CN112288415B - 一种用于utxo架构的币龄机制实现方法 - Google Patents

Abstract

本申请示出一种用于UTXO架构的币龄机制实现方法，包括：在任一节点创建一个常规区块，在区块体的交易列表第一交易位置创建一笔币龄交易；通过公开级别的币龄统计函数，统计币龄交易的币龄值并通过输入、输出以及签名算法验证所述区块使用币龄交易的合法性；若所述币龄交易合法，并且该区块的其他检测项合法，则该区块为合法区块；若所述币龄交易不合法，则该区块为不合法区块，丢弃所述不合法区块；若该区块合法，则将该区块确认上链，该区块内的币龄交易同时被确认，所述币龄交易中币龄的使用时间自动归零。本申请可以实现轻量级的币龄统计，支持离线式合法校验，无需创作者确认，可在共识算法中便捷的当成一个共识参数输入，增加币的流动性。

Description

一种用于UTXO架构的币龄机制实现方法

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，特别涉及一种用于UTXO架构的币龄机制实现方法。

背景技术

币龄，即币的年龄。是一种在共识过程中，作为一个可以提高共识出块的概率的输入参数。

在传统的币龄使用中，币龄一般只适用于POS（Proof of stake，权益证明）共识机制，币龄单位以天为单位，而且必须需要一个完善的账户余额体系支持才能发挥效用。

传统的币龄机制是很难直接基于UTXO（Unspent Output Transacition，未花费的交易输出）上进行构建使用的，而传统的基于POS上的币龄，往往会导致出现一些共识上难以解决的问题，包括：（1）很难维护的账户体系：传统的币龄使用依赖于账户余额体系，需要质押代币，一是会导致初始的资金流通分配困难，二是会导致矿工不断地囤积token，不利于网络流通。（2）矿工不断地囤积token，还会造成富者越富的现象，不利于网络的流通性，同时还会造成网络越来越集权，最终出现整个网络的出块权限被少数几个矿工控制的局面。（3）另外在网络中很难甚至无法提供有效的合法检验机制。因为不是每个矿工都愿意与其他矿工分享自己的token存储地址，这样就使得审计异常困难。

发明内容

基于上述问题，本申请的目的在于提供一种用于UTXO架构的币龄机制实现方法，实现轻量级的币龄统计，支持离线式合法校验，无需创作者确认就可以在共识算法中便捷的当成一个共识参数进行输入，增加币的流动性。

本申请示出的一种用于UTXO架构的币龄机制实现方法，所述方法步骤包括：

在任一节点创建一个常规区块，所述区块包括：区块头和区块体，在所述区块体的交易列表第一交易位置创建一笔币龄交易；所述币龄交易包括：输入、输出以及签名算法；

通过公开级别的币龄统计函数，统计所述币龄交易的币龄值并通过输入、输出以及签名算法验证所述区块使用币龄交易的合法性；若所述币龄交易合法，并且该区块的其他检测项合法，则该区块为合法区块； 若所述币龄交易不合法，则该区块为不合法区块，丢弃所述不合法区块；

若该区块合法，则将该区块确认上链，该区块内的币龄交易同时被确认，所述币龄交易中币龄的使用时间自动归零。

优选的，所述创建一笔币龄交易的方法为：

遍历UTXO池，检索出所有可花费的UTXO；

若所述可花费的UTXO中，其时间戳满足第一判断条件，则将所述可花费的UTXO 加入币龄的考虑范围；

将所有满足第一判断条件的UTXO进行封装，通过签名算法进行合法性检查，若合法，则创建一笔币龄交易，将所述币龄交易放至第一交易位置。

优选的，所述币龄值的获取方法为：

遍历所述币龄交易中的所有输入和输出，得到输入值与输出值；

将所述输出值作为最终的值，累加得到汇总值；并计算所述加入币龄考虑范围的UTXO的时间权重；

根据所述时间权重及汇总值计算第一精度级别的币龄；

根据所述第一精度级别的币龄计算第二精度级别的币龄。

优选的，所述币龄交易的输入为若干个；

所述输出包括：第一输出以及第二输出；

所述第一输出设置有第一标准，所述第一标准为判断交易是否为币龄交易的唯一标准；

所述第二输出设置有公钥脚本，用于输出币龄值。

优选的，所述若干个输入的创建方法为：

通过余额提取函数提取所述加入币龄考虑范围的UTXO架构中的余额；

遍历所述余额，将满足第一判断条件的UTXO创建为输入；

将所述若干个输入插入币龄交易中，并设置币龄交易输出值为输入值。

优选的，所述币龄交易还包括：第一检测条件；

所述第一检测条件用于币龄交易的合法性检查，所述第一检测条件为：设置第0个输出的输出值为0，输出脚本为空；设置第二个输出的输出值等于所有输入的值之和减去手续费，输出脚本为自己的公钥脚本。

优选的，所述采用币龄交易检验所述获取的交易币龄过程包括：

创建若干个输入以及两个输出，设置第一检测条件；

根据所述若干个输入、两个输出以及设置的第一检测条件检验交易币龄是否符合检验条件；

若符合，则得到检验合法的交易币龄。

优选的，所述节点满足出块者或验证者的计算公式为：

所述出块者的计算公式为：

；

所述验证者的计算公式为：

；

其中，H为哈希运算，SIG为双椭圆非对称加密函数，i为当前矿工，

为第r轮的随 机种子，coinAge_i ^r为当前矿工在第r轮的币龄值，

为节点i在第r轮所持的Token的数量，

为Token的总量，

为在第r轮时已加入系统的所有节点的公钥集合，所述r为当前区块 链的链高度，r≥0，每个节点在某一时刻的链高度应当永远保持一致，所述s为步数，s≥1。

本申请的有益效果为：

本申请示出的一种用于UTXO架构的币龄机制实现方法，可以实现轻量级的币龄统计，支持离线式合法校验，无需创作者确认，可在共识算法中便捷的当成一个共识参数输入，增加币的流动性。基于UTXO架构上使用的币龄机制，无需账户余额体系支持，不需要质押代币，同时还支持自由调度币龄的数量使用，鼓励创造流通，币龄的使用会产生一定的利息奖励，提高矿工参与的积极性，增加币的流动性，从而鼓励矿工使用而不是囤积token，让网络进入良性流通循环。

附图说明

为了更清楚的说明申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，对于本领域的普通技术人员而言，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为本申请示出的一种用于UTXO架构的币龄机制实现方法具体步骤。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，首先对本申请实施例中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解。

UTXO（Unspent Output Transacition，未花费的交易输出），在UTXO池中，所有的交易从创世交易（创世块诞生时所获得的奖励）开始不断往后延续，构成了一种独特的树状结构，所有合法的交易都可以追溯到前向一个或多个交易的输出，这些树状交易结构上每个节点的源头都可以追溯到创世交易，最尾端的节点交易就是当前未花费的交易输出，每笔交易都有若干交易输入，也就是资金来源，也都有若干笔交易输出，也就是资金去向，一般来说，每一笔交易都要花费至少一笔输入，产生至少一笔输出，而其所产生的输出，就是未花费的交易输出，也就是UTXO。

币龄（CoinAge），在申请中，币龄= 时间权重*币的数量。

时间权重（TimeWeight），在UTXO架构中，时间权重指的是一笔交易的UTXO从创立，到被再次解锁的时间间隔。例如：区块在T1时刻建立，其coinbase交易（创世交易）的时间也大约认为同为T1；经过100个区块高度之后，这个coinbase交易支付给了另一个地址，从而产生了一笔新的交易TX2，时间为T2；那么TX2的时间权重应为TimeWeight_tx2=T₂-T₁。在本申请中，币龄以天为单位，关于此参数的默认值设定，建议适当拉长，一般要求至少1一个月以上，不足一天按1天算。

Token/Coin，Token，指创建了一段时间(time weight of token)之后的UTXO，在币龄中Token也称为coin，本文中单独出现的coin都统一用token进行代替。

币龄有效期，是指币龄在每次使用之后就会自动失效，不能重复使用。

签名算法：本申请中的签名算法使用的是ECDSA签名算法(Elliptic CurveDigital Signature Algorithm，椭圆曲线数字签名算法)，是一种非对称加密算法，该椭圆曲线算法使用的椭圆曲线是secp256k1。该算法会生成一个公私钥对，即输入一个随机数就能生成唯一的一对公钥和私钥；在交易中用公钥来对交易内容进行加密，交易的接收方必须用与公钥匹配的私钥来解密才能使用。该签名算法是目前公认的安全性最高，最流行的签名算法之一。

参阅图1，图1示出了一种用于UTXO架构的币龄机制实现方法，所述方法步骤包括：

S1：在任一节点创建一个常规区块，所述区块包括：区块头和区块体，在所述区块体的交易列表第一交易位置创建一笔币龄交易；所述币龄交易包括：输入、输出以及签名算法。

所述交易列表从第零交易位置开始顺序递增，在第一交易位置创建一笔币龄交易，所述第一交易位置为区块体的vtx[1]位置，若所述第一交易位置所属的区块被延长，该币龄交易内的所述输入币龄自动失效。

所述创建一笔币龄交易的方法为：

遍历UTXO池，检索出所有可花费的UTXO；

若所述可花费的UTXO中，其时间戳满足第一判断条件，则将所述可花费的UTXO 加入币龄的考虑范围；所述第一判断条件为：

tx.nTime + Params().nStakeMinAge ＜ nMinCoinAge；

其中，所述tx.nTime为当前交易的时间，nStakeMinAge为最小币龄阈值，单位为天，币龄至少满足该设定阈值才能参与币龄投票；nMinCoinAge为最小币龄目标时间阈值。

将所有满足第一判断条件的UTXO进行封装，通过签名算法进行合法性检查，若合法，则创建一笔币龄交易，将所述币龄交易放至第一交易位置。

所述币龄交易的输入为若干个；

所述输出包括：第一输出以及第二输出；

所述第一输出设置有第一标准，所述第一标准为判断交易是否为币龄交易的唯一标准；

所述第二输出设置有公钥脚本，用于输出币龄值。

所述若干个输入的创建方法为：

通过余额提取函数提取所述加入币龄考虑范围的UTXO架构中的余额；

遍历所述余额，将满足第一判断条件的UTXO创建为输入；

将所述若干个个输入插入币龄交易中，并设置币龄交易输出值为输入值。

S2：通过公开级别的币龄统计函数，统计所述币龄交易的币龄值并通过输入、输出以及签名算法验证所述区块使用币龄交易的合法性；若所述币龄交易合法，并且该区块的其他检测项合法，则该区块为合法区块； 若所述币龄交易不合法，则该区块为不合法区块，丢弃所述不合法区块；

S3：若该区块合法，则将该区块确认上链，该区块内的币龄交易同时被确认，所述币龄交易中币龄的使用时间自动归零。

所述币龄值的获取方法为：

遍历所述币龄交易中的所有输入和输出，得到输入值与输出值；

将所述输出值作为最终的值，累加得到汇总值；并计算所述加入币龄考虑范围的UTXO的时间权重；

根据所述时间权重及汇总值计算第一精度级别的币龄；

所述时间权重的计算公式为：

TimeWeight_tx= tx.nTime – tx.prevTx.nTime

其中，所述TimeWeight_tx为时间权重_当前交易；tx.nTime为当前交易的时间，tx.prevTx.nTime为当前交易的上一个交易输入的时间。

根据所述时间权重计算第一精度级别的币龄；

所述第一精度级别为：CENT级别，该级别币龄精度的计算公式为：

centCoinAge += arith_uint256（nValueIn）* timeweight_tx/CENT；

其中，所述centCoinAge为CENT精度级别的币龄值，nValueIn为能够参与币龄计算的token数量，arith_uint256为arith_uint256类，可以按照预定规则将32位无符号整数以类似浮点数的方式转换为一个256位无符号整数，TimeWeight_tx为计算币龄的时间权重，由于所述第一精度的币龄是在遍历的交易类中对每个输入的时间权重进行累加，所以公式计算符号采用“+=”。

根据所述第一精度级别的币龄计算第二精度级别的币龄。

所述第二精度级别单位为天，该级别币龄精度的计算公式为：

。

所述币龄交易还包括：第一检测条件；

所述第一检测条件用于币龄交易的合法性检查，所述第一检测条件为：设置第0个输出的输出值为0，输出脚本为空；设置第二个输出的输出值等于所有输入的值之和减去手续费，输出脚本为自己的公钥脚本。

所述采用币龄交易检验所述获取的交易币龄过程包括：

创建若干个输入以及两个输出，设置第一检测条件；

根据所述若干个输入、两个输出以及设置的第一检测条件检验交易币龄是否符合检验条件；

若符合，则得到检验合法的交易币龄。

所述节点满足出块者或验证者的计算公式为：

所述出块者的计算公式为：

；

所述验证者的计算公式为：

；

其中，H为哈希运算，SIG为双椭圆非对称加密函数，i为当前矿工，

为第r轮的随 机种子；coinAge_i ^r为当前矿工在第r轮的币龄值，

为节点i在第r轮所持的Token的数量，

为Token的总量，

为在第r轮时已加入系统的所有节点的公钥集合；

所述r为当前区块链的链高度，r≥0，每个节点在某一时刻的链高度应当永远保持一致。

所述s为步数，s≥1，其中第一步出块，后面步骤为投票；步数s的维护仅限于当前节点自身维护，它不需要跟r一样跟网络的节点时刻保持一致(非强制性要求，每个节点在某一时刻的共识的步数可以不同。步数s是由消息驱动更新的，即根据当前消息池里面的信息，通过其合法性判断当前在那一步中，同时更新自己的s实质数值，并重复此步骤达成一个周而复始的共识循环。

本申请采用内置区块，历史可追踪，稳定可靠，由于有nMinCoinAge阈值的存在，使得每个节点都能做完整的币龄合法性检查，稳定安全，建立的特殊交易仅在当前区块内，只有区块被确认延长了才有效，不设置手续费，所有资金都回到自己手上，不产生实质的成本，对等节点也能够进行有效合法判断。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上结合具体实施例和范例性示例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内，本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种用于UTXO架构的币龄机制实现方法，其特征在于，所述方法步骤包括：

在任一节点创建一个常规区块，所述区块包括：区块头和区块体，在所述区块体的交易列表第一交易位置创建一笔币龄交易；所述币龄交易包括：输入、输出以及签名算法；所述创建一笔币龄交易的方法为：遍历UTXO池，检索出所有可花费的UTXO；若所述可花费的UTXO中，其时间戳满足第一判断条件，则将所述可花费的UTXO加入币龄的考虑范围；将所有满足第一判断条件的UTXO进行封装，通过签名算法进行合法性检查，若合法，则创建一笔币龄交易，将所述币龄交易放至第一交易位置；

通过公开级别的币龄统计函数，统计所述币龄交易的币龄值并通过输入、输出以及签名算法验证所述区块使用币龄交易的合法性；若所述币龄交易合法，并且该区块的其他检测项合法，则该区块为合法区块； 若所述币龄交易不合法，则该区块为不合法区块，丢弃所述不合法区块；

若该区块合法，则将该区块确认上链，该区块内的币龄交易同时被确认，所述币龄交易中币龄的使用时间自动归零。

2.根据权利要求1所述的一种用于UTXO架构的币龄机制实现方法，其特征在于，所述币龄值的获取方法为：

遍历所述币龄交易中的所有输入和输出，得到输入值与输出值；

将所述输出值作为最终的值，累加得到汇总值；并计算所述加入币龄考虑范围的UTXO的时间权重；

根据所述时间权重及汇总值计算第一精度级别的币龄；

根据所述第一精度级别的币龄计算第二精度级别的币龄。

3.根据权利要求1所述的一种用于UTXO架构的币龄机制实现方法，其特征在于，所述币龄交易的输入为若干个；

所述输出包括：第一输出以及第二输出；

所述第一输出设置有第一标准，所述第一标准为判断交易是否为币龄交易的唯一标准；

所述第二输出设置有公钥脚本，用于输出币龄值。

4.根据权利要求3所述的一种用于UTXO架构的币龄机制实现方法，其特征在于，所述若干个输入的创建方法为：

通过余额提取函数提取所述加入币龄考虑范围的UTXO架构中的余额；

遍历所述余额，将满足第一判断条件的UTXO创建为输入；

将所述若干个输入插入币龄交易中，并设置币龄交易输出值为输入值。

5.根据权利要求1所述的一种用于UTXO架构的币龄机制实现方法，其特征在于，所述币龄交易还包括：第一检测条件；

所述第一检测条件用于币龄交易的合法性检查，所述第一检测条件为：设置第0个输出的输出值为0，输出脚本为空；设置第二个输出的输出值等于所有输入的值之和减去手续费，输出脚本为自己的公钥脚本。

6.根据权利要求5所述的一种用于UTXO架构的币龄机制实现方法，其特征在于，所述采用币龄交易检验所述获取的交易币龄过程包括：

创建若干个输入以及两个输出，设置第一检测条件；

根据所述若干个输入、两个输出以及设置的第一检测条件检验交易币龄是否符合检验条件；

若符合，则得到检验合法的交易币龄。

7.根据权利要求1所述的一种用于UTXO架构的币龄机制实现方法，其特征在于，所述节点满足出块者或验证者的计算公式为：

所述出块者的计算公式为：

；

所述验证者的计算公式为：

；

其中，H为哈希运算，SIG为双椭圆非对称加密函数，i为当前矿工，

为第r轮的随机种 子，coinAge_i ^r为当前矿工在第r轮的币龄值，

为节点i在第r轮所持的Token的数量，M为 Token的总量，

为在第r轮时已加入系统的所有节点的公钥集合，所述r为当前区块链的 链高度，r≥0，每个节点在某一时刻的链高度应当永远保持一致，所述s为步数，s≥1。

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