CN112422526B - 一种锥体区块链共识系统、方法及网络 - Google Patents

一种锥体区块链共识系统、方法及网络 Download PDF

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Abstract

本发明属于区块链技术领域，具体涉及一种锥体区块链共识系统、方法及网络，包括锥体区块以及锥体区块链，锥体区块包括节点区块、分项单元区块和用户区块，节点区块、分项单元区块和用户区块连接构成锥体区块；同一类别或性质的锥体区块位于同一列；根据所属类别或性质的不同，形成若干列的线形链；不同列的线形链之间相交于总锥体区块中的节点区块，构成锥体区块链结构；节点区块之间达成共识，构成节点区块群；分项单元区块之间达成共识，构成分项单元区块群；用户区块之间达成共识，构成用户区块群；节点区块群、分项单元区块群和用户区块群达成共识。解决现有区块链共识机制资源消耗严重、工作效率低、缺乏公信力和安全性等问题。

Description

一种锥体区块链共识系统、方法及网络
技术领域
本发明属于区块链技术领域，具体涉及一种锥体区块链共识系统、方法及网络。
背景技术
区块链系统是一个分布式信息数据库，各个节点相互竞争，但又通过共识达成数据的一致性和有效性。
区块链的核心结构为区块结构和链式结构，交易信息存储在区块体中，区块头包含产生区块的版本号、前一块区块的哈希值、时间戳、随机数、该区块广播获取交易信息的默克尔根值。区块链的链状结构是通过哈希值来连接的，哈希值的随机不可篡改的特性一定程度上防止了区块里的信息被篡改。
共识机制是区块链技术体系中核心的部分，共识即是网络中所有参与节点就某一信息达成一致性的认知。而共识机制则是为达成共识而设计的一套共识算法，如工作量证明（POW）、权益证明（POS）、股份授权证明（DPOS）、实用拜占庭容错（PBFT）等。区块链POW共识算法存在的问题有：算力竞争的设计导致了集中化的矿池，大量的能源消耗，以及业务处理性能低下；POS的好处是去除了大量的算力竞争，不需要通过不停地发行新币来激励矿工参与算力竞赛，但是，POW的算力竞争设计模式导致了算力越来越向大矿池集中，可能导致大矿池破坏整个网络的行为，导致现有的区块链共识机制缺乏安全性和和公信力。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种锥体区块链共识系统、方法及网络，可以解决现有区块链共识机制存在的资源浪费、工作效率低、缺乏安全性等问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种锥体区块链共识系统，包括锥体区块以及由若干个锥体区块组成的锥体区块链，所述锥体区块包括节点区块、分项单元区块和用户区块，节点区块、分项单元区块和用户区块连接构成锥体区块；节点区块为锥体区块的顶层区块；分项单元区块为锥体区块的中层区块，属于节点区块的分类区块，是节点区块的子区块；用户区块为锥体区块的底层区块；
若干个锥体区块中有一个锥体区块为总锥体区块，其它锥体区块按照所属类别或性质进行划分：同一类别或性质的锥体区块位于同一列，且同一列上各锥体区块中的节点区块连接形成线形链；根据所属类别或性质的不同，形成若干列的线形链；不同列的线形链之间相交于总锥体区块中的节点区块，构成锥体区块链结构；
节点区块之间达成共识，构成节点区块群；分项单元区块之间达成共识，构成分项单元区块群；用户区块之间达成共识，构成用户区块群；节点区块群、分项单元区块群和用户区块群之间达成共识。
节点区块群、分项单元区块群和用户区块群按同列相邻级、同列同层、非列同层、关联级关系的一致性共识算法在各个区块群内部和区块群之间达成共识。
同一条列上的锥形区块按照等级分层并按照关联共识关系形成一个私有链，等级相同的锥形区块在同一层；不同列的线形链按照共识关系形成锥体联盟链。
所述锥体私有链包括各区块的同列同层和同列相邻级的共识，所述私有链的共识无需授权，达成共识存储哈希值；所述锥体联盟链包括非列同层、关联关系的共识，所述联盟链的共识需要授权，达成共识存储哈希值、相关事件内容及地址。
一种锥体区块链节点区块群的共识方法包括：
节点区块通过法人身份认证后，申请注册节点区块编码，通过编码确定节点区块在锥体区块链中所属列和列上的层级；
与本节点区块列所在层级的上级节点区块编码哈希值、管理员哈希值、区块内容达成一致性共识；
与本节点区块列所在层级的下级节点区块编码哈希值、管理员哈希值达成一致性共识；
与本节点区块列所在层级的同列同层节点区块编码哈希值和管理员哈希值达成一致性共识；
与本节点区块列所在层级的非列同层节点区块编码哈希值达成一致性共识；
与本节点区块列所在层级的关联节点区块认证产生的内容，关联节点区块的编码哈希值，管理员哈希值，区块内容达成一致性共识。
一种锥体区块链分项单元区块群的共识方法包括：
节点区块根据业务性质不同设立分项单元区块，分项单元区块编码由节点区块编码和业务性质编号组成，同列同业务性质各层级编号相同，分项单元区块的编码哈希值和管理员哈希值及区块内容，与同列上下级同业务性质的分项单元区块编码哈希值，管理员哈希值，区块内容达成一致性共识；
分项单元区块编码哈希值，管理员哈希值与同列同层同业务性质分项单元区块编码哈希值达成一致性共识；
分项单元区块编码哈希值、管理员哈希值与非列同层的分项单元区块编码哈希值达成一致性共识；
分项单元区块编码哈希值、管理员哈希值与具有关联关系的分项单元区块编码哈希值达成一致性共识。
一种锥体区块链二级单元区块群的共识方法包括：
二级单元区块编码由所属分项单元区块编码和二级单元法人身份认证码经营性质编号组成，哈希值由分项单元区块编码，法人认证编码经营性质编号，二级单元区块地址，服务器标识，随机数，时间戳组成；
二级单元区块编码哈希值与其同列上下级的二级单元区块的编码哈希值达成一致性共识；
二级单元区块内容为认证内容的与认证内容哈希值达成一致性共识。
所述节点区块群、分项单元区块群、二级单元区块群、用户区块群通过各区块哈希值，按照各区块同列上下级、同列同层、非列同层、非列不同层、关联关系达成一致性共识，各区块内容变更、管理员信息变更通过一致性共识存储相应变更信息。
一种锥体区块链共识网络，包括处理器以及与处理器连接的存储器，所述存储器存储有锥体区块链共识算法，所述锥体区块链共识算法通过处理器执行。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：
本发明的锥体区块链的节点区块群、分项单元区块群、用户区块群按同列相邻、同列同层、非列同层、关联级的一致性共识算法在各区块群之间和区块群内部达成共识，通过节点区块、分项单元区块、用户区块信息实时认证和更新信息共识存储，资源消耗少，通过各区块哈希值比对实现一致共识，以及通过数字签名授权认证保证了锥体区块链信息的一致性和安全性，解决了现有区块链共识机制资源消耗严重、工作效率低、缺乏公信力和安全性等问题。
附图说明
图1是本发明区块群之间共识关系图；
图2是本发明节点区块共识结构图；
图3是本发明分项单元区块共识结构图；
图4是本发明二级单元区块共识结构图；
图5是本发明锥体区块链共识关系图；
图6是本发明锥体区块链结构示意图；
图7是本发明锥体区块结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、6、7所示，一种锥体区块链共识系统，包括锥体区块以及由若干个锥体区块组成的锥体区块链，所述锥体区块包括节点区块、分项单元区块和用户区块，节点区块、分项单元区块和用户区块连接构成锥体区块；节点区块为锥体区块的顶层区块；分项单元区块为锥体区块的中层区块，属于节点区块的分类区块，是节点区块的子区块；用户区块为锥体区块的底层区块，属于分项单元区块的分类区块。
若干个锥体区块中有一个锥体区块为总锥体区块，其它锥体区块按照所属类别或性质进行划分：同一类别或性质的锥体区块位于同一列，且同一列上各锥体区块中的节点区块连接形成线形链；根据所属类别或性质的不同，形成若干列的线形链；不同列的线形链之间相交于总锥体区块中的节点区块，构成锥体区块链结构。
节点区块之间达成共识，构成节点区块群；分项单元区块之间达成共识，构成分项单元区块群；用户区块之间达成共识，构成用户区块群；节点区块群、分项单元区块群和用户区块群之间达成共识。
由于达成共识需要的区块不是某几个区块达成共识的区块，所以提出的共识系统是针对区块群之间的共识，和群内部区块之间的共识。
其中构建的共识算法依赖的关系为同列相邻、同列同层、非列同层、关联等关系，即按同列相邻、同列同层、非列同层、关联级关系的一致性共识算法和各类区块群的一致性共识算法达成共识。
锥体区块中的每个子区块是由区块头和区块体组成，其中区块头主要含有区块编码、关联区块哈希值、服务网络地址、服务器标识、时间戳、管理员信息哈希值、区块内容哈希值，区块体含有管理员信息和区块内容。
其中管理员信息包括管理员的注册、更改和注销等；区块内容包括验证内容、关联验证内容、其他区块内容。
用户区块根据自身服务内容，如提供公共平台的，可申请二级单元区块及二级用户区块；用户区块、二级单元区块和二级用户区块之间也属于锥体区块。有些锥体区块也存在没有用户区块，或没有分项单元区块的情况。
同一条列上的锥形区块按照等级分层并按照关联共识关系形成一个私有链，等级相同的锥形区块在同一层；不同列的线形链按照共识关系形成锥体联盟链。
私有链：同一性质的机构，位于锥体区块链的同一列，各个锥体区块按照共识关系形成私有链；联盟链：不同性质的机构，位于锥体区块链的不同列，各个锥体区块按照共识关系形成联盟链；具体的：可按照权属等级（或从属等级）分为不同的层级3-6。
例如：山西省公安，朔州市公安，平鲁区公安之间连接是私有链；山西省公安，山西省民政局，山西省劳动局，等等之间连接是联盟链。
首先节点区块按照节点区块编码在锥体区块链结构中定位，生成各节点区块的创世区块；然后各节点区块分别生成分项单元区块编码，申请注册不同的分项单元区块；分项单元区块生成后，申请用户区块，进一步的，用户区块为法人用户还可向下申请二级单元区块，二级用户区块等。
节点区块编码在锥体区块链中通过申请得到，用来定位节点区块在锥体区块链的位置，分项单元区块编码和用户区块编码嵌套包含节点区块编码，是分项单元区块和用户区块性质和功能的标识。
以国家为例：锥体区块链中节点区块和分项单元区块的编码由主权国家编码数字，国家权属分级形成的编码数字，管理性质划分形成的编码数字组成。
例如：中国总锥体区块编码为86，公安性质编码为A，民政性质编码为B，山西省公安86A03，朔州公安86A0303，平鲁公安86A030301，山西省民政86B03，朔州民政86B0303，平鲁民政86B030301等。
对于上述对于锥体区块以及锥体区块链而言，专利申请号为202010797084.1的一种锥体区块、锥体区块链结构和方法中记载了详细的说明，故在此只做简要说明。
如图2所示，节点区块群的一致性共识方法包括：
节点区块通过法人身份认证后，申请注册节点区块编码，通过编码确定节点区块在锥体区块链中所属列和列上的层级；
与本节点区块列所在层级的上级节点区块编码哈希值、管理员哈希值、区块内容达成一致性共识；
与本节点区块列所在层级的下级节点区块编码哈希值、管理员哈希值达成一致性共识；
与本节点区块列所在层级的同列同层节点区块编码哈希值和管理员哈希值达成一致性共识；
与本节点区块列所在层级的非列同层节点区块编码哈希值达成一致性共识；
与本节点区块列所在层级的关联节点区块认证产生的内容，关联节点区块的编码哈希值，管理员哈希值，区块内容达成一致性共识。
节点区块群为锥体区块链中最主要和原始的群，当锥体区块系统中区块内容变更、管理员信息变更等操作完成之后，节点区块群按同列同层、同列相邻、非列同层、关联级的一致性共识算法存储更新的信息，保证信息的一致，为强一致性共识。
如图3所示，分项单元区块群的一致性共识方法包括：
节点区块根据业务性质不同设立分项单元区块，分项单元区块编码由节点区块编码和业务性质编号组成，同列同业务性质各层级编号相同，分项单元区块的编码哈希值和管理员哈希值及区块内容，与同列上下级同业务性质的分项单元区块编码哈希值，管理员哈希值，区块内容达成一致性共识；
分项单元区块编码哈希值，管理员哈希值与同列同层同业务性质分项单元区块编码哈希值达成一致性共识；
分项单元区块编码哈希值、管理员哈希值与非列同层的分项单元区块编码哈希值达成一致性共识；
分项单元区块编码哈希值、管理员哈希值与具有关联关系的分项单元区块编码哈希值达成一致性共识。
分项单元区块属于节点区块的分类区块，共识方法类似于节点区块，也要保证哈希值比对一致，保证信息更新一致，达成强一致性共识。
如图4所示，二级单元区块群的一致性共识方法包括：
二级单元区块编码由所属分项单元区块编码和二级单元法人身份认证码经营性质编号组成，哈希值由分项单元区块编码，法人认证编码经营性质编号，二级单元区块地址，服务器标识，随机数，时间戳组成；
二级单元区块编码哈希值与其同列上下级的二级单元区块的编码哈希值达成一致性共识；
二级单元区块内容为认证内容的与认证内容哈希值达成一致性共识。
二级单元区块为法人用户区块分支区块，二级单元区块的一致性共识类似于分项单元区块，比对哈希值，达成强一致性共识。
用户区块群的一致性共识方法：
用户区块具体可分为节点区块的用户、分项单元区块的用户和二级单元区块的用户；节点区块的用户区块的共识同节点区块的共识方法，分项单元区块的用户区块共识同分项单元区块的共识方法，二级单元区块的用户区块共识同二级单元区块的共识方法。
用户区块内的微区块与关联微区块编码哈希值，管理员哈希值，区块内容共识一致。
如图5所示，锥体区块链的共识包括私有链的共识和联盟链的共识，包括一条锥体链上同时有私有链和联盟链，则私有链的共识无需授权，存储哈希值，联盟链的共识需要授权，存储哈希值，相关事件内容和地址。在锥体区块链中，同列上下级和同列相邻级的含义相同，非列非层和关联级的含义相同，私有链的共识为主体，联盟链的共识为客体。
例如：山西省公安厅和太原市公安局是同列上下级关系，属于私有链的共识，不需要授权，只需要在相应位置存储共识区块的哈希值，即可达成一致共识；山西省公安厅和太原市民政局是非列不同层关系，属于联盟链的共识，需要授权认证，在相应位置存储共识区块的哈希值，相关联事件的内容和地址，可以达成一致共识。锥体区块链的共识主要是私有链的共识，当需要获取非列非层、非列同层相关联的内容时，才需要联盟链的共识。
假如太原市公安局与太原市民政局达成一致性共识（非列同层的共识），太原市民政局与太原市工商局达成一致共识，则太原市民政局与太原市公安局达成一致共识，太原市公安局与太原市工商局没有达成一致共识，所述的锥体区块链一致性共识算法具有交换性，不具有传递性。
锥体区块链共识网络包括处理器和所述处理器连接的存储器，存储器存储有锥体区块链共识算法，锥体区块链共识算法被所述处理器执行时实现锥体区块链节点区块群、分项单元区块群、用户区块群、二级单元区块群、微区块群在各群内部和群之间的共识方法。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锥体区块链共识系统，其特征在于：包括锥体区块以及由若干个锥体区块组成的锥体区块链，所述锥体区块包括节点区块、分项单元区块和用户区块，节点区块、分项单元区块和用户区块连接构成锥体区块；节点区块为锥体区块的顶层区块；分项单元区块为锥体区块的中层区块，属于节点区块的分类区块，是节点区块的子区块；用户区块为锥体区块的底层区块；
若干个锥体区块中有一个锥体区块为总锥体区块，其它锥体区块按照所属类别或性质进行划分：同一类别或性质的锥体区块位于同一列，且同一列上各锥体区块中的节点区块连接形成线形链；根据所属类别或性质的不同，形成若干列的线形链；不同列的线形链之间相交于总锥体区块中的节点区块，构成锥体区块链结构；
节点区块之间达成共识，构成节点区块群；分项单元区块之间达成共识，构成分项单元区块群；用户区块之间达成共识，构成用户区块群；节点区块群、分项单元区块群和用户区块群之间达成共识；
节点区块群、分项单元区块群和用户区块群按同列相邻级、同列同层、非列同层、关联级关 系的一致性共识算法在各个区块群内部和区块群之间达成共识。
2.根据权利要求1所述的一种锥体区块链共识系统，其特征在于：同一条列上的锥形区块按照等级分层并按照关联共识关系形成一个私有链，等级相同的锥形区块在同一层；不同列的线形链按照共识关系形成锥体联盟链。
3.根据权利要求1或2所述的一种锥体区块链共识系统，其特征在于，所述锥体私有链包括各区块的同列同层和同列相邻级的共识，所述私有链的共识无需授权，达成共识存储哈希值；所述锥体联盟链包括非列同层、关联关系的共识，所述联盟链的共识需要授权，达成共识存储哈希值、相关事件内容及地址。
4.根据权利要求1所述共识系统采用的一种锥体区块链共识方法，其特征在于：
节点区块通过法人身份认证后，申请注册节点区块编码，通过编码确定节点区块在锥体区块链中所属列和列上的层级；
与本节点区块列所在层级的上级节点区块编码哈希值、管理员哈希值、区块内容达成一致性共识；
与本节点区块列所在层级的下级节点区块编码哈希值、管理员哈希值达成一致性共识；
与本节点区块列所在层级的同列同层节点区块编码哈希值和管理员哈希值达成一致性共识；
与本节点区块列所在层级的非列同层节点区块编码哈希值达成一致性共识；
与本节点区块列所在层级的关联节点区块认证产生的内容，关联节点区块的编码哈希值，管理员哈希值，区块内容达成一致性共识。
5.根据权利要求4所述的一种锥体区块链共识方法，其特征在于：
节点区块根据业务性质不同设立分项单元区块，分项单元区块编码由节点区块编码和业务性质编号组成，同列同业务性质各层级编号相同，分项单元区块的编码哈希值和管理员哈希值及区块内容，与同列上下级同业务性质的分项单元区块编码哈希值，管理员哈希值，区块内容达成一致性共识；
分项单元区块编码哈希值，管理员哈希值与同列同层同业务性质分项单元区块编码哈希值达成一致性共识；
分项单元区块编码哈希值、管理员哈希值与非列同层的分项单元区块编码哈希值达成一致性共识；
分项单元区块编码哈希值、管理员哈希值与具有关联关系的分项单元区块编码哈希值达成一致性共识。
6.根据权利要求4所述的一种锥体区块链共识方法，其特征在于：
二级单元区块编码由所属分项单元区块编码和二级单元法人身份认证码经营性质编号组成，哈希值由分项单元区块编码，法人认证编码经营性质编号，二级单元区块地址，服务器标识，随机数，时间戳组成；
二级单元区块编码哈希值与其同列上下级的二级单元区块的编码哈希值达成一致性共识；
二级单元区块内容为认证内容的与认证内容哈希值达成一致性共识。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的一种锥体区块链共识方法，其特征在于，所述节点区块、分项单元区块、二级单元区块、用户区块通过各区块编码，按照同列上下级、同列同层、非列同层、非列不同层、关联关系达成一致性共识，各区块内容变更、管理员信息变更通过一致性共识存储相应变更信息。
8.根据权利要求7所述共识方法采用的一种锥体区块链共识网络，其特征在于，包括处理器以及与处理器连接的存储器，所述存储器存储有锥体区块链共识算法，所述锥体区块链共识算法通过处理器执行。
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