CN111510285B - 一种智能基于随机数的区块链共识方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能基于随机数的区块链共识方法，角色包括代选节点、跟随节点、业务记录节点、底层分片链、上层虚拟链。使用此共识方法，不仅能够在保证不耗费电力算力的基础上，提高跨链操作效率，拥有较高的共识效率，而且降低了区块链系统无法继续工作的概率。

Description

一种智能基于随机数的区块链共识方法
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，涉及一种智能基于随机数的区块链共识方法。
背景技术
现有的区块链共识方法通常需要在共识过程中与大多数节点连接，并获取投票，节点对网体依赖较大，降低系统数据传输效率。
共识算法的目的是在不信任网络中的节点间建立信任，可以在不超过1/3的错误节点的情况下完成共识，保证区块的一致性，且大大提高了共识速度。
在根据节点持币数量选择若干个储备共识节点(随时间和持币数量动态调整名单)后，随机选择其中一部分储备节点作为共识节点。既可以保证节点数量较多安全性高，同时又能够兼顾达成共识的效率。
综上所述，如果能提供一种一种智能基于随机数的区块链共识方法，引入基于可验证随机函数的随机选择共识节点方法和共识，就可以保证共识算法的安全性和一致性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种解决或部分解决上述问题的一种智能基于随机数的区块链共识方法。
为达到上述技术方案的效果，本发明的技术方案包含：
方法一：基于随机数的区块链共识算法方法应用于区块链系统中，区块链系统包括代选节点、跟随节点、业务记录节点、底层分片链、上层虚拟链；底层分片链是由Block区块组成的单链；上层虚拟链是逻辑上更加高层的链，当业务操作需要在多个底层分片链上进行时，就会在逻辑上抽象出上层虚拟链；底层分片链和上层虚拟链上都包括业务记录节点；
方法二：业务记录节点包括代选节点和跟随节点，代选节点用于共识，跟随节点用于接收共识结果并记账；业务记录节点在底层分片链、上层虚拟链上可以有不同的角色，业务记录节点可以单独作为底层分片链的跟随节点，业务记录节点也可以同时作为底层分片链的代选节点与上层虚拟链的跟随节点，业务记录节点还可以作为底层分片链的代选节点与上层虚拟链的代选节点；
方法三：一种智能基于随机数的区块链共识方法生成区块的步骤包括：
步骤S1：新一轮共识之前，用户将业务操作委托给底层分片链上业务记录节点，受到委托的业务记录节点根据业务操作，通过第一随机算法选择M个底层分片链的代选节点作为参与共识的底层分片链上的代选节点，并将业务操作发送给参与共识的底层分片链上的代选节点；第一随机算法由区块链系统确定，写在智能合约中；
步骤S2：底层分片链上的代选节点接收到业务操作后对业务进行验证，并用第二随机算法算出跨分片判断值，如果跨分片判断值大于预设的跨分片阈值，则执行步骤S3，如果跨分片判断值不大于预设的跨分片阈值，则执行步骤S4；第二随机算法、预设的跨分片阈值由区块链系统确定，写在智能合约中；
步骤S3：参与共识的底层分片链上的代选节点在底层分片链上发起共识信号并广播，受到委托的业务记录节点执行投票操作；投票操作的步骤包括：
步骤T3-1：参与共识的底层分片链上的代选节点确定参与次轮投票的底层分片链上的代选节点，得到一组随机数的集合K，K＝(k1,k2,…,kn)；其中，k为公钥地址，k1、k2、kn为参与次轮投票的底层分片链上的代选节点的公钥地址；参与共识的底层分片链上的代选节点将将计算出的区块高度打包，区块高度由业务操作决定；区块高度作为投票时间节点，超过区块高度后再进行的投票将不会被记录；
步骤T3-2：参与共识的底层分片链上的代选节点将投票信息发送给参与次轮投票的底层分片链上的代选节点；投票信息包括区块高度；
步骤T3-3：参与次轮投票的底层分片链上的代选节点接收到投票信息后，用自己的私钥对投票信息进行签名，同时输出投票意向值并将其广播；
步骤T3-4：底层分片链的跟随节点接收投票意向值并用公式一计算有效收敛值并将其广播，
公式一：
Figure BDA0002405161940000031
其中，γ为有效收敛值，取值范围是0～1；β为在区块高度内进行的投票中投支持票的节点数量，χ为在区块高度内进行的投票中投反对票的节点数量，δ为在区块高度内没有投票的节点数量，n为参与投票的节点数量；a为支持系数，b为反对系数，c为弃权系数，述a、b、c的取值范围是1.0～3.0，写在智能合约中；β、χ、δ、n是自然数；
步骤S4：参与共识的底层分片链上的代选节点判断出业务操作是跨分片操作后，根据跨分片操作和合约确定参与共识的上层虚拟链中的代选节点，并将业务操作发送给参与共识的上层虚拟链中的代选节点；
步骤S5：参与共识的上层虚拟链中的代选节点在上层虚拟链上达成共识后，将共识结果发送给上层虚拟链中的普通代选节点，上层虚拟链中的普通代选节点就是上层虚拟链中没有参与共识的跟随节点；
步骤S6：接收到共识结果的上层虚拟链中的普通代选节点，如果也是底层分片链的代选节点，则按照合约将翻译后的共识结果发送给底层分片链中的普通代选节点，底层分片链中的普通代选节点就是底层分片链中除了接收到共识结果的上层虚拟链中的普通代选节点之外的所有的业务记录节点。
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，以下结合实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，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，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本发明的保护范围之内。具体方法如下：
实施例1：本实施例具体说明了区块链的委托共识方法的步骤，如下：
共识算法的角色包括：代选节点、跟随节点、业务记录节点、底层分片链、上层虚拟链；
底层分片链是由Block区块组成的单链；上层虚拟链是逻辑上更加高层的链，当业务操作需要在多个底层分片链上进行时，就会在逻辑上抽象出上层虚拟链；底层分片链和上层虚拟链上都包括业务记录节点；
业务记录节点包括代选节点和跟随节点，代选节点用于共识，跟随节点用于接收共识结果并记账；业务记录节点在底层分片链、上层虚拟链上可以有不同的角色，业务记录节点可以单独作为底层分片链的跟随节点，业务记录节点也可以同时作为底层分片链的代选节点与上层虚拟链的跟随节点，业务记录节点还可以作为底层分片链的代选节点与上层虚拟链的代选节点；
生成区块的步骤包括：
步骤S1：新一轮共识之前，用户将业务操作委托给底层分片链上业务记录节点，受到委托的业务记录节点根据业务操作确定参与共识的底层分片链上的代选节点，并将业务操作发送给参与共识的底层分片链上的代选节点；
步骤S2：底层分片链上的代选节点接收到业务操作后判断业务操作不是跨分片操作；
步骤S3：参与共识的底层分片链上的代选节点在底层分片链上发起共识信号并广播，受到委托的业务记录节点执行投票操作；投票操作的步骤包括：
步骤T3-1：参与共识的底层分片链上的代选节点确定参与次轮投票的底层分片链上的代选节点，得到一组随机数的集合K，K＝(k1,k2,…,kn)；其中，k为公钥地址，k1、k2、kn为参与次轮投票的底层分片链上的代选节点的公钥地址；参与共识的底层分片链上的代选节点将将计算出的区块高度打包，区块高度由业务操作决定；区块高度作为投票时间节点，超过区块高度后再进行的投票将不会被记录；
步骤T3-2：参与共识的底层分片链上的代选节点将投票信息发送给参与次轮投票的底层分片链上的代选节点；投票信息包括区块高度；
步骤T3-3：参与次轮投票的底层分片链上的代选节点接收到投票信息后，用自己的私钥对投票信息进行签名，同时输出投票意向值并将其广播；
步骤T3-4：底层分片链的跟随节点接收投票意向值并用公式一计算有效收敛值并将其广播，
公式一：
Figure BDA0002405161940000051
其中，γ为有效收敛值，取值范围是0～1；β为在区块高度内进行的投票中投支持票的节点数量，χ为在区块高度内进行的投票中投反对票的节点数量，δ为在区块高度内没有投票的节点数量，n为参与投票的节点数量；a为支持系数，b为反对系数，c为弃权系数，述a、b、c的取值范围是1.0～3.0，写在智能合约中；β、χ、δ、n是自然数。
实施例2：本实施例举例说明了区块链的委托共识方法的共识过程，
步骤S1：新一轮共识之前，用户将业务操作委托给底层分片链上业务记录节点，受到委托的业务记录节点根据业务操作确定参与共识的底层分片链上的代选节点，并将业务操作发送给参与共识的底层分片链上的代选节点；
步骤S2：底层分片链上的代选节点接收到业务操作后判断业务操作是否为跨分片操作，跨分片操作是业务中的记录分布在不同的底层分片链上的业务操作；
步骤S4：参与共识的底层分片链上的代选节点判断出业务操作是跨分片操作后，根据跨分片操作和合约确定参与共识的上层虚拟链中的代选节点，并将业务操作发送给参与共识的上层虚拟链中的代选节点；
步骤S5：参与共识的上层虚拟链中的代选节点在上层虚拟链上达成共识后，将共识结果发送给上层虚拟链中的普通代选节点，上层虚拟链中的普通代选节点就是上层虚拟链中没有参与共识的跟随节点；
步骤S6：接收到共识结果的上层虚拟链中的普通代选节点，如果也是底层分片链的代选节点，则按照合约将翻译后的共识结果发送给底层分片链中的普通代选节点，底层分片链中的普通代选节点就是底层分片链中除了接收到共识结果的上层虚拟链中的普通代选节点之外的所有的业务记录节点。
本发明的有益成果为：本发明提供了一种智能基于随机数的区块链共识方法，角色包括代选节点、跟随节点、业务记录节点、底层分片链、上层虚拟链。使用此共识方法，不仅能够在保证不耗费电力算力的基础上，提高跨链操作效率，拥有较高的共识效率，而且降低了区块链系统无法继续工作的概率。
以上所述仅为本发明之较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求保护范围。同时以上说明，对于相关技术领域的技术人员应可以理解及实施，因此其他基于本发明所揭示内容所完成的等同改变，均应包含在本权利要求书的涵盖范围内。
有益成果：本发明提供了一种智能基于随机数的区块链共识方法，角色包括代选节点、跟随节点、业务记录节点、底层分片链、上层虚拟链。使用此共识方法，不仅能够在保证不耗费电力算力的基础上，提高跨链操作效率，拥有较高的共识效率，而且降低了区块链系统无法继续工作的概率。

Claims (1)

1.一种智能基于随机数的区块链共识方法，其特征在于，包含：
步骤一：所述基于随机数的区块链共识方法应用于区块链系统中，所述区块链系统包括代选节点、跟随节点、业务记录节点、底层分片链、和上层虚拟链；所述底层分片链是由Block区块组成的单链；所述上层虚拟链是逻辑上更加高层的链，当业务操作需要在多个所述底层分片链上进行时，就会在逻辑上抽象出所述上层虚拟链；所述底层分片链和所述上层虚拟链上都包括所述业务记录节点；
步骤二：所述业务记录节点包括所述代选节点和所述跟随节点，所述代选节点用于共识，所述跟随节点用于接收共识结果并记账；所述业务记录节点在所述底层分片链、和所述上层虚拟链上能够有不同的角色，所述业务记录节点能够单独作为底层分片链的跟随节点，所述业务记录节点能够同时作为底层分片链的代选节点与上层虚拟链的跟随节点，所述业务记录节点还能够作为所述底层分片链的代选节点与上层虚拟链的代选节点；
步骤三：所述一种智能基于随机数的区块链共识方法生成区块的步骤包括：
分步骤S1：新一轮共识之前，用户将业务操作委托给所述底层分片链上业务记录节点，受到委托的业务记录节点根据所述业务操作，通过第一随机算法选择M个所述底层分片链的代选节点作为参与共识的底层分片链上的代选节点，并将所述业务操作发送给所述参与共识的底层分片链上的代选节点；所述第一随机算法由所述区块链系统确定，写在智能合约中；
分步骤S2：所述参与共识底层分片链上的代选节点接收到所述业务操作后对所述业务进行验证，并用第二随机算法算出跨分片判断值，如果所述跨分片判断值大于预设的跨分片阈值，则执行步骤S3，如果所述跨分片判断值不大于所述预设的跨分片阈值，则执行步骤S4；所述第二随机算法、和所述预设的跨分片阈值由所述区块链系统确定，写在智能合约中；
分步骤S3：所述参与共识的底层分片链上的代选节点在所述底层分片链上发起共识信号并广播，所述受到委托的业务记录节点执行投票操作；所述投票操作的步骤包括：
分步骤T3-1：所述参与共识的底层分片链上的代选节点确定参与次轮投票的底层分片链上的代选节点，得到一组随机数的集合K，K＝(k1,k2,…,kn)；其中，k为公钥地址，k1、k2、kn为所述参与次轮投票的底层分片链上的代选节点的公钥地址；所述参与共识的底层分片链上的代选节点将计算出的区块高度打包，所述区块高度由所述业务操作决定；所述区块高度作为投票时间节点，超过所述区块高度后再进行的投票将不会被记录；
分步骤T3-2：所述参与共识的底层分片链上的代选节点将投票信息发送给所述参与次轮投票的底层分片链上的代选节点；所述投票信息包括所述区块高度；
分步骤T3-3：所述参与次轮投票的底层分片链上的代选节点接收到所述投票信息后，用自己的私钥对所述投票信息进行签名，同时输出投票意向值并将其广播；
分步骤T3-4：所述底层分片链的跟随节点接收所述投票意向值并用公式一计算有效收敛值并将其广播，
公式一：
Figure FDA0003015178660000021
其中，γ为有效收敛值，为实数；β为在区块高度内进行的投票中投支持票的节点数量，χ为在区块高度内进行的投票中投反对票的节点数量，δ为在区块高度内没有投票的节点数量，n为参与投票的节点数量；a为支持系数，为实数，b为反对系数，为实数，c为弃权系数，为实数，都写在智能合约中；β、χ、δ、n是自然数；
分步骤S4：所述参与共识的底层分片链上的代选节点判断出所述业务操作是跨分片操作后，根据所述跨分片操作和智能合约确定参与共识的上层虚拟链中的代选节点，并将所述业务操作发送给所述参与共识的上层虚拟链中的代选节点；
分步骤S5：所述参与共识的上层虚拟链中的代选节点在所述上层虚拟链上达成共识后，将共识结果发送给所述上层虚拟链中的普通代选节点，所述上层虚拟链中的普通代选节点就是所述上层虚拟链中没有参与共识的跟随节点；
分步骤S6：接收到所述共识结果的所述上层虚拟链中的普通代选节点，如果也是所述底层分片链的所述代选节点，则按照智能合约将翻译后的共识结果发送给所述底层分片链中的普通代选节点，所述底层分片链中的普通代选节点就是所述底层分片链中除了接收到所述共识结果的所述上层虚拟链中的普通代选节点之外的所有的所述业务记录节点。
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