CN113256427B - 一种基于联合签名的联盟区块链共识方法及系统 - Google Patents

一种基于联合签名的联盟区块链共识方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于联合签名的联盟区块链共识方法，该方法包括：将交易提案发送至背书节点；背书节点接收交易提案，对交易提案的签名进行验证；对通过验证后的交易提案进行打包、取哈希值、签名，生成第二区块，将第二区块的联合签名请求广播至所有联盟节点；各联盟节点对联合签名请求对应的第二区块的签名进行验证，对验证通过后的第二区块取哈希值、签名生成第三区块，将第三区块发送至背书节点；通过动态码统计背书节点接收到的第三区块的数量，当同一动态码对应的第三区块的数量超过设定阈值时，将第三区块形成上链区块；将上链区块接入区块链末尾，并将上链区块广播至联盟节点进行区块同步。本发明降低算力消耗同时提高区块的生成速度。

Description

一种基于联合签名的联盟区块链共识方法及系统
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，特别是涉及一种基于联合签名的联盟区块链共识方法及系统。
背景技术
区块链是一个信息技术领域的术语。从本质上讲，它是一个共享数据库，存储于其中的数据或信息，具有“不可伪造”“全程留痕”“可以追溯”“公开透明”“集体维护”等特征。基于这些特征，区块链技术奠定了坚实的“信任”基础，创造了可靠的“合作”机制，具有广阔的运用前景。
原有区块链技术，如比特币、以太坊等均是针对公开链，任意节点可以随时加入或离开链系统，这样对消息的真实性要求很高，一般使用工作量证明或权益证明共识算法，这类共识算法有如下几个缺陷，1、如果使用在联盟区块链中，不会充分发挥联盟链中的半信任基础条件；2、共识过程需要消耗大量的电力；3、共识过程需要10分钟才能生成一个区块。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于联合签名的联盟区块链共识方法及系统，降低算力消耗同时提高区块的生成速度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于联合签名的联盟区块链共识方法，包括：
当任一联盟节点产生交易时，将所述交易按照区块体格式进行打包，对打包结果取哈希值，并对哈希值签名生成交易提案，将交易提案作为第一区块发送至背书节点；一个交易具有唯一的动态码；
通过所述背书节点接收所述交易提案，对所述交易提案的签名进行验证；对通过验证后的交易提案按照区块体格式进行打包，对打包结果取哈希值，并对哈希值上添加所述背书节点的签名生成第二区块，将所述第二区块的联合签名请求广播至所有联盟节点；
通过各联盟节点接收所述联合签名请求，对所述联合签名请求对应的所述第二区块的签名进行验证，对验证通过后的所述第二区块取哈希值，对哈希值结果进行签名生成第三区块，将第三区块发送至所述背书节点；
通过动态码统计所述背书节点接收到的第三区块的数量，当同一动态码对应的第三区块的数量超过设定阈值时，对同一动态码对应的第三区块按照区块体格式进行打包，对打包结果取哈希值，并对哈希值签名形成上链区块；
通过所述背书节点将所述上链区块接入区块链末尾，并将所述上链区块广播至所述联盟节点进行区块同步。
可选地，所述区块体格式包括交易信息、交易日志和操作人。
可选地，所述第一区块包括区块体、动态码和生成区块的时间戳。
可选地，所述上链区块包括区块体、动态码、生成区块的时间戳和多个联盟节点的签名信息。
可选地，所述签名采用RSA公钥加密技术。
本发明公开了一种基于联合签名的联盟区块链共识系统，包括：
交易提案生产模块，用于当任一联盟节点产生交易时，将所述交易按照区块体格式进行打包，对打包结果取哈希值，并对哈希值签名生成交易提案，将交易提案作为第一区块发送至背书节点；一个交易具有唯一的动态码；
区块广播模块，用于通过所述背书节点接收所述交易提案，对所述交易提案的签名进行验证；对通过验证后的交易提案按照区块体格式进行打包，对打包结果取哈希值，并对哈希值上添加所述背书节点的签名生成第二区块，将所述第二区块的联合签名请求广播至所有联盟节点；
各联盟节点签名模块，用于通过各联盟节点接收所述联合签名请求，对所述联合签名请求对应的所述第二区块的签名进行验证，对验证通过后的所述第二区块取哈希值，对哈希值结果进行签名生成第三区块，将第三区块发送至所述背书节点；
上链区块确定模块，用于通过动态码统计所述背书节点接收到的第三区块的数量，当同一动态码对应的第三区块的数量超过设定阈值时，对同一动态码对应的第三区块按照区块体格式进行打包，对打包结果取哈希值，并对哈希值签名形成上链区块；
区块同步模块，用于通过所述背书节点将所述上链区块接入区块链末尾，并将所述上链区块广播至所述联盟节点进行区块同步。
可选地，所述区块体格式包括交易信息、交易日志和操作人。
可选地，所述第一区块包括区块体、动态码和生成区块的时间戳。
可选地，所述上链区块包括区块体、动态码、生成区块的时间戳和多个联盟节点的签名信息。
可选地，所述签名采用RSA公钥加密技术。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明针对联盟链中的半信任特点，采用联合签名机制的共识算法来替代工作量证明等算法，实现了不再消耗大量算力就能快速生成区块的过程，提高了区块的生成速度。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种基于联合签名的联盟区块链共识方法流程示意图；
图2为本发明一种基于联合签名的联盟区块链共识系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
本发明的目的是提供一种基于联合签名的联盟区块链共识方法及系统，降低算力消耗同时提高区块的生成速度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明一种基于联合签名的联盟区块链共识方法流程示意图，如图1所示，一种基于联合签名的联盟区块链共识方法包括以下步骤：
步骤101：当任一联盟节点产生交易时，将所述交易按照区块体格式进行打包，对打包结果取哈希值，并对哈希值签名生成交易提案，使用单播式消息将交易提案作为第一区块发送至背书节点；一个交易具有唯一的动态码。
步骤102：通过所述背书节点接收所述交易提案，对所述交易提案的签名进行验证；对通过验证后的交易提案按照区块体格式进行打包，对打包结果取哈希值，并对哈希值上添加所述背书节点的签名生成第二区块，使用广播式消息将所述第二区块的联合签名请求广播至所有联盟节点。
步骤103：通过各联盟节点接收所述联合签名请求，对所述联合签名请求对应的所述第二区块的签名进行验证，对验证通过后的所述第二区块取哈希值，对哈希值结果进行签名生成第三区块，使用单播式消息将第三区块发送至所述背书节点。
步骤104：通过动态码统计所述背书节点接收到的第三区块的数量，当同一动态码对应的第三区块的数量超过设定阈值时，对同一动态码对应的第三区块按照区块体格式进行打包，对打包结果取哈希值，并对哈希值签名形成上链区块。设定阈值为统计的同一动态码对应的第三区块的数量占所有联盟节点总数的设定比值。
步骤105：通过所述背书节点将所述上链区块接入区块链末尾，并将所述上链区块广播至所述联盟节点进行区块同步。
所述区块体格式包括交易信息、交易日志和操作人。
所述第一区块包括区块体、动态码和生成区块的时间戳。
所述上链区块包括区块体、动态码、生成区块的时间戳和多个联盟节点的签名信息。
上述签名采用RSA公钥加密技术。
总体来说，本发明在于通过使用消息传递网络来传递区块消息，使用非对称加密、签名算法实现联盟结点之间的联合签名，最终在区块链联盟节点之间快速达成共识。该方法可由硬件盒子或软件模拟实现，主要有两种节点：背书节点和交易提案节点（联盟节点）；三种模块：消息通信模块、签名请求模块及签名验证模块。当本联盟节点有交易产生时，任一联盟节点通过使用签名请求模块将自身节点签名完成的交易提案区块（第一区块）通过消息传递模块发送至背书节点进行验证和背书，验证通过后，由背书节点进行签名背书并广播至所有联盟结点，由所有联盟节点进行联合签名。当背书节点收集足够比例的联合签名后即认定所有联盟节点承认交易提案区块有效，背书节点将联合签名区块再次签名后进行区块上链，最终将区块同步至其它所有联盟节点。本发明的关键在于以背书节点的两次签名为背书，通过多联盟节点的联合签名来实现区块交易的快速共识。
签名请求模块是负责背书签名或联盟节点联合签名请求工作，物理节点之间的通信主要以消息队列为基础，包括但不限于RocketMq、kafka等消息队列。签名区块的内容是一个区块结构文本，其中包括但不限于区块动态码、生成区块的时间戳和区块体等信息。动态码是一个自动增长的数字，用来唯一标记区块，其作用类似于区块高度。时间戳用来指示生成该区块的时间。
区块体中即包含交易的详尽信息，还包括但不限于交易的日志、结果状态和操作人等具备查证溯源的信息。上链后的区块具有联合签名人的签名认证信息，用于追查溯源。签名为数字签名，数字签名是使用私钥签名技术，对当前节点内容进行哈希运算后的结果进行签名。
签名验证模块负责对签名后区块进行签名验证工作，主要用以验证联盟节点或背书节点的签名真实性。
消息通信模块主要负责在联盟结点间传递各类消息，消息通信模块的工作方式包括广播式消息与单播式消息。
本发明针对联盟链中的半信任特点，采用联合签名机制的共识算法来替代工作量证明等算法，实现了不再消耗大量算力就能快速生成区块的过程，区块的生成速度，完全依赖交易的产生速度与网络速度。
图2为本发明一种基于联合签名的联盟区块链共识系统结构示意图，如图2所示，一种基于联合签名的联盟区块链共识系统包括：
交易提案生产模块201，用于当任一联盟节点产生交易时，将所述交易按照区块体格式进行打包，对打包结果取哈希值，并对哈希值签名生成交易提案，将交易提案作为第一区块发送至背书节点；一个交易具有唯一的动态码；
区块广播模块202，用于通过所述背书节点接收所述交易提案，对所述交易提案的签名进行验证；对通过验证后的交易提案按照区块体格式进行打包，对打包结果取哈希值，并对哈希值上添加所述背书节点的签名生成第二区块，将所述第二区块的联合签名请求广播至所有联盟节点；
各联盟节点签名模块203，用于通过各联盟节点接收所述联合签名请求，对所述联合签名请求对应的所述第二区块的签名进行验证，对验证通过后的所述第二区块取哈希值，对哈希值结果进行签名生成第三区块，将第三区块发送至所述背书节点；
上链区块确定模块204，用于通过动态码统计所述背书节点接收到的第三区块的数量，当同一动态码对应的第三区块的数量超过设定阈值时，对同一动态码对应的第三区块按照区块体格式进行打包，对打包结果取哈希值，并对哈希值签名形成上链区块；
区块同步模块205，用于通过所述背书节点将所述上链区块接入区块链末尾，并将所述上链区块广播至所述联盟节点进行区块同步。
所述区块体格式包括交易信息、交易日志和操作人。
所述第一区块包括区块体、动态码和生成区块的时间戳。
所述上链区块包括区块体、动态码、生成区块的时间戳和多个联盟节点的签名信息。
所述签名采用RSA公钥加密技术。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于联合签名的联盟区块链共识方法，其特征在于，包括：
当任一联盟节点产生交易时，将所述交易按照区块体格式进行打包，对打包结果取哈希值，并对哈希值签名生成交易提案，将交易提案作为第一区块发送至背书节点；一个交易具有唯一的动态码；
通过所述背书节点接收所述交易提案，对所述交易提案的签名进行验证；对通过验证后的交易提案按照区块体格式进行打包，对打包结果取哈希值，并对哈希值上添加所述背书节点的签名生成第二区块，将所述第二区块的联合签名请求广播至所有联盟节点；
通过各联盟节点接收所述联合签名请求，对所述联合签名请求对应的所述第二区块的签名进行验证，对验证通过后的所述第二区块取哈希值，对哈希值结果进行签名生成第三区块，将第三区块发送至所述背书节点；
通过动态码统计所述背书节点接收到的第三区块的数量，当同一动态码对应的第三区块的数量超过设定阈值时，对同一动态码对应的第三区块按照区块体格式进行打包，对打包结果取哈希值，并对哈希值签名形成上链区块；
通过所述背书节点将所述上链区块接入区块链末尾，并将所述上链区块广播至所述联盟节点进行区块同步。
2.根据权利要求1所述的基于联合签名的联盟区块链共识方法，其特征在于，所述区块体格式包括交易信息、交易日志和操作人。
3.根据权利要求1所述的基于联合签名的联盟区块链共识方法，其特征在于，所述第一区块包括区块体、动态码和生成区块的时间戳。
4.根据权利要求1所述的基于联合签名的联盟区块链共识方法，其特征在于，所述上链区块包括区块体、动态码、生成区块的时间戳和多个联盟节点的签名信息。
5.根据权利要求1所述的基于联合签名的联盟区块链共识方法，其特征在于，所述签名采用RSA公钥加密技术。
6.一种基于联合签名的联盟区块链共识系统，其特征在于，包括：
交易提案生产模块，用于当任一联盟节点产生交易时，将所述交易按照区块体格式进行打包，对打包结果取哈希值，并对哈希值签名生成交易提案，将交易提案作为第一区块发送至背书节点；一个交易具有唯一的动态码；
区块广播模块，用于通过所述背书节点接收所述交易提案，对所述交易提案的签名进行验证；对通过验证后的交易提案按照区块体格式进行打包，对打包结果取哈希值，并对哈希值上添加所述背书节点的签名生成第二区块，将所述第二区块的联合签名请求广播至所有联盟节点；
各联盟节点签名模块，用于通过各联盟节点接收所述联合签名请求，对所述联合签名请求对应的所述第二区块的签名进行验证，对验证通过后的所述第二区块取哈希值，对哈希值结果进行签名生成第三区块，将第三区块发送至所述背书节点；
上链区块确定模块，用于通过动态码统计所述背书节点接收到的第三区块的数量，当同一动态码对应的第三区块的数量超过设定阈值时，对同一动态码对应的第三区块按照区块体格式进行打包，对打包结果取哈希值，并对哈希值签名形成上链区块；
区块同步模块，用于通过所述背书节点将所述上链区块接入区块链末尾，并将所述上链区块广播至所述联盟节点进行区块同步。
7.根据权利要求6所述的基于联合签名的联盟区块链共识系统，其特征在于，所述区块体格式包括交易信息、交易日志和操作人。
8.根据权利要求6所述的基于联合签名的联盟区块链共识系统，其特征在于，所述第一区块包括区块体、动态码和生成区块的时间戳。
9.根据权利要求6所述的基于联合签名的联盟区块链共识系统，其特征在于，所述上链区块包括区块体、动态码、生成区块的时间戳和多个联盟节点的签名信息。
10.根据权利要求6所述的基于联合签名的联盟区块链共识系统，其特征在于，所述签名采用RSA公钥加密技术。
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