CN113326240B - 一种边缘网络中能耗敏感的终端节点的数据共享方法 - Google Patents

一种边缘网络中能耗敏感的终端节点的数据共享方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于区块链的边缘网络中数据共享技术领域，具体涉及一种边缘网络中能耗敏感的终端节点的数据共享方法。本发明通过将传统PoW算法同信誉积分机制进行结合，避免了不必要的算力消耗，解决了边缘网络中进行数据共享时，边缘设备需消耗大量算力并且生成区块速度过低从而导致数据共享效率低的问题。本发明有效地降低了生成区块时间并节省一定的算力，提高了数据共享的效率。

Description

一种边缘网络中能耗敏感的终端节点的数据共享方法
技术领域
本发明属于区块链的边缘网络中数据共享技术领域，具体涉及一种边缘网络中能耗敏感的终端节点的数据共享方法。
背景技术
随着计算机硬软件技术的迅猛发展，应用于边缘网络中的边缘设备已成为生活中必不可少的一部分。而边缘设备中记录的有关于使用者的数据则至关重要。面对大量边缘设备的数据需要进行共享的场景，过多的设备带来了数据共享时存在的数据冗余、数据安全性、数据共享的高效性等诸多问题。而应用传统的数据共享的模式已无法满足海量数据共享的需求。区块链技术特有的可追溯性、不可篡改性、去中心化性，带来了数据共享时隐私性及安全性的保证。
区块链技术中关键的共识机制，解决了在点对点网络中各个节点如何在生成新区块时达成协议这一问题。目前，基于区块链的边缘网络数据共享场景中共识方法多为应用PoW工作量证明(Proof of Work)，PoW以消耗大量算力为代价获取记账权。而边缘网络中的边缘设备算力较低，大多设备无法进行大量算力消耗，而导致生成区块速度过慢，数据共享效率过低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种边缘网络中能耗敏感的终端节点的数据共享方法。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：
步骤1：系统初始化时，数据提供者申请成为共识节点的用户，共识节点向认证节点发送认证请求；认证节点认证成功后，将共识节点的信誉积分和地址上传到区块链中，储存在区块链层中的初始区块中；
步骤2：当用户产生数据共享需求时，将数据共享请求发送至系统中；
步骤3：共识节点监听到需求时，计算自身的信誉阈值，并判断自身的信誉积分是否大于信誉阈值；若共识节点的信誉积分大于信誉阈值，则共识节点成为矿工节点；否则，共识节点成为备选矿工节点；
步骤4：矿工节点根据自身的信誉积分计算自己的挖矿难度值，并根据挖矿难度值进行挖矿；
步骤5：若在Tmax时间段内，矿工节点没有产生新的区块，则停止挖矿，从备选矿工节点中选择节点成为矿工节点，返回步骤4；若在Tmax时间段内，矿工节点产生新的区块，则判定挖矿成功，将新的区块添加到区块链中，挖矿成功的矿工节点者获得信誉积分奖励。
本发明还可以包括：
所述的步骤3中共识节点计算自身的信誉阈值，并判断自身的信誉积分是否大于信誉阈值的方法具体为：
步骤3.1：共识节点通过区块链查询并计算自身已挖区块数
Figure BDA0003127627030000021
若共识节点的/>
Figure BDA0003127627030000022
能将Blockmax整除，则将共识节点的信誉积分/>
Figure BDA0003127627030000023
更新为
Figure BDA0003127627030000024
将更新后的信誉积分同共享数据打包更新至区块链中；
步骤3.2：共识节点在区块链中查询自己及其余共识节点的信誉积分，计算信誉阈值Mlimit；
Figure BDA0003127627030000025
步骤3.3：共识节点判断自身的信誉积分
Figure BDA0003127627030000026
是否大于信誉阈值Mlimit。
所述的步骤4中矿工节点根据挖矿难度值进行挖矿的方法具体为：矿工节点获取当前所持有的区块链中的最后一个区块，将新区块的PreHash设置为当前持有的最后一个区块的哈希值，将新区块的index值设置为当前所持有的最后一个区块的index值+1；矿工节点通过变换Nonce＝Nonce+1进行哈希值碰撞，直至碰撞成功。
本发明的有益效果在于：
本发明解决了边缘网络中进行数据共享时，边缘设备需消耗大量算力并且生成区块速度过低从而导致数据共享效率低的问题。本发明通过将传统PoW算法同信誉积分机制进行结合，避免了不必要的算力消耗。本发明有效地降低了生成区块时间并节省一定的算力，提高了数据共享的效率。
附图说明
图1为本发明中边缘网路数据共享系统的框架图
图2为本发明的流程图。
图3为存储矿工的地址及信誉积分的初始区块的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明涉及一种边缘网络中能耗敏感的终端节点的数据共享方法，特别涉及一种应用于基于区块链的边缘网络中数据共享的共识方法。
本发明的目的是提供边缘网络中能耗敏感的终端节点的数据共享方法。
本发明的目的是这样实现的：
步骤1：系统初始化时，共识节点向认证节点发送请求进行认证。若认证节点认证成功后转到步骤2。
步骤2：将矿工的地址及信誉积分存储在初始区块中。
步骤3：当用户产生数据共享需求时，将数据共享请求发送至区块链网络中。
步骤4：系统中的共识节点监听到请求后计算自己的信誉积分是否符合阈值。符合条件的节点进行步骤5。
步骤5：符合条件的节点为矿工节点，他们根据信誉积分计算自己的挖矿难度值(difnum)进行挖矿转到步骤6，不符合条件的共识节点则变为备选矿工节点。
步骤6：挖矿。
步骤7：若挖矿节点在Tmax时间段内，没有产生新的区块则停止挖矿。令备选矿工成为矿工节点进行新一轮的挖矿，重复步骤6。
步骤8：若挖矿节点在Tmax时间段内，产生新的区块，则将该区块广播至系统中的其余节点。将新的区块添加到区块链中。成功挖矿者获得一定的信誉积分奖励。
本发明针对边缘网络中进行数据共享时，边缘设备需消耗大量算力并且生成区块速度过低从而导致数据共享效率低的问题，提出基于信誉积分的PoW共识算法。通过将传统PoW算法同信誉积分机制进行结合，避免不必要的算力消耗并提高生成区块的速度从而提高数据共享效率。通过实验的对比分析，验证所提出的基于信誉积分的PoW共识算法，与现有技术相比，本发明有效地降低了生成区块时间并节省一定的算力，提高了数据共享的效率。
附图1描述了边缘网络中基于区块链的数据共享框架。该框架说明了系统的层次结构以及每一层所承担的功能。进行数据共享的用户在用户层中将所要共享的数据上传至边缘层，边缘层节点通过本发明提出的共识机制进行共识，共识完成后，将新区块上传至区块链中。
Figure BDA0003127627030000031
diffNum＝Maxd-Mcreditmod Maxd (2)
Figure BDA0003127627030000032
Target＝Nummax/difjNum (4)
当区块链网络监听到新数据需要进行共享的请求时，系统中的共识结点，在区块链中查询自己的信誉积分以及当前生成区块数，并根据公式(3)判断自己所持有的信誉积分是否符合拥有挖矿权的条件，若拥有挖矿权则为挖矿节点。其余节点设置为备选矿工节点。挖矿节点根据公式(2)计算挖矿难度。挖矿节点根据其挖矿难度进行挖矿，在规定时间内，挖矿成功的节点将其生成区块广播至区块链网络中并获得一定的信誉积分奖励。具体步骤如下：
步骤1：系统初始化时，共识节点向认证节点发送请求进行认证。若认证节点认证成功，转为步骤2。
步骤2：将矿工的地址及信誉积分存储在区块链中的初始区块中，具体结构如附图3所示。
步骤3：当用户产生数据共享需求时，将数据共享请求发送至区块链网络中。系统中的共识节点监听到产生区块需求时，进行步骤4。
步骤4：共识节点通过区块链查询并计算该节点已挖块数
Figure BDA0003127627030000041
若该节点
Figure BDA0003127627030000042
能将Blockmax整除，则将该矿工节点信誉积分设为/>
Figure BDA0003127627030000043
2，并将更新后的信誉值同共享数据打包更新至区块链中。共识节点在区块链中查询自己的信誉积分以及其余共识节点的信誉积分。根据公式(3)计算信誉阈值，并判断该共识节点
Figure BDA0003127627030000044
的信誉积分是否大于阈值，超过阈值则符合条件，不超过则不符合条件。
步骤5：符合条件的节点为矿工节点，他们根据信誉积分计算自己的挖矿难度值(diffnum)进行挖矿转到步骤6，不符合条件的共识节点则变为备选矿工节点。
步骤6：根据挖矿难度值进行挖矿。每个矿工获取当前所持有的区块链中的最后一个块，将新区块的PreHash设置为当前持有的最新块的哈希值，以及新区块的index值为当前所持有的最后一个块的index+1。矿工通过变换Nonce＝Nonce+1，进行哈希值碰撞。直至碰撞成功。
步骤7：若在Tmax时间段内，挖矿节点没有产生新的区块，则停止挖矿，另备选矿工进行挖矿，重复步骤6。
步骤8：若在Tmax时间段内，挖矿成功，则将新的区块添加到区块链中。成功挖矿者获得一定的信誉积分奖励。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种边缘网络中能耗敏感的终端节点的数据共享方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：系统初始化时，数据提供者申请成为共识节点的用户，共识节点向认证节点发送认证请求；认证节点认证成功后，将共识节点的信誉积分和地址上传到区块链中，储存在区块链层中的初始区块中；
步骤2：当用户产生数据共享需求时，将数据共享请求发送至系统中；
步骤3：共识节点监听到需求时，计算自身的信誉阈值，并判断自身的信誉积分是否大于信誉阈值；若共识节点的信誉积分大于信誉阈值，则共识节点成为矿工节点；否则，共识节点成为备选矿工节点；
步骤4：矿工节点根据自身的信誉积分计算自己的挖矿难度值，并根据挖矿难度值进行挖矿；
步骤5：若在Tmax时间段内，矿工节点没有产生新的区块，则停止挖矿，从备选矿工节点中选择节点成为矿工节点，返回步骤4；若在Tmax时间段内，矿工节点产生新的区块，则判定挖矿成功，将新的区块添加到区块链中，挖矿成功的矿工节点者获得信誉积分奖励；
所述的步骤3中共识节点计算自身的信誉阈值，并判断自身的信誉积分是否大于信誉阈值的方法具体为：
步骤3.1：共识节点通过区块链查询并计算自身已挖区块数
Figure FDA0003891276440000011
若共识节点的
Figure FDA0003891276440000012
能将Blockmax整除，则将共识节点的信誉积分/>
Figure FDA0003891276440000013
更新为/>
Figure FDA0003891276440000014
将更新后的信誉积分同共享数据打包更新至区块链中；
步骤3.2：共识节点在区块链中查询自己及其余共识节点的信誉积分，计算信誉阈值Mlimit；
Figure FDA0003891276440000015
步骤3.3：共识节点判断自身的信誉积分
Figure FDA0003891276440000016
是否大于信誉阈值Mlimit；
所述的步骤4中矿工节点根据挖矿难度值进行挖矿的方法具体为：矿工节点获取当前所持有的区块链中的最后一个区块，将新区块的PreHash设置为当前持有的最后一个区块的哈希值，将新区块的index值设置为当前所持有的最后一个区块的index值+1；矿工节点通过变换Nonce＝Nonce+1进行哈希值碰撞，直至碰撞成功。
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