拜占庭一致的特征结果，保留本地符合拜占庭一致特征的未处理交易，将不符合拜占庭一致特征的未处理交易丢弃；

S33开启本地交易监听，等待网络产生新的未处理交易，收到新交易时，重复S32的合法性校验过程，未收到新交易时就继续等待。

进一步的，所述S4包括如下具体步骤：

S41、所述移动端设备获取未处理交易列表，提取未处理交易涉及的账户列表，由此获取可信节点；

S42、依次向所述可信节点请求账户信息并获得账户信息，根据拜占庭一致原则计算出能达成拜占庭一致的账户信息并保存该账户信息到本地；

S43、依次循环计算拜占庭一致的账户信息直到所有账户获取完毕；

S44、从所有账户信息中提取总特征，向所述可信节点请求账户总特征，根据拜占庭一致的原则获取能达成一致的总特征；

S45、比对总特征是否与本地一致，如果一致则完成账户同步，如果不一致则清楚本地账户信息，重新开始账户同步。

进一步的，所述S5包括如下具体步骤：

S51、所述移动端设备开始锻造区块之前，等待本地区块完成同步，等待未处理交易完成同步，等待账户完成同步，等待轮到打块时间；

S52、检查最新的区块高度，提取该高度的区块信息，根据区块链协议在该区块后追加新区块，进而生成该新区块的区块头；

S53、循环依次提取每一笔未处理交易，检查该交易类型，根据该交易类型检查交易数据自身合法性和交易数据逻辑合法性，所述交易数据逻辑合法性包括但不限于账户余额充足、支付密码合法，根据该交易类型处理该笔交易，进而获取该笔交易的处理结果，将该笔交易的处理结果更新到该账户中并为该笔交易标注处理该交易的区块头信息；

S54、完成每一个交易的处理直至节点自身的区块时间结束，将所有已处理的交易放入区块头中，为区块标注概要信息，所述概要信息包括但不限于处理的交易数、收取的手续费，进而为整个区块打上所述节点的数字签名；

S55、获取可信节点列表并循环一次提取所述可信节点，将打造完成的区块广播至所述可信节点，记录广播完成情况，检查完成情况是否已能达成拜占庭一致，如果不能，则继续提取下一个可信节点进行广播，如果能，则结束循环，完成移动端区块锻造。

本发明还提出一种用于区块链的移动端打块系统，所述系统包括：

节点扫描器：用于解决节点扫描的问题，帮助移动设备获取到当前网络中的节点分布情况，通过获取IP地址列表并向所述IP地址端口发送探测数据，根据探测结果是否符合区块链协议确定有效节点；

数据共识器：用于选出可信节点，帮助移动端设备在不依赖全量数据的情况下找出可信节点，通过节点扫描器确定了有效节点后，依次扫描直到有效节点数超过最小拜占庭数量，取出拥有最大共同高度的节点，向该节点发起查询节点高度的区块信息，比对节点返回的区块信息，如果达成拜占庭一致的节点则为可信节点并进行保存；

区块同步器：用于在移动端设备中同步区块头，通过数据共识器初步确定可信节点后，移动端设备分段读取并校验本地区块确定合法区块，检查本地区块落后网络情况并获取存在落后高度的区块，重复获取并监听区块动态，直至获取到最新高度区块，进一步验证可信节点是否可信；

交易同步器：用于在移动端获取未处理的交易，通过数据共识器达成共识以及通过区块同步器确定可信节点后，交易同步器根据所述移动端设备可处理交易范围定量接收区块链交易，并通过获取重复性特征计算拜占庭一致的特征结果，保留符合本地特征的未处理交易，丢弃不符合本地特征的未处理交易；

账户同步器：用于在移动端获取当前未处理交易中涉及的账户信息，在完成数据共识、区块同步、交易同步的基础上，所述账户同步器计算拜占庭一致的账户信息和总特征同步账户信息；

区块锻造器：通过处理交易进行区块的锻造，在完成数据共识、区块同步、交易同步、账户同步的基础上，在所述区块锻造时间内检查最新区块高度并提取该高度的区块信息，通过检查交易数据的合法性后处理交易，为该笔交易标注概要信息并签名；

区块广播器：经过区块锻造器锻造后，通过所述区块广播器将锻造后的新区块广播至网络中并记录广播完成情况，检查完成情况是否能达成拜占庭一致，如果能则结束广播，如果不能则继续提取下一个节点进行广播。

进一步的，所述节点扫描器包括：

IP分析模块：根据提供的初始扫描起点，以及历史扫描过的结果，初步分析节点大概的位置，并从这个位置所在区域挑选常规出现的IP地址，并进一步的扩散到每一级IP地址；

网络探测模块：根据IP分析模块提供的IP地址列表，一一进行探测，探测采用区块链上原先定义的探测协议，如果探测结果满足该探测协议，则认为该地址是有效地址，并将该地址反馈给IP分析模块，让IP分析模块进一步完善IP分布列表，然后再返回给网络探测模块做进一步的探测，当网络探测模块已经完成了所有IP的探测时，将探测结果返回给后续节点存储模块；

节点存储模块：用于将有效的节点信息进行存储，包括但不限于节点的IP地址，当前的高度，连通的速度，节点的繁忙程度，以及附加信息。

进一步的，所述数据共识器包括：

高度共识模块：用于为共识做预先准备，所述高度共识模块基于节点扫描器的扫描结果，将其中高度不一的节点选出具有最大公约数且对应节点都包含的高度，然后将所述对应节点单独标记出来；

区块探测模块：用于获取对应节点指定高度的区块信息，包括将获取当面被标记的节点在该高度下的区块信息，用于为下一步共识做准备；

交易探测模块：用于向对应节点获取同一笔交易的信息，为下一步共识做准备；

账户探测模块：用于向对应节点获取同一个账户的信息，为下一步共识做准备；

共识算法模块：用于根据拜占庭一致原则计算同一批交易数据，将通过高度共识模块获取到的指定高度的区块信息全部进行比较，将其中能达成拜占庭一致的节点标记出来作为可信节点。

进一步的，所述区块同步器包括：

本地区块校验模块：如果存在本地区块时，用于校验本地已存在的区块是否正确，将本地区块分段取出，然后与网络中的可信节点进行比对，判断是否能达成拜占庭一致，如果能，说明本地区块正确，没有被修改过，然后依次继续判断，直到所有分段都校验完成；

区块下载模块：用于下载本地缺少的模块，当本地校验过程中发现有缺少的区块，或则校验结束后发现本地区块落后网络，进而从网络中下载缺少的区块，下载区块时从可信节点下载，下载后将校验区块后判定是否和自己本地区块链起来；

区块监听模块：用于从网络监听最新区块，当本地区块同步到最新后，将开启监听，保证本地区块是实时最新的区块。

进一步的，所述交易同步器包括：

交易下载模块：用于下载未处理交易，当本地移动端进入到区块锻造状态时，将从可信节点下载当前还未处理的交易，按最优性价比下载尽可能多的交易，用于移动端设备处理；

交易监听模块：用于监听当前网络中产生的新交易，在本地开始下载未处理交易时，监听模块就会打开，用于获取最新交易；

本地校验模块：通过提取未处理交易的重复性特征校验未处理交易的合法性，

服务端校验模块：将本地区块存有的未处理交易进行重复性校验，所述移动端设备将未处理交易编号批量发送给多个可信节点，由可信节点分别返回对应重复性校验结果，确定结果中能达成拜占庭一致的结果并将其作为真正需要进一步处理的未处理交易。

进一步的，所述账户同步器包括：

账户准备模块：准备与未处理交易涉及的双方账户信息，并将其存入本地用于保存账户信息的空间；

账户下载模块：用于下载本地需要的账户信息并保存到账户准备模块已经初始出来的存储空间；

账户校验模块：用于将下载的账户信息，在多个节点中进行一致性共识校验，并将多个节点中能达成拜占庭一致的账户信息作为最终的账户信息，对于无法达成拜占庭一致的账户信息将被删除，同时这些被删除的账户所对应的未处理交易也将被丢弃，留到下一轮再处理，或者等到所属账户信息在网络中达成一致时再处理。

进一步的，所述区块锻造器包括：

区块头管理模块：根据当前网络的最新高度，生成符合区块链规则的区块头，并将包含本区块的锻造者信息置入区块头中，为生成的区块生成编号；

交易处理模块：用于处理所述交易同步器中准备好的最终未处理交易；

区块打包模块：将处理好的交易一次置入区块头中，并给区块整体标上概要信息以及私钥签名。

进一步的，所述区块广播器包括：

广播清单模块：提取节点清单，并整理和记录历史广播情况；

区块发送模块：将所述区块锻造器锻造后的新区块依次发送至所述节点清单上的节点并记录发送结果，发送过程持续至发送结果能在网络中达成一致时终止。

本发明所提出一种用于区块链的移动端打块方法及系统具有如下优点：

(1)不同于市面上目前提供的中转服务节点为移动设备提供数据中转服务不同的是，本发明可以让轻便型移动设备直接参与区块链，极大提高了移动端打块的可信力；

(2)针对移动设备无法保持24小时持续在线的问题，通过七大核心部件实现了移动端打造新区块的作用，解决了移动端无法直接参与区块链的问题。

附图说明

图1为本发明所提及移动端打块的流程示意总图；

图2是本发明所提及移动端打块的节点扫描过程示意图；

图3是本发明所提及移动端打块的同步校验过程示意图；

图4是本发明所提及移动端打块的网络高度校验过程示意图；

图5是本发明所提及移动端打块的交易同步过程示意图；

图6是本发明所提及移动端打块的账户同步过程示意图；

图7是本发明所提及移动端打块的锻造区块的过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。在此需要说明的是，下面所描述的本发明各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在描述本发明所包含的技术方案之前，针对目前无法直接参与打块的原因进行解决，对此介绍两类基本方法，一种选出区块链治理人，另一种是直接治理区块链。治理区块链也就是参与区块链的共识机制，参与共识机制的方法有两种，选出治理人，执行治理动作。在区块链中，选择治理人就是可以简单理解为投票，执行治理动作可以简单理解为打造区块。本发明就是专门针对后者进行解决，也就是本发明解决的核心问题就是在无法存储全量数据的轻便型移动终端上打造区块的问题。

那么如何实现在移动端上打造区块？打造区块的过程就是在当前的区块链高度上打造下一个区块。打造下一个区块过程中，至少需要知道三项基本信息，第一需要知道当前网络的最新高度，第二需要知道当前网络中的未处理交易，第三需要知道当前网络中各地址的余额，在UTXO模型中，需要知道哪些凭证已被使用。由于移动设备几乎不会自己保持24小时在线取监听新产生的交易，所以它只能从其它节点那里获取。当移动设备需要从其它节点那里获取数据时，首先需要知道这个网络中有哪些节点，以及这些节点是否正确，它们所提供的数据是否合法。

为了解决以上一系列的问题，本发明提出一种用于区块链的移动端打块系统，具体包括七大核心部件，节点扫描器、数据共识器、区块同步器、交易同步器、账户同步器、区块锻造器、区块广播器：

在节点扫描器中，用于解决节点扫描的问题，帮助移动设备获取到当前网络中的节点分布情况。其中包括三大核心模块，IP分析模块、网络探测模块、节点存储模块。在IP分析模块中，根据提供的初始扫描起点，以及历史扫描过的结果(如果有)，初步分析节点大概的位置，并从这个位置所在区域挑选常规出现的IP，并进一步的扩散到每一级IP地址，尽可能做到不用列举所有IP地址，也能初步达到几乎覆盖所有IP的效果，从而提升后续模块探测的速度；在网络探测模块中，根据前面IP分析模块提供的IP地址列表，一一进行探测，探测采用区块链上原先定义的探测协议，包括比如是否通过特定的端口，该端口是否返回特定的数据，如果探测中满足该探测协议，则认为该地址是有效地址，并将该地址反馈给IP分析模块，让IP分析模块进一步完善IP分布列表，然后再返回给网络探测模块做进一步的探测，当网络探测模块已经完成了所有IP的探测时，将探测结果返回给后续节点存储模块；在节点存储模块中，用于将有效的节点信息进行存储，包括节点的IP，当前的高度，连通的速度，节点的繁忙程度，是否有其它的附加信息等，以便后续的其它部件高效使用节点信息。

在数据共识器中，用于选出可信节点，帮助移动设备在不依赖全量数据的情况下找出可信节点。其中包括五大核心模块，高度共识模块、区块探测模块、交易探测模块、账户探测模块、共识算法模块。在高度共识模块中，用于为共识做预先准备，它基于节点扫描器的结果，将其中高度不一的节点选出具有最大公约数大家都包含的高度，然后将这些节点单独标记出来；在区块探测模块中，用于获取这些节点指定高度的区块信息，这里将获取当面被标记的节点在该高度下的区块信息，用于为下一步进一步共识做准备；在交易探测模块中，用于向指定的一批节点获取同一笔交易的信息，用于为下一步进一步共识做准备；在账户探测模块中，用于向指定的一批节点获取同一个账户的信息，用于为进一步共识做准备；在共识算法模块中，用于基于一批数据计算出哪些是可以达成共识的，在这里，会将前面获取到的指定高度的区块信息全部进行比较，将其中能达成拜占庭一致的节点标记出来，这部分节点既为可信节点，对于交易和账户的共识时，也是相同的方法判断该交易和账户是否可信。

在区块同步器中，用于在移动端同步区块头，由于区块头不包含交易，所以所占用空间极少，这里同步后的区块头将用于本地移动设备进一步验证可信节点是否可信。其中包括三大核心模块，本地区块校验模块、区块下载模块、区块监听模块，在区块校验模块中，如果有本地区块的话用于校验本地已存在的区块是否正确，它将本地区块按一定的规则分段取出，然后与网络中的可信节点进行比对，判断是否能达成拜占庭一致，如果能，说明本地区块正确，没有被修改过，然后依次继续判断，直到所有分段都校验完成；在区块下载模块中，用于下载本地缺少的模块，当本地校验过程中发现有缺少的区块，或则校验结束后发现自己落后于网络了，那么就从网络中下载区块，下载区块时从可信节点下载，下载后将校验区块是否和自己本地区块链起来；在区块监听模块中，用于从网络监听最新区块，当本地区块同步到最新后，将开启监听，以保证本地区块是实时最新的区块，这对于后续移动端锻造区块是先决条件，避免自己锻造一个错误的区块。

在交易同步器中，用于在移动端获取未处理的交易，由于移动端无法24小时保持在线，所以无法通过实时监听网络积累网络中新增的未处理交易，同时也由于移动端无法保存所有的已处理交易，所以移动端无法自己判断这些未处理交易是否有些已被处理，所以需要依赖交易同步器处理这些问题。其中包括四大核心模块，交易下载模块、交易监听模块、本地校验模块、服务端校验模块。在交易下载模块中，用于下载未处理交易，当本地移动端进入到区块锻造状态时，将从可信节点下载当前还未处理的交易，由于移动端处理能力和存储能力的限制，移动端不会下载全部的交易，而是按最优性价比下载尽可能多的交易，用于移动端处理；在交易监听模块中，用于监听当前网络中产生的新交易，在本地开始下载未处理交易时，监听模块就会打开，用于获取最新交易，这对于需要实时处理交易的场景比较重要；在本地校验模块中，用于在移动端校验交易的合法性，这对于移动端自己通过监听网络收到的最新交易非常重要，同时也对校验从节点下载回来的未处理交易合法性也很重要，有效避免节点在这个环节作恶；在服务端校验模块中，用于将本地已经准备好的未处理进行重复性校验，也就是是否包含已处理交易，移动端将这些交易的编号批量发送给多个可信节点，由这些节点分别返回他们的重复性校验结果，获取这些结果中能达成拜占庭一致的结果，然后取出这些结果作为最终真正需要进一步处理的未处理交易，为下一步锻造区块做好准备。

在账户同步器中，用于在移动端获取当前未处理交易中涉及的账户信息，由于移动端无法存储全部的数据，所以它需要依靠可信节点来准备及校验账户。其中包括三大核心模块，账户准备模块、账户下载模块、账户校验模块。在账户准备模块中，用于准备本次锻造区块需要涉及的账户信息，在这里，它将从未处理交易中取出交易涉及的所有双方，并在本地为他们初始化一个用于保存账户信息的空间，如果本地已经存在的，也将同时存入；在账户下载模块中，用于下载本地需要的账户信息，这里将把本地准备账户列表进行批量下载，并保存到前面初始化好的账户存储空间中；在账户校验模块中，用于将下载的账户信息，在多个节点中进行一致性共识校验，并将多个节点中能达成拜占庭一致的账户信息作为最终的账户信息，对于无法达成拜占庭一致的账户信息将被删除，同时这些被删除的账户所对应的未处理交易也将被丢弃，留到下一轮再处理，或者等到他们的账户信息在网络中达成一致时再处理。

在区块锻造器中，用于打造新区块，打造新区块的过程实际是处理交易的过程。其中包含三大核心模块，区块头管理模块、交易处理模块、区块打包模块。在区块头管理模块中，用于生成新区块的头，在这里将根据当前网络的最新高度，然后生成一个符合区块链规则的区块头，比如上一个区块的编号需要包含在区块头中，本区块的编号生成需要包含基本的区块头信息，区块头信息至少还需要包含本区块的锻造者信息；在交易处理模块中，用于处理前面交易同步器中准备好的最终未处理交易，在这里将这些交易一条一条的取出来，依次进行基本校验，然后按照区块链协议处理这些交易，比如转账交易，就是先检查转出人的余额是否充足，然后扣减转出人的账户余额，然后给转入人员上账；比如设置支付密码，就是先检查设置支付密码的人的原始支付密码是否正确，如果正确就更新为新密码，等等，随不同区块链的业务场景不同这里处理的具体交易也不同，无论有多少种交易，以及这些交易如何处理，都不影响本发明的实现；在区块打包模块中，就是将已经处理的交易放入区块并将区块打上签名，在这里，就是将前面处理的一条条交易依次放入前面准备好的区块头中，然后在放入完毕后，给区块整体写上概要信息，比如总共有多少交易，总共收了多少手续费等，不同的区块链协议写不同的信息，但无论写什么信息都不影响本发明的实现，最后，给整个区块打上用锻造区块账户的私钥签名。

在区块广播器中，用于将区块锻造器打造的新区块广播到网络中。其中包含两大核心模块，广播清单模块、区块发送模块。在广播清单模块中，用于将距离最近的节点列出来，并整理为一个清单，并整理和记录历史广播情况；在区块发送模块中，用于将移动端锻造的新区块依次发送给前面清单中的节点，并根据发送情况记录发送结果，并根据发送结果以确认是否重新发送，或是否进行更大规模的发送，在这里，根据清单一直发送到能在网络中达成一致时停止。

本系统在具体实际操作过程包括：

一、节点扫描

当启动节点后，节点扫描器.中的IP分析模块检查是否有配置初始节点，如果没有则跳过检查，如果有则访问该初始节点；检查是否有历史扫描信息，如果没有则跳过，如果有则获取历史扫描节点信息；检查是否已有可用节点，如果没有就使用节点自身的IP作为初始地址，并根据节点自身的IP地址段生成待扫描的IP范围，再根据节点自身的IP地址上一段生成待扫描网段列表，然后根据这个网段进一步生成每一个网段的IP范围，如此重复4次生成所有网段的待扫描IP列表，这里的重复次数并不局限本发明的保护范围，如果有就使用这些节点作为初始地址，并通过节点扫描器中的网络探测模块获取当前区块链的扫描协议；取出扫描协议中定义的扫描端口以及扫描协议中定义的扫描结果；通过网络探测模块依次向上面生成的待扫描IP列表的端口发送探测数据，如果没有响应，则对应的IP无效；如果有响应且这个响应符合区块链的协议，则为有效节点，如果这个响应不符合区块链的协议，则为无效节点；依次扫描直到可用节点数超过最小拜占庭数量，不同的区块链不一样，本发明当中提到的最小拜占庭数量包括但不限于IFMChain中可信节点为57个节点，通过数据共识器中的高度共识模块：取出对应拥有最大共同高度的这部分节点，通过数据共识器中的区块探测模块：向所述部分节点发起查询这些节点的该高度的区块信息，通过共识算法模块比对这些节点返回的区块信息，能达成拜占庭一致的节点为可信节点，将这些节点列表通过节点存储模块进行保存，完成节点扫描。

二、区块同步

移动端开始同步，首先通过区块同步器中的本地区块校验模块读区本地区块并检查本地区块是否合法，如果不合法则丢弃本地区块，如果合法则分段提取本地区块特征，从可信节点列表中获取一批节点并向这些节点发起特征请求，计算出这些节点能达成共识的特征，比对本地特征与节点共识特征，如果不一致，回归本地该段不合法区块；如果一致则本段区块校验通过，重复循环分段提取区块特征进行校验，直到完成本地区块的校验；

通过区块同步器中的区块下载模块检查本地区块落后网络的情况，如果落后则计算落后的高度，先按高度拆分为几段连续区块，判断可用节点数是否少于分段数，不少于分段数时根据分段选择和分段数量一致的区块节点数；少于时按最大整数倍算出需要的节点数，依次或同时从这些节点请求这个段的区块，将下载后的区块依次进行校验，如果校验通过则存入本地；如果校验不通过则丢弃该区块并从其它节点重新下载，再次检查本地网络落后情况，如果落后，则继续上面的循环并下载区块；如果已经是最新，则结束循环，再通过区块同步器中的区块监听模块：开启本地区块监听，如果收到新区块通过区块下载模块开始校验区块，当校验通过存入本地；校验不通过则丢弃对应的新区块，当区块监听模块没有收到新区块，进行继续等待。

三、交易同步

经过区块同步后，当区块接收到新的交易时，移动端开始进行未处理交易的同步，首先通过交易同步器中的交易下载模块检查本地设备CPU与内存大小，估算移动端设备可处理的交易数量，根据存储空间的大小向可信节点下载未处理交易列表，接着通过本地校验模块开始本地校验未处理交易的合法性并提取这些交易重复性特征，经过上述节点扫描器扫描过后获取一批可信节点，再通过交易同步器中的服务端校验模块向所述可信节点请求这些未处理交易的重复性特征，获得这些节点的返回结果，再通过数据共识器中的交易共识模块计算拜占庭一致的特征结果，当服务端校验模块确认能达成拜占庭一致的话则保留本地符合一致特征的未处理交易；将不符合一致特征的未处理交易丢弃，交易同步器中的交易监听模块开启本地交易监听，等待网络产生新的未处理交易，当收到新交易时，重复上面的部署操作进行校验；如果未收到新交易，就继续等待。

四、账户同步

移动端开始账户同步，首先通过交易同步器中的交易下载模块：获取未处理交易列表；再通过账户准备模块提取未处理交易涉及的账户列表，获取节点存储模块之前保存的一批可信节点；接着通过账户准备模块和账户下载模块循环每个账户并依次向这些节点请求该账户信息，当获得这些节点的该账户信息后通过账户共识模块计算拜占庭一致的账户信息，经账户下载模块保存该账户信息到本地，依次循环直到所有账户获取完毕，然后通过账户校验模块将这些账户信息提取一个总特征，依次向这批可信节点请求这批账户的总特征，通过账户共识模块计算这些节点的拜占庭一致的总特征，通过账户校验模块比对总特征是否与本地一致，如果一致则完成账户同步；如果不一致则清除本地账户信息并重新开始账户同步。

五、锻造区块

当完成节点扫描、区块同步、交易同步、账户同步后，移动端开始锻造区块，区块锻造器开始锻造区块的前提是等待时间轮到自己打块，时间一到，开始打造区块，锻造区块的过程包括：首先通过区块头管理模块检查最新的区块高度，提取该高度的区块信息，然后根据节点扫描器环节扫描到的区块链协议在该区块后追加新区块，接着生成该新区块的区块头，通过交易处理模块循环依次提取每一笔未处理交易，检查该交易类型并根据该交易类型检查交易数据自身合法性，根据该交易类型检查交易数据逻辑合法性这里的数据逻辑合法性包括但不限于账户余额充足、支付密码合法；根据该交易类型处理该笔交易，获得该笔交易的处理结果，将该笔交易的处理结果更新到该账户中，为该笔交易标注处理该交易的区块头信息，包括但不限于区块高度等，当完成每一个交易的处理，通过区块打包模块将所有已处理的交易放入区块头中，为区块标注概要信息，所述概要信息包括但不限于处理的交易数、收取的手续费等，一直到自己的区块时间结束，通过区块打包模块为整个区块打上自己的数字签名，经由上述节点扫描器中的节点存储模块获取一批可信节点列表；再由区块广播器中的广播清单模块循环依次提取这些节点，接着通过区块广播器中的区块发送模块将打造完成的区块广播给这些节点，然后通过区块发送模块记录广播完成情况，检查完成情况是否已能达成拜占庭一致，如果不能，则继续提取下一个节点进行广播，再由区块广播器中的区块发送模块确认如果能的话则结束循环，完成移动端区块锻造。

本发明不同于市面上目前提供的中转服务节点为移动设备提供数据中转服务不同的是，本发明可以让轻便型移动设备直接参与区块链，极大提高了移动端打块的可信力；与此同时针对移动设备无法保持24小时持续在线的问题，通过七大核心部件实现了移动端打造新区块的作用，解决了移动端无法直接参与区块链的问题。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (13)

1.一种用于区块链的移动端打块方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、启动节点，检查是否有配置初始节点、历史扫描信息、可用节点，然后获取当前区块链的扫描协议，取出扫描协议中定义的扫描端口和扫描结果，通过探测端口获取可信节点并保存；

S2、移动端设备分段读取并校验本地区块确定合法区块，检查本地区块落后网络情况并获取存在落后高度的区块，下载所述落后高度的区块并校验，校验通过则保存区块，校验不通过则丢弃区块，重复S2环节的步骤直至获取最新高度区块；

S3、检查移动端设备的CPU和内存并估算移动端设备可处理的交易数量，校验未处理交易的合法性并提取交易重复性特征从而获取可信节点，通过向可信节点发送重复性特征计算能达成拜占庭一致的特征结果，由此确定合法交易；

S4、获取未处理交易列表和所述未处理交易涉及的账户列表，获取可信节点并向所述可信节点请求账户信息，计算拜占庭一致的账户信息并保存，循环获取所有账户信息后计算能符合拜占庭一致的总特征完成账户同步；

S5、移动端设备开始锻造区块，根据最新的区块高度和区块链协议生成新区块的区块头，循环处理交易直至区块时间结束，为区块标注概要信息并打上数字签名，广播打造完成的区块至节点，检查完成情况是否已能达成拜占庭一致，完成移动端设备的区块锻造；

所述S1包括如下具体步骤：

S11、检查是否有配置初始节点，如果没有则跳过，如果有则访问该初始节点；

S12、检查是否有历史扫描信息，如果没有则跳过，如果有则获取历史扫描节点信息；

S13、检查是否已有可用节点，如果没有就使用自己的IP作为初始地址，根据自己的IP地址段生成待扫描的IP范围，根据自己的IP地址上一段生成待扫描网段列表，进而根据所述网段进一步生成每一个网段的IP范围，如此重复4次生成所有网段的待扫描IP列表，如果有就使用所述可用节点作为初始地址；

S14、获取当前区块链的扫描协议，取出扫描协议中定义的扫描端口和扫描结果，依次向所述待扫描IP列表的端口发送探测数据，如果没有响应，则这个IP地址无效，如果有响应进而确定响应是否符合区块链协议，如果符合则为有效节点，如果不符合则为无效节点；

S15、依次扫描直到可用节点数超过最小拜占庭数量，取出拥有最大共同高度的节点，向该节点发起查询节点高度的区块信息，比对节点返回的区块信息，如果达成拜占庭一致的节点则为可信节点并进行保存。

2.根据权利要求1所述的一种用于区块链的移动端打块方法，其特征在于，所述S2包括如下具体步骤：

S21、读取本地区块并检查本地区块是否合法，分段提取本地区块特征，从可信节点列表中获取节点，向所述节点发起特征请求，计算出所述节点能达成共识的特征，比对本地特征与节点共识特征，如果不一致，回归本地该段不合法区块，如果一致，本地区块校验通过；

S22、重复循环分段提取区块特征进行校验，直到本地校验结束；

S23、检查本地区块落后网络的情况，如果落后则计算落后的高度，按高度拆分为若干段连续区块，判断可用节点数是否少于分段数，如果不少于分段数时根据分段选择和分段数量一致的区块节点数，少于分段数时按最大整数倍算出需要的节点数；

S24、依次或同时从节点请求该段的区块，将下载后的区块依次进行校验，如果校验通过则存入本地，如果校验不通过则丢弃该区块；

S25、从其他节点重新下载区块，再次检查本地网络落后情况，如果落后则重复S23-S24的步骤，如果已经是最新，则结束循环，开启本地区块监听，如果收到新区块开始校验区块，当校验通过后存入本地，校验不通过则丢弃，继续监听并等待接收新区块。

3.根据权利要求1所述的一种用于区块链的移动端打块方法，其特征在于，所述S3包括如下具体步骤：

S31、检查移动端设备本地CPU和内存，估算所述移动端设备可处理的交易数量，向可信节点下载未处理交易列表；

S32、本地校验未处理交易的合法性，通过提取交易重复性特征，向所述可信节点请求对应交易的重复性特征，获取所述可信节点的返回结果，由此计算能达成拜占庭一致的特征结果，保留本地符合拜占庭一致特征的未处理交易，将不符合拜占庭一致特征的未处理交易丢弃；

S33、开启本地交易监听，等待网络产生新的未处理交易，收到新交易时，重复S32的合法性校验过程，未收到新交易时就继续等待。

4.根据权利要求1所述的一种用于区块链的移动端打块方法，其特征在于，所述S4包括如下具体步骤：

S41、所述移动端设备获取未处理交易列表，提取未处理交易涉及的账户列表；

S42、依次向所述可信节点请求账户信息并获得账户信息，根据拜占庭一致原则计算出能达成拜占庭一致的账户信息并保存该账户信息到本地；

S43、依次循环计算拜占庭一致的账户信息直到所有账户获取完毕；

S44、从所有账户信息中提取总特征，向所述可信节点请求账户总特征，根据拜占庭一致的原则获取能达成一致的总特征；

S45、比对总特征是否与本地一致，如果一致则完成账户同步，如果不一致则清除本地账户信息，重新开始账户同步。

5.根据权利要求1所述的一种用于区块链的移动端打块方法，其特征在于，所述S5包括如下具体步骤：

S51、所述移动端设备开始锻造区块之前，等待本地区块完成同步，等待未处理交易完成同步，等待账户完成同步，等待轮到打块时间；

S52、检查最新的区块高度，提取该高度的区块信息，根据区块链协议在该区块后追加新区块，进而生成该新区块的区块头；

S53、循环依次提取每一笔未处理交易，检查交易类型，根据该交易类型检查交易数据自身合法性和交易数据逻辑合法性，所述交易数据逻辑合法性包括账户余额充足、支付密码合法，根据该交易类型处理该笔交易，进而获取该笔交易的处理结果，将该笔交易的处理结果更新到该账户中并为该笔交易标注处理该交易的区块头信息；

S54、完成每一个交易的处理直至节点自身的区块时间结束，将所有已处理的交易放入区块头中，为区块标注概要信息，所述概要信息包括处理的交易数、收取的手续费，进而为整个区块打上所述节点的数字签名；S55、获取可信节点列表并循环一次提取所述可信节点，将打造完成的区块广播至所述可信节点，记录广播完成情况，检查完成情况是否已能达成拜占庭一致，如果不能，则继续提取下一个可信节点进行广播，如果能，则结束循环，完成移动端区块锻造。

6.一种用于区块链的移动端打块系统，其特征在于，所述系统包括：

节点扫描器：用于解决节点扫描的问题，帮助移动设备获取到当前网络中的节点分布情况，通过获取IP地址列表并向所述IP地址端口发送探测数据，根据探测结果是否符合区块链协议确定有效节点；

数据共识器：用于选出可信节点，帮助移动端设备在不依赖全量数据的情况下找出可信节点，通过节点扫描器确定了有效节点后，依次扫描直到有效节点数超过最小拜占庭数量，取出拥有最大共同高度的节点，向该节点发起查询节点高度的区块信息，比对节点返回的区块信息，如果达成拜占庭一致的节点则为可信节点并进行保存，在确定有效节点的过程包括：

检查是否有配置初始节点，如果没有则跳过，如果有则访问该初始节点；

检查是否有历史扫描信息，如果没有则跳过，如果有则获取历史扫描节点信息；

检查是否已有可用节点，如果没有就使用自己的IP作为初始地址，根据自己的IP地址段生成待扫描的IP范围，根据自己的IP地址上一段生成待扫描网段列表，进而根据所述网段进一步生成每一个网段的IP范围，如此重复4次生成所有网段的待扫描IP列表，如果有就使用所述可用节点作为初始地址；

获取当前区块链的扫描协议，取出扫描协议中定义的扫描端口和扫描结果，依次向所述待扫描IP列表的端口发送探测数据，如果没有响应，则这个IP地址无效，如果有响应进而确定响应是否符合区块链协议，如果符合则为有效节点，如果不符合则为无效节点；

区块同步器：用于在移动端设备中同步区块头，通过数据共识器初步确定可信节点后，移动端设备分段读取并校验本地区块确定合法区块，检查本地区块落后网络情况并获取存在落后高度的区块，重复获取并监听区块动态，直至获取到最新高度区块，进一步验证可信节点是否可信；

交易同步器：用于在移动端获取未处理的交易，通过数据共识器达成共识以及通过区块同步器确定可信节点后，交易同步器根据所述移动端设备可处理交易范围定量接收区块链交易，并通过获取重复性特征计算拜占庭一致的特征结果，保留符合本地特征的未处理交易，丢弃不符合本地特征的未处理交易；

账户同步器：用于在移动端获取当前未处理交易中涉及的账户信息，在完成数据共识、区块同步、交易同步的基础上，所述账户同步器计算拜占庭一致的账户信息和总特征同步账户信息；

区块锻造器：通过处理交易进行区块的锻造，在完成数据共识、区块同步、交易同步、账户同步的基础上，在所述区块锻造时间内检查最新区块高度并提取该高度的区块信息，通过检查交易数据的合法性后处理交易，为该笔交易标注概要信息并签名；

区块广播器：经过区块锻造器锻造后，通过所述区块广播器将锻造后的新区块广播至网络中并记录广播完成情况，检查完成情况是否能达成拜占庭一致，如果能则结束广播，如果不能则继续提取下一个节点进行广播。

7.根据权利要求6所述的一种用于区块链的移动端打块系统，其特征在于，所述节点扫描器包括：

IP分析模块：根据提供的初始扫描起点，以及历史扫描过的结果，初步分析节点大概的位置，并从这个位置所在区域挑选常规出现的IP地址，并进一步的扩散到每一级IP地址；

网络探测模块：根据IP分析模块提供的IP地址列表，一一进行探测，探测采用区块链上原先定义的探测协议，如果探测结果满足该探测协议，则认为该地址是有效地址，并将该地址反馈给IP分析模块，让IP分析模块进一步完善IP分布列表，然后再返回给网络探测模块做进一步的探测，当网络探测模块已经完成了所有IP的探测时，将探测结果返回给后续节点存储模块；

节点存储模块：用于将有效的节点信息进行存储，包括节点的IP地址，当前的高度，连通的速度，节点的繁忙程度，以及附加信息。

8.根据权利要求6所述的一种用于区块链的移动端打块系统，其特征在于，所述数据共识器包括：

高度共识模块：用于为共识做预先准备，所述高度共识模块基于节点扫描器的扫描结果，将其中高度不一的节点选出具有最大公约数且对应节点都包含的高度，然后将所述对应节点单独标记出来；

区块探测模块：用于获取对应节点指定高度的区块信息，包括将获取被标记的节点在该高度下的区块信息，用于为下一步共识做准备；

交易探测模块：用于向对应节点获取同一笔交易的信息，为下一步共识做准备；

账户探测模块：用于向对应节点获取同一个账户的信息，为下一步共识做准备；

共识算法模块：用于根据拜占庭一致原则计算同一批交易数据，将通过高度共识模块获取到的指定高度的区块信息全部进行比较，将其中能达成拜占庭一致的节点标记出来作为可信节点。

9.根据权利要求6所述的一种用于区块链的移动端打块系统，其特征在于，所述区块同步器包括：

本地区块校验模块：如果存在本地区块时，用于校验本地已存在的区块是否正确，将本地区块分段取出，然后与网络中的可信节点进行比对，判断是否能达成拜占庭一致，如果能，说明本地区块正确，没有被修改过，然后依次继续判断，直到所有分段都校验完成；

区块下载模块：用于下载本地缺少的区块，当本地校验过程中发现有缺少的区块，或者校验结束后发现本地区块落后网络，进而从网络中下载缺少的区块，下载区块时从可信节点下载，下载后将校验区块是否和自己本地区块链接起来；

区块监听模块：用于从网络监听最新区块，当本地区块同步到最新后，将开启监听，保证本地区块是实时最新的区块。

10.根据权利要求6所述的一种用于区块链的移动端打块系统，其特征在于，所述交易同步器包括：

交易下载模块：用于下载未处理交易，当本地移动端进入到区块锻造状态时，将从可信节点下载当前还未处理的交易，按最优性价比下载交易，用于移动端设备处理；

交易监听模块：用于监听当前网络中产生的新交易，在本地开始下载未处理交易时，监听模块就会打开，用于获取最新交易；本地校验模块：通过提取未处理交易的重复性特征校验未处理交易的合法性，

服务端校验模块：将本地区块存有的未处理交易进行重复性校验，所述移动端设备将未处理交易编号批量发送给多个可信节点，由可信节点分别返回对应重复性校验结果，确定结果中能达成拜占庭一致的结果并将其作为真正需要进一步处理的未处理交易。

11.根据权利要求6所述的一种用于区块链的移动端打块系统，其特征在于，所述账户同步器包括：

账户准备模块：准备与未处理交易涉及的双方账户信息，并将其存入本地用于保存账户信息的空间；

账户下载模块：用于下载本地需要的账户信息并保存到账户准备模块已经初始出来的存储空间；

账户校验模块：用于将下载的账户信息，在多个节点中进行一致性共识校验，并将多个节点中能达成拜占庭一致的账户信息作为最终的账户信息，对于无法达成拜占庭一致的账户信息将被删除，同时这些被删除的账户所对应的未处理交易也将被丢弃，留到下一轮再处理，或者等到所属账户信息在网络中达成一致时再处理。

12.根据权利要求6所述的一种用于区块链的移动端打块系统，其特征在于，所述区块锻造器包括：

区块头管理模块：根据当前网络的最新高度，生成符合区块链规则的区块头，并将包含本区块的锻造者信息置入区块头中，为生成的区块生成编号；

交易处理模块：用于处理所述交易同步器中准备好的最终未处理交易；

区块打包模块：将处理好的交易依次置入区块头中，并给区块整体标上概要信息以及私钥签名。

13.根据权利要求6所述的一种用于区块链的移动端打块系统，其特征在于，所述区块广播器包括：

广播清单模块：提取节点清单，并整理和记录历史广播情况；

区块发送模块：将所述区块锻造器锻造后的新区块依次发送至所述节点清单上的节点并记录发送结果，发送过程持续至发送结果能在网络中达成一致时终止。

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