CN111539016B - 分布式计算方法、系统、区块链节点及计算机介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分布式计算方法、系统、区块链节点及计算机介质，包括各区块链节点获取Token投票数，将所述Token投票数作为出块权重；各区块链节点之间协商产生随机数，通过所述随机数计算产生出块权的概率；其中，协商过程每分钟进行一轮，所述随机数计算通过加权可验证密钥分享和拜占庭容错方式进行公平随机计算；本发明将区块链的交易流程转变为分布式计算框架，从而实现对大规模数据进行分布式计算的同时还能有效实现数据的安全共享，确保数据的安全性，防止数据发生泄漏。

Description

分布式计算方法、系统、区块链节点及计算机介质
技术领域
本发明属于区块链分布式计算系统技术领域，具体涉及一种分布式计算方法、系统、区块链节点及计算机介质。
背景技术
区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式，所谓共识机制是区块链系统中实现不同节点之间建立信任、获取权益的数学算法。区块链本质上是一个去中心化的数据库。区块链是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一次区块链网络交易的信息，用于验证其信息的有效性和生成下一个区块。
相关技术中，传统的分布式计算平台是一种支持应用程序在其上分布式执行的底层服务平台。目前的分布式计算平台是不能运行与其他平台的，造成分布式计算平台的执行效率低且数据计算能力有限，除此之外，现有的分布式计算平台的安全性较低，在数据共享功能上安全性较弱，会造成数据泄漏。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种分布式计算方法、系统、区块链节点及计算机介质，以解决现有技术中分布式计算执行效率低且数据计算能力有限的问题。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种分布式计算方法，包括：
各区块链节点获取Token投票数，将所述Token投票数作为出块权重；
各区块链节点之间协商产生随机数，通过所述随机数计算产生出块权的概率；
其中，协商过程每分钟进行一轮，所述随机数计算通过加权可验证密钥分享和拜占庭容错方式进行公平随机计算。
进一步的，所述各区块链节点之间协商产生随机数，通过所述随机数计算产生固定出块权的概率，包括：
各区块链节点将登记信息广播上链，获取协商公钥；
根据登记节点的顺序和权重分配计算序号，所述登记节点根据所述协商公钥创建共同密钥，将秘密分片以所述共同密钥加密后广播；
所述区块链节点将所述秘密分片解密后广播全网；
全网节点接收解密后的分片，并对所述分片进行验证获取有效数据；
对有效数据进行计算。
进一步的，所述各区块链节点将登记信息广播上链，获取协商公钥包括：
各区块链节点利用ECC算法产生一组私钥以及与所述私钥对应的公钥，所述公钥为协商公钥。
进一步的，所述将秘密分片以所述共同密钥加密后广播，包括：
对加密后的秘密分片进行验证，具体包括：
区块链节点将所述秘密分片进行解密；
采用具有共同密钥的另一区块链节点的登记信息对解密后的秘密分片进行校验；
如果验证正确，则证明区块链节点发送了正确秘密分片。
进一步的，所述对有效数据进行计算，包括：
多次对区块链节点的多个秘密分片通过拉格朗日方程重构，获取最终的有效数据；其中，未通过验证的秘密分片被剔除。
进一步的，所述区块链采用树状结构区块链。
进一步的，各区块链节点之间基于智能合约进行信息交互。
本申请实施例提供一种分布式计算系统，包括：
获取模块，用于各区块链节点获取Token投票数，将所述Token投票数作为出块权重；
计算模块，用于各区块链节点之间协商产生随机数，通过所述随机数计算产生出块权的概率；
其中，协商过程每分钟进行一轮，所述随机数计算通过加权可验证密钥分享和拜占庭容错方式进行公平随机计算。
本申请实施例提供一种区块链节点，包括：
至少一个处理器，以及
与所述处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上述任一实施例所述的分布式计算方法。
本申请实施例提供一种计算机介质，所述计算机介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如上述任一实施例所述的分布式计算方法。
本发明采用以上技术方案，能够达到的有益效果包括：
通过各区块链节点获取Token投票数，将所述Token投票数作为出块权重，各区块链节点之间协商产生随机数，通过随机数计算产生出块权的概率，该方法及系统在区块链系统的基础上进行改进，将区块链的交易流程转变为分布式计算框架，从而实现对大规模数据进行分布式计算的同时，还能有效实现数据的安全共享，确保数据的安全性，防止数据发生泄漏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种分布式计算方法的步骤示意图；
图2为本发明一种分布式计算方法的另一种步骤示意图；
图3为本发明一种分布式计算方法的另一种步骤示意图；
图4为本发明一种分布式计算系统的结构示意图；
图5为本发明一种区块链节点的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
下面结合附图介绍本申请实施例中提供的一个具体的分布式计算方法、系统、区块链节点及计算机介质。
如图1所示，本申请实施例中提供的分布式计算方法，包括：
S101，各区块链节点获取Token投票数，将所述Token投票数作为出块权重；
S102，各区块链节点之间协商产生随机数，通过所述随机数计算产生出块权的概率；
其中，协商过程每分钟进行一轮，所述随机数计算通过加权可验证密钥分享和拜占庭容错方式进行公平随机计算。
分布式计算方法的工作原理为：各区块链节点获取Token投票数，将所述Token投票数作为出块权重；各区块链节点之间协商产生随机数，通过所述随机数计算产生出块权的概率；其中，协商过程每分钟进行一轮，所述随机数计算通过加权可验证密钥分享和拜占庭容错方式进行公平随机计算。
一些实施例中，如图2所示，所述协商包括：
S201，各区块链节点将登记信息广播上链，获取协商公钥；
S202，根据登记节点的顺序和权重分配计算序号，所述登记节点根据所述协商公钥创建共同密钥，将秘密分片以所述共同密钥加密后广播；
S203，所述区块链节点将所述秘密分片解密后广播全网；
S204，全网节点接收解密后的分片，并对所述分片进行验证获取有效数据；
S205，对有效数据进行计算，获取出块权的概率。
具体的，在EDPoS机制没有有效建立起来的情况下，当前区块由CPoW共识产生。当EDPoS协商成功完成，就会用随机信标进行掷骰过程，假设EDPoS超级节点i的Token投票为Vi，总的EDPoS投票Vd＝V0+V1+…+Vn，总Token供应量为S。CPoW等效投票为Vwork＝S*(1-Vd/S)^3节点i获得出块权的概率Pi＝Vi/(Vd+Vwork)CPoW获得出块权概率Pwork＝Vwork/(Vd+Vwork)重复上过程，就可以得到确定的出块序列。按照出块序列，对应节点完成当前区块出块，并将解密后的协商最后一步计算过程记录进区块，自证出块合法性。
在经过EDPoS协商，确定的出块系列可以被所有节点一致计算验证，除了指定确定节点进行出块，有一定概率指定CPoW出块。CPoW区块被选中的概率和参与EDPoS协商总Token数量相关；在起始阶段，参与EDPoS节点和Token比较少，共识机制退化为以CPoW为主，当越来越多Token参与到EDPoS过程，CPoW出块几率会迅速降低。
其中，本申请中区块链采用树状结构区块链，树状结构区块链主链数据与应用数据进行了分割处理，以“安全主链+多重应用支链”的树状区块结构来存储系统区块数据。
安全主链主要存储交易与安全共识相关数据；应用方则通过从任意链条进行分叉，生成支链(分叉链)，专门组织和存储与应用业务相关的数据。并且随着交易规模的扩大，支链可以继续建立子级支链。通过这种类似垂直分割的方式，杜绝了传统单链结构中所有交易填充在主链区块的弊端，实现了整体系统的横向拓展。
除此之外，树状结构区块链具有高拓展、高并发、数据快速接入、数据公证以及物联网价值流转平台的特点。其中，高拓展为面对物联网海量的数据交易，通过依托于无限拓展的树状结构来实现整个系统的横向拓展，高并发是应用支链每秒的交易笔数(TPS，Transaction Per Second)能够达到5200笔，并且一笔交易最快2S即可完成链上确认，能够满足物联网下数据交易频繁且低延迟的场景特点。数据快速接入是通过良好的系统设计，为流式数据和持久化数据均提供稳定接口和后端服务使得数据快速上链。数据公证是区块链上存储数据标识及流转记录，数据标识一旦上链就不可更改，可为需求方和提供方提供数据的一致性证明和公证信息。物联网价值流转平台是作为物联网技术底层的基础设施，为物联网上的数据传输与价值流转提供稳定可靠的技术平台。
一些实施例中，所述各区块链节点将登记信息广播上链，获取协商公钥包括：
各区块链节点利用ECC算法产生一组私钥以及与所述私钥对应的公钥，所述公钥为协商公钥。
在每轮协商之前，每个区块链节点需要利用ECC算法产生一组私钥：{a0，a1，…，at-1}，以及对应公钥：{A0，A1，…，At-1}，满足Ai＝aiG，(i＝0，1，…，t-1)。t为重构数据的门限值，根据对有效EDPoS超级节点设定，t最大值为50。
EDPoS超级节点在本轮协商对标区块16个区块之前将登记信息广播上链，包括加密后的多项式系数{A0，A1，…，At-1}，A0作为节点协商公钥。
一些实施例中，如图3所示，所述将秘密分片以所述共同密钥加密后广播，包括：
S301，对加密后的秘密分片进行验证，具体包括：
S302，区块链节点将所述秘密分片进行解密；
S303，采用具有共同密钥的另一区块链节点的登记信息对解密后的秘密分片进行校验；
S304，如果验证正确，则证明区块链节点发送了正确秘密分片。
具体的，分发过程开始时，根据登记节点的顺序和权重分配计算序号，每个节点分配到的计算序号数量计算方法为：
[token vote/(total supply×2％)]
节点i根据其它节点j发布的协商公钥创建共同密钥Kij，将秘密分片sij以Kij加密后广播全网，对应节点j解密后可以用节点i的登记信息对Sij进行校验。其中Sij由下式计算：
Figure BDA0002449474460000071
由于节点i的加密公钥{A0，A1，…，At-1}在登记过程已公布，节点j通过下式进行校验：
Figure BDA0002449474460000072
若上式成立，说明节点i发送了正确秘密分片。
当前一区块广播后，每个节点将通过校验的所有秘密分片广播全网，全网节点在收集到解密的节点分片，也可以通过上面公式进行校验，最终剔除恶意节点数据后将有效数据进行计算。
一些实施例中，所述对有效数据进行计算，包括：
多次对区块链节点的多个秘密分片通过拉格朗日方程重构，获取最终的有效数据；其中，未通过验证的秘密分片被剔除。
优选的，所述对有效数据进行计算采用
加权可验证密钥分享和拜占庭容错方式进行随机计算。
全网节点在收集节点i的t个秘密分片就可通过拉格朗日方程重构{A0，A1，…，At-1}，不能收集到t个通过校验秘密分片的节点会被剔除，不能进入下一阶段计算。重复上述计算过程，最终可获取所有有效节点数据。此过程中，所有可靠节点计算结果将一致，通过组合计算，得到全网一致的随机信标。由于用于计算的数据分别由各区块链节点随机提供，在进行到最后一步计算前，都无法获知其它节点的数据。作弊节点在校验和重构阶段就会被剔除，在不考虑51％攻击的情况下，没有节点可以控制最终计算结果，因此可以认为产生的随机信标具备真随机属性。
优选的，区块链采用树状结构区块链。
优选的，各区块链节点之间基于智能合约进行信息交互。
本申请实施例提供一种分布式计算系统，如图4所示，包括：
获取模块401，用于各区块链节点获取Token投票数，将所述Token投票数作为出块权重；
计算模块402，用于各区块链节点之间协商产生随机数，通过所述随机数计算产生出块权的概率；
其中，协商过程每分钟进行一轮，所述随机数计算通过加权可验证密钥分享(VSS)和拜占庭容错方式进行公平随机计算。
分布式计算系统的工作原理为，获取模块401用于各区块链节点获取Token投票数，将所述Token投票数作为出块权重；计算模块402用于各区块链节点之间协商产生随机数，通过所述随机数计算产生出块权的概率。
本申请实施例提供一种区块链节点，如图5所示，包括：
至少一个处理器，以及
与所述处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上述任一实施例所述的分布式计算方法。
本申请实施例提供一种计算机介质，所述计算机介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如上述任一实施例所述的分布式计算方法。
综上所述，本发明提供一种分布式计算方法、系统、区块链节点及计算机介质，包括各区块链节点获取Token投票数，将所述Token投票数作为出块权重；各区块链节点之间协商产生随机数，通过所述随机数计算产生出块权的概率；其中，协商过程每分钟进行一轮，所述随机数计算通过加权可验证密钥分享和拜占庭容错方式进行公平随机计算；本发明将区块链的交易流程转变为分布式计算框架，从而实现对大规模数据进行分布式计算的同时，还能有效实现数据的安全共享，确保数据的安全性，防止数据发生泄漏。
可以理解的是，上述提供的方法实施例与上述的系统实施例对应，相应的具体内容可以相互参考，在此不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令方法的制造品，该指令方法实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种分布式计算方法，其特征在于，包括：
各区块链节点获取Token投票数，将所述Token投票数作为出块权重；
各区块链节点之间协商产生随机数，通过所述随机数计算产生出块权的概率；
其中，协商过程每分钟进行一轮，所述随机数计算通过加权可验证密钥分享和拜占庭容错方式进行公平随机计算；
所述协商包括：
各区块链节点将登记信息广播上链，获取协商公钥；
根据登记节点的顺序和权重分配计算序号，所述登记节点根据所述协商公钥创建共同密钥，将秘密分片以所述共同密钥加密后广播；
所述区块链节点将所述秘密分片解密后广播全网；
全网节点接收解密后的分片，并对所述分片进行验证获取有效数据；
对有效数据进行计算，获取出块权的概率；
所述将秘密分片以所述共同密钥加密后广播，包括：
对加密后的秘密分片进行验证，具体包括：
区块链节点将所述秘密分片进行解密；
采用具有共同密钥的另一区块链节点的登记信息对解密后的秘密分片进行校验；
如果验证正确，则证明区块链节点发送了正确秘密分片。
2.根据权利要求1所述的分布式计算方法，其特征在于，所述各区块链节点将登记信息广播上链，获取协商公钥，包括：
各区块链节点利用ECC算法产生一组私钥以及与所述私钥对应的公钥，所述公钥为协商公钥。
3.根据权利要求1所述的分布式计算方法，其特征在于，所述对有效数据进行计算，包括：
多次对区块链节点的多个秘密分片通过拉格朗日方程重构，获取最终的有效数据；其中，未通过验证的秘密分片被剔除。
4.根据权利要求1至3任一项所述的分布式计算方法，其特征在于，
区块链采用树状结构区块链。
5.根据权利要求4所述的分布式计算方法，其特征在于，
各区块链节点之间基于智能合约进行信息交互。
6.一种分布式计算系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于各区块链节点获取Token投票数，将所述Token投票数作为出块权重；
计算模块，用于各区块链节点之间协商产生随机数，通过所述随机数计算产生出块权的概率；
其中，协商过程每分钟进行一轮，所述随机数计算通过加权可验证密钥分享和拜占庭容错方式进行公平随机计算；
所述协商包括：
各区块链节点将登记信息广播上链，获取协商公钥；
根据登记节点的顺序和权重分配计算序号，所述登记节点根据所述协商公钥创建共同密钥，将秘密分片以所述共同密钥加密后广播；
所述区块链节点将所述秘密分片解密后广播全网；
全网节点接收解密后的分片，并对所述分片进行验证获取有效数据；
对有效数据进行计算，获取出块权的概率；
所述将秘密分片以所述共同密钥加密后广播，包括：
对加密后的秘密分片进行验证，具体包括：
区块链节点将所述秘密分片进行解密；
采用具有共同密钥的另一区块链节点的登记信息对解密后的秘密分片进行校验；
如果验证正确，则证明区块链节点发送了正确秘密分片。
7.一种区块链节点，其特征在于，包括：
至少一个处理器，以及
与所述处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-5任一项所述的分布式计算方法。
8.一种计算机介质，其特征在于，所述计算机介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1-5任一项所述的分布式计算方法。
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