CN113132378A - 一种区块链节点设备及区块链网络系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种区块链节点设备及区块链网络系统，包括：存储单元、连接单元、核心处理单元和扩展验证单元；存储单元用于存储与本设备必要连接的多个节点设备的信息关联列表、连接信息和账本数据；连接单元用于连接节点设备所在区块链系统中的多个节点设备并进行数据通信；核心处理单元用于设置节点设备的区块链网络，核心处理单元包括数据处理模块、端口模块和交互模块；扩展验证单元用于接收新节点设备的注册和验证新节点设备的合法性，并将与新节点设备连接的连接信息发送给存储单元进行存储，该连接信息可通过连接单元广播给多个节点设备，本发明实现了使区块链节点设备作为一个独立的装置，使用更加灵活且可扩展性强，节约了系统运算资源。

Description

一种区块链节点设备及区块链网络系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及到一种区块链节点设备及区块链网络系统。
背景技术
随着区块链技术的不断成熟，其公开透明和不可篡改的特性受到行业认可，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，即利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式。但目前的区块链系统部署大多采用服务器或云部署，存在移动不灵活且扩展性差以及不能很好的对各节点设备的信任度进行有效评估，存在潜在风险。
综上所述，提供一种使用更加灵活且可扩展性强，节约了系统运算资源且安全性更高的区块链节点设备及区块链网络系统，是本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本方案针对上文提到的问题和需求，提出一种区块链节点设备及区块链网络系统，其由于采取了如下技术方案而能够解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种区块链节点设备及区块链网络系统，包括：存储单元、连接单元、核心处理单元和扩展验证单元；
所述存储单元用于存储与本节点设备必要连接的多个节点设备的信息关联列表、连接信息和账本数据，所述信息关联列表包括区块链系统中注册节点设备的标识和地址，所述账本数据包括区块数据和账户状态数据，所述存储单元包括关联列表、数据存储模块和密钥存储模块；
所述连接单元用于连接本节点设备所在区块链系统中的所述多个节点设备并进行数据通信；
所述核心处理单元用于设置本节点设备的区块链网络，所述核心处理单元包括数据处理模块、端口模块和交互模块，所述数据处理模块用于对数据进行加密运算、完整性验证和区块排序操作，所述交互模块用于提供所述区块链系统的功能界面，以实现用户对所述区块链系统的交互与控制；
所述扩展验证单元用于接收新节点设备的注册以及验证所述新节点设备的合法性，并将与所述新节点设备连接的连接信息发送给所述存储单元进行存储，所述连接信息可通过所述连接单元广播给所述多个节点设备，所述扩展验证单元包括验证请求发送模块和反馈模块。
优选地，还包括节点可信状态评估单元，所述节点可信状态评估单元与所述核心处理单元相连接用于确定所述区块链系统中各节点的可信度，所述节点可信状态评估单元包括获取模块和可信度确定模块，所述获取模块用于获取与当前节点设备连接的各节点设备的运行数据，根据所述运行数据确定各节点设备的可信度，将所述可信度信息通过所述连接单元广播给各节点设备并接收所述区块链系统中与所述各节点设备连接的多个节点设备的可信度消息进而得到所述区块链系统中所有节点设备的可信度信息。
更优选地，所述可信度确定模块采用实时的区块链非关键数据频繁交换的可信度计算方法确定区块链的可信度,具体包括：(1)发起方通过所述核心处理单元进行数据交换，若为关键数据，则根据区块产生的时延，等待处理,若为非关键数据，根据实际问题为置信度函数
Figure BDA0003022964850000031
和时延控制函数
Figure BDA0003022964850000032
设置参数,其中，μ为常数，ΠNi(.t)为所述t前置库所的状态分量的积,τ、δ、ρ为常数，θ为置信度；(2)若接收方拥有发起方以往的数据交换区块，则使用该数据进行历史交易验证，转到(4),否则将广播至区块链网络；(3)若区块链网络内各节点保存了发起方以往的数据交换区块，则使用该数据区块进行历史交易验证，并反馈至当前接收方节点，转至(4),否则根据区块产生的时延，等待处理；(4)根据CF函数和
Figure BDA0003022964850000033
进行信用度评价，得到信用度θ其中，ε＝Amount(q)-αAmount(p),
Figure BDA0003022964850000034
Amount为求和函数，Count为计数函数，α和l为相应的不良数据交换惩罚系数，(5)以θ为输入，通过时延控制函数DC进行控制，若符合非关键数据频繁交换的处理标准，转到(6)，否则根据区块产生的时延，等待处理；(6)进行数据交换的实时处理，并将完成的数据交换广播至区块链网络，同时在当前所有节点中筛选记账节点；(7)记账节点对数据交换进行共识合法性验证，若通过验证则记账节点形成新的区块，否则向发起方的不良数据交换记录集中加入本次交易信息。
更优选地，还包括供电量预估单元，所述供电量预估单元包括电池供电量计算模块和备用电源模块，所述电池供电量计算模块采用基于BP神经网络的电池剩余电量算法，所述备用电源模块包括不间断电源UPS和发电机。
更优选地，所述连接信息包括本节点设备与本节点设备所在区块链系统中的所述多个节点设备的节点标签、相关连接节点设备的访问时间和访问次数、电池容量、存储容量以及CPU性能。
更优选地，所述验证请求发送模块根据所述区块链系统的接入地址向区块链系统接入平台发送接入区块链系统请求，所述请求包括所述区块链节点设备的身份标识，在所述反馈模块接收到所述区块链系统接入平台根据所述身份标识返回的允许接入区块链系统的信息时，加入所述区块链系统。
更优选地，所述核心处理单元还包括软件安装模块，所述软件安装模块用于安装基于所述区块链系统的应用程序，通过所述端口模块设置所述软件安装模块的应用程序访问端口。
更优选地，所述连接单元包括数据接收模块、验证模块和数据发送模块，所述数据接收模块用于接收目标节点设备发送的请求信息和连接应答，所述请求信息包括所述目标节点设备的标识和地址信息，所述验证模块用于比较所述请求信息的源IP地址和所述目标节点设备在加入区块链网络时广播的IP地址是否相同，若相同则当接收到相关数据请求时，将所述请求信息的源IP地址和源端口号发送给相关数据请求方，使得所述相关数据请求方将所述相关数据请求发送给所述目标节点设备，若不相同则确定所述目标节点设备无公网IP地址，并根据所述目标节点设备周期性发送的更新连接信息，确定所述目标节点设备所在的公网IP地址和映射的端口号，所述数据发送模块用于根据所述请求信息的源IP地址和源端口号，向所述目标节点发送连接请求。
更优选地，所述连接单元还包括自动替换模块，所述自动替换模块用于根据所述目标节点设备周期性发送的更新连接信息，更新所述存储单元存储的所述目标节点设备的公网IP地址和映射的端口号。
一种区块链网络系统，包括上述的区块链节点设备。
从上述的技术方案可以看出，本发明的有益效果是：使用更加灵活且可扩展性强，节约了系统运算资源且安全性更高。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，下文中将结合附图对实施本发明的最优实施例进行更详尽的描述，以便能容易地理解本发明的特征和优点。
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，下文将对本发明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，其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。
图1为本发明区块链节点设备的组成示意图。
图2为本发明中可信度计算方法的具体步骤示意图。
图3为本实施例中设备连接过程的具体步骤示意图。
图4为本发明中连接单元的的组成结构示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
本发明提供了一种使用更加灵活且可扩展性强，节约了系统运算资源且安全性更高的区块链节点设备及区块链网络系统。如图1至图4所示，该设备包括：存储单元、连接单元、核心处理单元和扩展验证单元，还包括供电量预估单元及节点可信状态评估单元，所述供电量预估单元包括电池供电量计算模块和备用电源模块，所述电池供电量计算模块采用基于BP神经网络的电池剩余电量算法，所述备用电源模块包括不间断电源UPS和发电机。
所述存储单元用于存储与本节点设备必要连接的多个节点设备的信息关联列表、连接信息和账本数据，所述信息关联列表包括区块链系统中注册节点设备的标识和地址，所述账本数据包括区块数据和账户状态数据，所述存储单元包括关联列表、数据存储模块和密钥存储模块，其中，所述连接信息包括本节点设备与本节点设备所在区块链系统中的所述多个节点设备的节点标签、相关连接节点设备的访问时间和访问次数、电池容量、存储容量以及CPU性能。
所述核心处理单元用于设置节点设备的区块链网络，所述核心处理单元包括数据处理模块、端口模块和交互模块，所述数据处理模块用于对数据进行加密运算、完整性验证和区块排序操作，所述交互模块用于提供所述区块链系统的功能界面，实现用户对所述区块链系统的交互与控制，而所述核心处理单元还包括软件安装模块，所述软件安装模块用于安装基于所述区块链系统的应用程序，通过所述端口模块设置所述软件安装模块的应用程序访问端口。
所述扩展验证单元用于接收新节点设备的注册和验证所述新节点设备的合法性，并将与所述新节点设备连接的连接信息发送给所述存储单元进行存储，所述连接信息可通过所述连接单元广播给所述多个节点设备，所述扩展验证单元包括验证请求发送模块和反馈模块。其中，所述验证请求发送模块根据所述区块链系统的接入地址向区块链系统接入平台发送接入区块链系统请求，所述请求包括所述区块链节点设备的身份标识，在所述反馈模块接收到所述区块链系统接入平台根据所述身份标识返回的允许接入区块链系统的信息时，加入所述区块链系统。
本系统中，节点可信状态评估单元，所述节点可信状态评估单元与所述核心处理单元相连接用于确定所述区块链系统中各节点的可信度，所述节点可信状态评估单元包括获取模块和可信度确定模块，所述获取模块用于获取与当前节点设备连接的各节点设备的运行数据，根据所述运行数据确定各节点设备的可信度，将所述可信度信息通过所述连接单元广播给各节点设备并接收所述区块链系统中与所述各节点设备连接的多个节点设备的可信度消息进而得到所述区块链系统中所有节点设备的可信度信息。
如图2所示，所述可信度确定模块采用实时的区块链非关键数据频繁交换的可信度计算方法确定区块链的可信度,具体包括：(1)发起方通过所述核心处理单元进行数据交换，若为关键数据，则根据区块产生的时延，等待处理,若为非关键数据，根据实际问题为置信度函数
Figure BDA0003022964850000074
和时延控制函数
Figure BDA0003022964850000075
设置参数,其中，μ为常数，ΠNi(.t)为所述t前置库所的状态分量的积,τ、δ、ρ为常数，θ为置信度；(2)若接收方拥有发起方以往的数据交换区块，则使用该数据进行历史交易验证，转到(4),否则将广播至区块链网络；(3)若区块链网络内各节点保存了发起方以往的数据交换区块，则使用该数据区块进行历史交易验证，并反馈至当前接收方节点，转至(4),否则根据区块产生的时延，等待处理；(4)根据CF函数和
Figure BDA0003022964850000071
进行信用度评价，得到信用度θ其中，ε＝Amount(q)-αAmount(p),
Figure BDA0003022964850000072
Figure BDA0003022964850000073
Amount为求和函数，Count为计数函数，α和l为相应的不良数据交换惩罚系数；(5)以θ为输入，通过时延控制函数DC进行控制，若符合非关键数据频繁交换的处理标准，转到(6)，否则根据区块产生的时延，等待处理；(6)进行数据交换的实时处理，并将完成的数据交换广播至区块链网络，同时在当前所有节点中筛选记账节点；(7)记账节点对数据交换进行共识合法性验证，若通过验证则记账节点形成新的区块，否则向发起方的不良数据交换记录集中加入本次交易信息。
本系统中，所述连接单元用于连接节点设备所在区块链系统中的所述多个节点设备并进行数据通信，所述连接单元包括数据接收模块、验证模块和数据发送模块，如图3所示，设备连接过程如下：a.所述数据接收模块接收目标节点设备发送的请求信息和连接应答，所述请求信息包括所述目标节点设备的标识和地址信息；b.所述验证模块比较所述请求信息的源IP地址和所述目标节点设备在加入区块链网络时广播的IP地址是否相同，若相同则当接收到相关数据请求时，将所述请求信息的源IP地址和源端口号发送给相关数据请求方，使得所述相关数据请求方将所述相关数据请求发送给所述目标节点设备；c.若不相同则确定所述目标节点设备无公网IP地址，并根据所述目标节点设备周期性发送的更新连接信息，确定所述目标节点设备所在的公网IP地址和映射的端口号；d.所述数据发送模块根据所述请求信息的源IP地址和源端口号，向所述目标节点发送连接请求。另外，所述连接单元还包括自动替换模块，所述自动替换模块用于根据所述目标节点设备周期性发送的更新连接信息，更新所述存储单元存储的所述目标节点设备的公网IP地址和映射的端口号。相应地公开一种区块链网络系统，包括上述的区块链节点设备。
应当说明的是，本发明所述的实施方式仅仅是实现本发明的优选方式，对属于本发明整体构思，而仅仅是显而易见的改动，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种区块链节点设备，其特征在于，包括：存储单元、连接单元、核心处理单元和扩展验证单元；
所述存储单元用于存储与本节点设备必要连接的多个节点设备的信息关联列表、连接信息和账本数据，所述信息关联列表包括区块链系统中注册节点设备的标识和地址，所述账本数据包括区块数据和账户状态数据，所述存储单元包括关联列表、数据存储模块和密钥存储模块；
所述连接单元用于连接本节点设备所在区块链系统中的所述多个节点设备并进行数据通信；
所述核心处理单元用于设置本节点设备的区块链网络，所述核心处理单元包括数据处理模块、端口模块和交互模块，所述数据处理模块用于对数据进行加密运算、完整性验证和区块排序操作，所述交互模块用于提供所述区块链系统的功能界面，以实现用户对所述区块链系统的交互与控制；
所述扩展验证单元用于接收新节点设备的注册以及验证所述新节点设备的合法性，并将与所述新节点设备连接的连接信息发送给所述存储单元进行存储，所述连接信息可通过所述连接单元广播给所述多个节点设备，所述扩展验证单元包括验证请求发送模块和反馈模块。
2.如权利要求1所述的区块链节点设备，其特征在于，还包括节点可信状态评估单元，所述节点可信状态评估单元与所述核心处理单元相连接用于确定所述区块链系统中各节点的可信度，所述节点可信状态评估单元包括获取模块和可信度确定模块，所述获取模块用于获取与当前节点设备连接的各节点设备的运行数据，根据所述运行数据确定各节点设备的可信度，将所述可信度信息通过所述连接单元广播给各节点设备并接收所述区块链系统中与所述各节点设备连接的多个节点设备的可信度消息进而得到所述区块链系统中所有节点设备的可信度信息。
3.如权利要求2所述的区块链节点设备，其特征在于，所述可信度确定模块采用实时的区块链非关键数据频繁交换的可信度计算方法确定区块链的可信度,具体包括：(1)发起方通过所述核心处理单元进行数据交换，若为关键数据，则根据区块产生的时延，等待处理,若为非关键数据，根据实际问题为置信度函数
Figure FDA0003022964840000021
和时延控制函数
Figure FDA0003022964840000022
设置参数,其中，μ为常数，ΠNi(.t)为所述t前置库所的状态分量的积,τ、δ、ρ为常数，θ为置信度；(2)若接收方拥有发起方以往的数据交换区块，则使用该数据进行历史交易验证，转到(4),否则将广播至区块链网络；(3)若区块链网络内各节点保存了发起方以往的数据交换区块，则使用该数据区块进行历史交易验证，并反馈至当前接收方节点，转至(4),否则根据区块产生的时延，等待处理；(4)根据CF函数和
Figure FDA0003022964840000023
Figure FDA0003022964840000024
进行信用度评价，得到信用度θ其中，ε＝Amount(q)-αAmount(p),
Figure FDA0003022964840000025
Amount为求和函数，Count为计数函数，α和l为相应的不良数据交换惩罚系数；(5)以θ为输入，通过时延控制函数DC进行控制，若符合非关键数据频繁交换的处理标准，转到(6)，否则根据区块产生的时延，等待处理；(6)进行数据交换的实时处理，并将完成的数据交换广播至区块链网络，同时在当前所有节点中筛选记账节点；(7)记账节点对数据交换进行共识合法性验证，若通过验证则记账节点形成新的区块，否则向发起方的不良数据交换记录集中加入本次交易信息。
4.如权利要求3所述的区块链节点设备，其特征在于，还包括供电量预估单元，所述供电量预估单元包括电池供电量计算模块和备用电源模块，所述电池供电量计算模块采用基于BP神经网络的电池剩余电量算法，所述备用电源模块包括不间断电源UPS和发电机。
5.如权利要求4所述的区块链节点设备，其特征在于，所述连接信息包括本节点设备与本节点设备所在区块链系统中的所述多个节点设备的节点标签、相关连接节点设备的访问时间和访问次数、电池容量、存储容量以及CPU性能。
6.如权利要求5所述的区块链节点设备，其特征在于，所述验证请求发送模块根据所述区块链系统的接入地址向区块链系统接入平台发送接入区块链系统请求，所述请求包括所述区块链节点设备的身份标识，在所述反馈模块接收到所述区块链系统接入平台根据所述身份标识返回的允许接入区块链系统的信息时，加入所述区块链系统。
7.如权利要求6所述的区块链节点设备，其特征在于，所述核心处理单元还包括软件安装模块，所述软件安装模块用于安装基于所述区块链系统的应用程序，通过所述端口模块设置所述软件安装模块的应用程序访问端口。
8.如权利要求7所述的区块链节点设备，其特征在于，所述连接单元包括数据接收模块、验证模块和数据发送模块，所述数据接收模块用于接收目标节点设备发送的请求信息和连接应答，所述请求信息包括所述目标节点设备的标识和地址信息，所述验证模块用于比较所述请求信息的源IP地址和所述目标节点设备在加入区块链网络时广播的IP地址是否相同，若相同则当接收到相关数据请求时，将所述请求信息的源IP地址和源端口号发送给相关数据请求方，使得所述相关数据请求方将所述相关数据请求发送给所述目标节点设备，若不相同则确定所述目标节点设备无公网IP地址，并根据所述目标节点设备周期性发送的更新连接信息，确定所述目标节点设备所在的公网IP地址和映射的端口号，所述数据发送模块用于根据所述请求信息的源IP地址和源端口号，向所述目标节点发送连接请求。
9.如权利要求8所述的区块链节点设备，其特征在于，所述连接单元还包括自动替换模块，所述自动替换模块用于根据所述目标节点设备周期性发送的更新连接信息，更新所述存储单元存储的所述目标节点设备的公网IP地址和映射的端口号。
10.一种区块链网络系统，其特征在于，包括权利要求1-9中任一所述的区块链节点设备。
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