CN111556049A - 一种基于共识节点分组隔离的区块链隐私保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种基于共识节点分组隔离的区块链隐私保护方法，其包括以下步骤：步骤1：根据交易类型或交易功能对交易进行交易分组；步骤2：共识节点根据对交易类型或交易功能的不同权限进行共识节点分组；步骤3：根据共识节点分组在共识节点本地进行交易池分组，并将交易存放在交易池分组中对应的交易池内；步骤4：等待交易达成共识；步骤5：在交易达成共识后，参与交易的共识节点分组内所有共识节点将与交易相关的数据保存在相应的私有账本内，同时将交易序列化后的交易详情保存在相应的公共账本中。本发明通过共识节点分组、交易分组以及交易池分组对隐私信息进行保护，使隐私信息参与共识，避免了不可靠和篡改风险。

Description

一种基于共识节点分组隔离的区块链隐私保护方法
技术领域
本发明涉及信息隐私保护技术领域，特别涉及一种基于共识节点分组隔离的区块链隐私保护方法。
背景技术
在区块链共识网络中，节点通过对交易达成共识的方式，维护全网信息的可靠性，一致性，永久性和不可篡改性。
在公有链中，节点都是默认不可信节点，而且，由于需要所有参与共识的节点对交易信息进行验证，所以节点上的账本信息都是公开数据。这无疑暴露了很多私人信息(包括账户信息，交易记录等等)，并且成为社会工程者的信息搜集来源。在联盟链中，对数据隐私性保护的要求更为迫切，因此参与共识的节点要求是可信节点，但公开的账本和未划分等级的节点服务器仍具有非常大的信息泄露的风险。这种风险诸如：权限低的共识节点读取到了权限高的数据信息；一旦一个节点的服务器被攻击意味着全网的信息会被暴露。
对此，Fabric等一些区块链社区提供了隐私性数据在授权组内部传播方式来解决问题。但是隐私性数据不能经过共识网络的排序服务打包成块，意味着隐私数据是不参与共识的，存在不可靠和篡改风险。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种基于共识节点分组隔离的区块链隐私保护方法，通过共识节点分组、交易分组以及交易池分组对隐私信息进行保护，使隐私信息参与共识，避免了不可靠和篡改风险。
为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
1.一种基于共识节点分组隔离的区块链隐私保护方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤1：根据交易类型或交易功能对交易进行交易分组；
步骤2：共识节点根据对交易类型或交易功能的不同权限进行共识节点分组；
步骤3：每个共识节点分组都存在单独的交易池，根据共识节点分组在共识节点本地进行交易池分组，并将交易存放在交易池分组中对应的交易池内；
步骤4：等待交易达成共识，参与交易的共识节点分组内所有共识节点对交易进行验证，其他共识节点分组内的共识节点不参与验证；
步骤5：共识节点本地都设置有私有账本和公共账本，在交易达成共识后，参与交易的共识节点分组内所有共识节点将与交易相关的数据保存在相应的私有账本内，同时将交易序列化后的交易详情保存在相应的公共账本中。
此外，本发明还包括如下附属技术方案：
所述交易达成共识包括以下步骤：
S1：在参与交易的共识节点分组内任意选取一共识节点作为交易负责人，打包该共识节点本地交易池分组中的一组交易池，并提出与交易相关的智能合约，对所述智能合约在规定次数内进行投票确认有效性；
S2：在规定时间内，等待所述共识节点分组内的共识节点加入成为投票人；
S3：所述投票人在接收到智能合约后，对智能合约中的交易进行确认，若确认则对智能合约中的交易签名，若不确认则不签名；
S4：对验证后的智能合约进行预提交，判断预提交的智能合约是否有效，若有效则将所述智能合约提交到区块链上，若无效则对所述智能合约重新进行投票确认有效性。
判断预提交的智能合约有效的标准包括：
在规定时间内，成为投票人的共识节点数量大于参与交易的共识节点分组内共识节点总数的1/2，且对智能合约中交易签名确认的投票人数量大于投票人总数的1/3。
当判断所述智能合约无效时，需对所述智能合约重新进行投票确认有效性，当对所述智能合约投票次数超出规定次数后，对相应的超时共识节点或提供错误智能合约的交易负责人进行惩罚。
当共识节点被选为交易负责人时，需要从交易池分组内选择一组交易池进行打包，可根据实际应用选择不同的打包策略，所述打包策略包括时间先后策略、利益最大化策略以及优先级策略。
当选择时间先后策略时，比较交易池分组中所有交易池中交易的存入时间，选出存入时间最早的交易所在的交易池进行打包。
当选择利益最大化策略时，先计算交易池分组中每一个交易池中的交易数量或者交易费用总和，选取交易数量最多或者交易费用总和最高的交易池进行打包。
将交易池分组中的交易池按优先级排列，当选取优先级策略时，选取存在交易且优先级最高的交易池进行打包。
所述步骤5还包括：将交易发送到其他共识节点分组内的共识节点，当其他共识节点接收到交易后，对比参与交易的共识节点是否有对交易进行签名，且签名数量是否大于达成共识的条件，完成对交易有效性的验证。
当在共识节点分组内添加其他共识节点时，通过共识节点分组内共识节点的公共账本里保存的对该交易的序列化数据进行解析，在添加的其他共识节点本地生成私有账本，当本地生成的私有账本和该共识节点内的私有账本的版本号一直后，添加的其他共识节点即可参与该共识节点分组内的共识确认过程。
相比于现有技术，本发明优点在于：
通过共识节点分组、交易分组以及交易池分组对隐私信息进行保护，使隐私信息参与共识，避免了不可靠和篡改风险；
共识节点分组、交易分组以及交易池分组在同一条链中完成分组，减小了维护链状态复杂度，避免了多通道之间存在的并发性问题和两条单独链之间交互效率的问题；
共识节点分组后的共识节点按照实际情况选择不同的打包策略，使得优先处理某些交易成为可能。
附图说明
图1是本发明一种基于共识节点分组隔离的区块链隐私保护方法的流程图。
图2是本发明中交易分组、共识节点分组以及交易池分组的示意图。
图3是本发明中共识节点分组内共识节点对交易达成共识的流程图。
图4是本发明中共识节点私有账本和公共账本分布示意图。
图5是本发明中共识节点对交易池分组内交易池打包策略的示意图。
具体实施方式
以下结合较佳实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。
如图1所示，对应于本发明一种较佳实施例的基于共识节点分组隔离的区块链隐私保护方法，其包括以下步骤：
步骤1：根据交易类型或交易功能对交易进行交易分组；
步骤2：共识节点根据对交易类型或交易功能的不同权限进行共识节点分组；
如图2所示，其中，共识节点可属于多个共识节点分组，共识节点分组拥有至少一个共识节点，比如图2中所示，一个共识节点Node1对应一个共识节点分组Group1，一个共识节点Node4对应多个共识节点分组{Group1,Group2，Group3}。交易分组和共识节点分组原则上不一定要一一对应，交易分组可对应一个或多个共识节点分组，比如图2中所示，一个交易分组Tx(Group3)只对应一个共识节点分组Group3，一个交易分组Tx(Group1)对应多个共识节点分组{Group1,Group2}。同理，共识节点分组可对应一个或多个交易分组，比如图2中所示，一个共识节点分组Group1仅对应一个交易分组Tx(Group1)，一个共识节点分组Group2对应多个交易分组{Tx(Group1),Tx(Group2)}，可以选择不同的对应策略以适应实际情况。当交易无分组时，说明该交易所有共识节点都可以处理，当共识节点无分组时，该共识节点只能处理无分组交易，有分组的交易不能处理。
步骤3：每个共识节点分组都存在单独的交易池，根据共识节点分组在共识节点本地进行交易池分组，并将交易存放在交易池分组中对应的交易池内；
其中，共识节点本地至少有一个交易池，根据共识节点分组在共识节点本地进行交易池分组，比如图2所示，一个共识节点Node4对应共识节点分组{Group1,Group2，Group3}，共识节点分组Group1存在交易池Tx pool1，共识节点分组Group2存在交易池Txpool2，共识节点分组Group3存在交易池Tx pool3，那么共识节点Node4对应的交易池分组4包括交易池{Tx pool1，Tx pool2，Tx pool3}。即使共识节点没有分组，其本地也存在一个无分组的交易池。当一个交易分组属于不同共识节点分组时，每一个共识节点本地的交易池都会缓存交易。比如图2所示，交易分组Tx(group1)属于共识节点分组{Group1,Group2}时，共识节点分组Group1对应共识节点{Node1，Node4}，共识节点分组Group2对应共识节点{Node2，Node4}，共识节点分组Group1存在交易池Tx pool1，共识节点分组Group2存在交易池Tx pool2，共识节点Node1对应的交易池分组1包括交易池Tx pool1，共识节点Node2对应的交易池分组2包括交易池Tx pool2，共识节点Node4对应的交易池分组4包括交易池{Txpool1，Tx pool2}，将交易别存放在共识节点Node1的交易池Tx pool1、共识节点Node2的交易池Tx pool2以及共识节点Node4的交易池{Tx pool1，Tx pool2}上。
上述的共识节点分组，交易分组，交易池分组均在同一条链上进行。
步骤4：等待交易达成共识，参与交易的共识节点分组内所有共识节点对交易进行验证，其他共识节点分组内的共识节点不参与验证；
当交易发起时，只有符合该交易分组的共识节点分组内的所有共识节点在接收到交易后，将交易放入共识节点本地交易池，等待交易达成共识，其他不符合的共识节点仅对该交易实现转发功能，并不能将交易保存至本地交易池。
如图3所示，交易达成共识包括以下步骤：
S1：在参与交易的共识节点分组内任意选取一共识节点作为交易负责人，打包该共识节点本地交易池分组中的一组交易池，并提出与交易相关的智能合约，对智能合约在规定次数内进行投票确认有效性；
其中，交易负责人选取过程会根据每个共识节点权益的大小随机分配，权益越大的共识节点，被指定为交易负责人的概率越大。在智能合约提出后，交易负责人对交易和本地的私有账本进行比较，对交易的正确性进行自验证，比如交易需要用到的金额为100元，若交易负责人的本地私有账本内的金额只有1元，则该交易是错误的；若交易负责人的本地私有账本内的金额有200元，那么该交易是正确的。每一个智能合约只能来源于同一个交易分组的交易。
S2：在规定时间内，等待共识节点分组内的共识节点加入成为投票人；
这一过程不允许不属于共识节点分组的共识节点加入，也不允许同一个共识节点多次加入。
S3：投票人在接收到智能合约后，对智能合约中的交易进行确认，若确认则对智能合约中的交易签名，若不确认则不签名，统计签名确认的投票人数量；
S4：对验证后的智能合约进行预提交，判断预提交的智能合约是否有效，若有效则将智能合约提交到区块链上，若无效则对智能合约重新进行投票确认有效性。
判断预提交的智能合约有效的标准包括：
在规定时间内，成为投票人的共识节点数量大于参与交易的共识节点分组内共识节点总数的1/2，且对智能合约中交易签名确认的投票人数量大于投票人总数的1/3。此时则可判断预提交的智能合约为有效的，将该智能合约提交到区块链上，若不满足以上标准，则可判断预提交的智能合约为无效的。
当判断智能合约无效时，需对智能合约重新进行投票确认有效性，即重复步骤S2至步骤S4。每重复一次，投票次数加1，当对智能合约投票次数超出规定次数后，对相应的超时共识节点或提供错误智能合约的交易负责人进行惩罚。
其中，预提交过程并不会直接提交到区块链上，仅仅是作为共识网络中对该智能合约有效性的判断。
步骤5：共识节点本地都设置有私有账本和公共账本(如图4所示)，在交易达成共识后，参与交易的共识节点分组内所有共识节点将与交易相关的数据保存在相应的私有账本内，同时将交易序列化后的交易详情保存在相应的公共账本中。
其中私有账本用于保存交易相关数据，公共账本是整个共识网络的总账本，公共账本包括块状态，交易序列化后的交易详情保存在块状态中。
交易相关数据保存在参与交易的共识节点的私有账本内，该私有账本仅对参与交易的共识节点分组内的共识节点可见，对其他共识节点是隐藏的，保证了在交易达成共识的过程中，对交易相关数据的保护，隐私信息参与共识，保证了对隐私信息的可靠性。
步骤5还包括：
将交易发送到其他共识节点分组内的共识节点，当其他共识节点分组内的共识节点接收到交易后，会验证该交易是否有效，该验证过程不需要对交易进行解析，只需要对比参与交易的共识节点是否有对交易进行签名，且签名数量大于达成共识的条件即可。这一过程不涉及交易解析，并且对于其他共识节点也不提供交易解析的数据接口，所以交易的内容和数据对于其他共识节点是不公开的。验证交易有效后，其他共识节点需将该交易同步到自己公共账本的块状态中。在保护隐私性的同时，其他共识节点保存完整链状态，可以很方便的从链中恢复或者添加新的分组。
当在共识节点分组内添加其他共识节点时，通过共识节点分组内共识节点的公共账本里保存的对该交易的序列化数据进行解析，在添加的其他共识节点本地生成私有账本，当本地生成的私有账本和该共识节点内的私有账本的版本号一直后，添加的其他共识节点即可参与该共识节点分组内的共识确认过程。这样可以避免添加的其他共识节点向共识节点分组内的共识节点索要私有账本，没有经过区块链，获得不安全不可信的数据。
当共识节点分组内的共识节点需要退出分组时，对该退出的共识节点本地的私有账本手动删除，在该共识节点分组在进行下一次交易时，不在添加该退出共识节点。
共识节点本地至少有一个交易池，根据共识节点对应的共识节点分组确认共识节点本地的交易池组成，交易池中缓存有交易，
每个共识节点根据不同的共识节点分组，对拥有的交易池进行交易池分组，交易池分组和共识节点分组是一一对应的。当共识节点被选为交易负责人时，需要从交易池分组内选择一组交易池进行打包，可根据实际应用采用不同的打包策略，打包策略包括时间策略、利益最大化策略以及优先级策略。
为了更好的理解打包策略，以图2中共识节点Node4为例，把共识节点Node4选做交易负责人，如图5所示，交易池Tx pool1属于共识节点分组Group1，交易池Tx pool2属于共识节点分组Group2，交易池Tx pool3属于共识节点分组Group3，共识节点Node4对应的交易池分组4包括交易池{Tx pool1，Tx pool2，Tx pool3}；交易Tx1，交易Tx2到交易Tx12是按照交易存入交易池的时间先后顺序排列，每个交易的费用相等，交易Tx1至交易Tx4存放在交易池Tx pool1，交易池Tx pool1对应优先级Priority3；交易Tx5至交易Tx9存放在交易池Txpool2，交易池Tx pool2对应优先级Priority2；交易Tx10至交易Tx12存放在交易池Txpool3，交易池Tx pool3对应优先级Priority1；其中优先级的序号越小，则优先级越高，也可以存在优先级相同的交易池。
当选择时间先后策略时，比较交易池分组中所有交易池中交易的存入时间，选出存入时间最早的交易所在的交易池进行打包。在上述假设中，交易Tx1的存入时间是最早的，所以应该选取共识节点分组Group1的交易池Tx pool1进行打包，即将交易{Tx1,Tx2,Tx3,Tx4}作为打包交易。
当选择利益最大化策略时，先计算交易池分组中每一个交易池中的交易数量或者交易费用总和，选取交易数量最多或者交易费用总和最高的交易池进行打包。在上述假设中，共识节点分组Group2中的交易数量最多，所以应选取共识节点分组Group2的交易池Txpool2进行打包，即将交易{Tx5,Tx6,Tx7,Tx8,Tx9}作为打包交易。
当选取优先级策略时，选取存在交易且优先级最高的交易池进行打包。在上述假设中，共识节点Group3的交易池Tx pool3对应优先级Priority1最高，所以应选择共识节点Goup3的交易池Tx pool3进行打包，即将交易{Tx10,Tx11,Tx12}作为打包交易。
当仅选取优先级策略时，如果频繁出现少量的优先级高的交易，会阻塞其他优先级低的交易，此时需要选取时间+优先级策略，交易池仍然按照优先级策略选取，但当某个交易池的等待时间超过等待的最大限制时，则可优先考虑选取该交易池。
在共识节点任意打包一个交易池时，都会重新检查交易池中存在的重复交易，并将该重复交易剔除后在进行打包。
本发明的一种基于共识节点分组隔离的区块链隐私保护方法，通过共识节点分组、交易分组以及交易池分组对隐私信息进行保护，使隐私信息参与共识，避免了不可靠和篡改风险；
共识节点分组、交易分组以及交易池分组在同一条链中完成分组，减小了维护链状态复杂度，避免了多通道之间存在的并发性问题和两条单独链之间交互效率的问题；
共识节点分组后的共识节点按照实际情况选择不同的打包策略，使得优先处理某些交易成为可能。
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于共识节点分组隔离的区块链隐私保护方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤1：根据交易类型或交易功能对交易进行交易分组；
步骤2：共识节点根据对交易类型或交易功能的不同权限进行共识节点分组；
步骤3：每个共识节点分组都存在单独的交易池，根据共识节点分组在共识节点本地进行交易池分组，并将交易存放在交易池分组中对应的交易池内；
步骤4：等待交易达成共识，参与交易的共识节点分组内所有共识节点对交易进行验证，其他共识节点分组内的共识节点不参与验证；
步骤5：共识节点本地都设置有私有账本和公共账本，在交易达成共识后，参与交易的共识节点分组内所有共识节点将与交易相关的数据保存在相应的私有账本内，同时将交易序列化后的交易详情保存在相应的公共账本中。
2.按照权利要求1所述基于共识节点分组隔离的区块链隐私保护方法，其特征在于，所述交易达成共识包括以下步骤：
S1：在参与交易的共识节点分组内任意选取一共识节点作为交易负责人，打包该共识节点本地交易池分组中的一组交易池，并提出与交易相关的智能合约，对所述智能合约在规定次数内进行投票确认有效性；
S2：在规定时间内，等待所述共识节点分组内的共识节点加入成为投票人；
S3：所述投票人在接收到智能合约后，对智能合约中的交易进行确认，若确认则对智能合约中的交易签名，若不确认则不签名；
S4：对验证后的智能合约进行预提交，判断预提交的智能合约是否有效，若有效则将所述智能合约提交到区块链上，若无效则对所述智能合约重新进行投票确认有效性。
3.按照权利要求2所述基于共识节点分组隔离的区块链隐私保护方法，其特征在于，判断预提交的智能合约有效的标准包括：
在规定时间内，成为投票人的共识节点数量大于参与交易的共识节点分组内共识节点总数的1/2，且对智能合约中交易签名确认的投票人数量大于投票人总数的1/3。
4.按照权利要求2所述基于共识节点分组隔离的区块链隐私保护方法，其特征在于：当判断所述智能合约无效时，需对所述智能合约重新进行投票确认有效性，当对所述智能合约投票次数超出规定次数后，对相应的超时共识节点或提供错误智能合约的交易负责人进行惩罚。
5.按照权利要求2所述基于共识节点分组隔离的区块链隐私保护方法，其特征在于：当共识节点被选为交易负责人时，需要从交易池分组内选择一组交易池进行打包，可根据实际应用选择不同的打包策略，所述打包策略包括时间先后策略、利益最大化策略以及优先级策略。
6.按照权利要求5所述基于共识节点分组隔离的区块链隐私保护方法，其特征在于：当选择时间先后策略时，比较交易池分组中所有交易池中交易的存入时间，选出存入时间最早的交易所在的交易池进行打包。
7.按照权利要求5所述基于共识节点分组隔离的区块链隐私保护方法，其特征在于：当选择利益最大化策略时，先计算交易池分组中每一个交易池中的交易数量或者交易费用总和，选取交易数量最多或者交易费用总和最高的交易池进行打包。
8.按照权利要求5所述基于共识节点分组隔离的区块链隐私保护方法，其特征在于：将交易池分组中的交易池按优先级排列，当选取优先级策略时，选取存在交易且优先级最高的交易池进行打包。
9.按照权利要求1所述基于共识节点分组隔离的区块链隐私保护方法，其特征在于，所述步骤5还包括：将交易发送到其他共识节点分组内的共识节点，当其他共识节点接收到交易后，对比参与交易的共识节点是否有对交易进行签名，且签名数量是否大于达成共识的条件，完成对交易有效性的验证。
10.按照权利要求1所述基于共识节点分组隔离的区块链隐私保护方法，其特征在于：当在共识节点分组内添加其他共识节点时，通过共识节点分组内共识节点的公共账本里保存的对该交易的序列化数据进行解析，在添加的其他共识节点本地生成私有账本，当本地生成的私有账本和该共识节点内的私有账本的版本号一直后，添加的其他共识节点即可参与该共识节点分组内的共识确认过程。
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