CN114466042A

CN114466042A - 一种应用于农产品供应链场景的共识方法

Info

Publication number: CN114466042A
Application number: CN202210085426.6A
Authority: CN
Inventors: 王冠; 白雪
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2022-01-25
Filing date: 2022-01-25
Publication date: 2022-05-10

Abstract

一种应用于农产品供应链场景的共识方法属于区块链技术中的共识机制领域。本发明包括：在农产品种植者就某一批次农产品产生新区块时，投票选举出N名代理节点，并在投票节点中随机选出1/2的节点用来验证区块信息。将新区块设为预提交状态并广播给代理节点进行验证，当有2/3以上代理节点验证新区块信息同意时将新区块改为提交状态并广播给选出的投票节点，当有2/3以上投票节点验证新区块信息同意时将新区块接入区块链上。本发明通过选取部分节点完成共识，提高了共识交易处理的效率，同时仅两次的广播极大程度降低了通讯成本，同时监管节点全共识过程监督记录节点行为并保存在日志文件使得供应链节点对链上信息保持同步。

Description

一种应用于农产品供应链场景的共识方法

技术领域

本发明涉及区块链共识机制领域，具体涉及一种应用于农产品供应链场景的共识方法。

背景技术

农产品是人类日常生活饮食中食物的主要来源，其质量的好坏对人类的生存、发育以及成长有着极其重要的影响。为防止农产品质量问题的发生，切实保障消费者的身体健康，让消费者买到放心、安全的农产品，使农产品的生产、加工以及销售过程中信息的公开化、透明化，提高我国政府质量监管部门的食品安全质量监控的力度，实现农产品从生产配送及销售全供应链的信息化，并完善有关问题食品的召回应急处理机制，建立一个安全可靠的农产品供应链具有十分重要的意义。

传统的农产品供应模式由于交易各方信息不对称、缺乏信任、产品安全追溯难等原因导致农业成本不断上升，农产品销路不畅，农产品的质量安全得不到保障。区块链公开透明、去中心化、不可篡改、可以追溯等特点正好可以有针对性的解决传统农产品供应模式存在的弊端。

共识机制是实现区块链去中心化特性的关键，是区块链的核心技术。目前区块链主流的共识机制包括工作量证明机制PoW、权益证明机制PoS、股权授权机制DPoS和实用拜占庭容错协议PBFT等。中本聪提出的PoW由于巨大的算力消耗和出块时间被诟病，并且只有算力强的节点能打块而普通节点无法真正参与到共识；PoS在一定程度上减少了PoW共识算力和资源的浪费，并且缩短达成共识的时间，但它股份制的币龄机制会造成权益积累贫富差距两极分化的问题，而且没有改变挖矿的本质；实用拜占庭容错共识安全性高，可解决拜占庭问题，具有吞吐量高、交易确认时延抵达秒级等优点，但由于其算法复杂且可支撑的区块链网络规模有限，不适合大规模节点的应用场景；DPoS在PoS上，提出采用投票选举机制，完全摒弃挖矿的做法使得DPoS能够真正实现区块的秒级验证，是目前公认最快、最有效、最实用和最具商业价值的共识机制。但其只有生产区块的代理节点会获得奖励，参与投票的节点在本轮投票中没有任何收益，使得节点参与投票的积极性下降，导致区块链共识效率低下，并由于DPoS以类似董事会投票的方式选举出块者，因此会出现恶意节点通过贿赂手段与投票节点合谋获得出块权的现象。

因此，为了农产品供应链生态更久远的发展考虑，如何有效解决农产品供应链共识过程存在共识过程协调效率底、通讯成本高、供销易脱节等问题越发重要。于是，本方案提出了一种应用于农产品供应链场景的共识方法，着重研究区块链共识过程。

发明内容

本发明旨在提出一种应用于农产品供应链场景的共识方法，施行投票奖励机制，给予投票节点适当奖励，奖励只与节点行为相关，通过两次对共识节点的广播，而非广播给全网节点等操作，从而达到降低通信成本、提高共识处理速度、提高节点参与积极性，还能有效解决节点权益集中和恶意节点作恶成本底的问题，维持农产品供应链的稳定快速运转。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供如下方案：

步骤一：供应链上农产品种植节点产生某作物新区块

步骤1-1：投票选出N名代理节点，监管节点开始监督并记录节点行为，其中N＝1/4M，M是供应链节点总数；

步骤1-2：投票结束后根据节点行为给予参与投票的代理节点、投票节点、监管节点相应收益并由监管节点负责记录，具体详见图4收益分配；

步骤1-3：在投票节点中随机选出X名参与新区块的验证，其中 X＝(M-N)*(1/2)即X＝3/8M；

步骤1-4：将新区块设为预提交状态并广播给代理节点验证；

步骤1-5：当有2/3N以上代理节点通过时新区块第一次验证通过，其中2/3N＝1/6M＝(1/4M)*(2/3)；

步骤1-6：新区块第一次验证结束后根据节点行为给予参与验证的代理节点和监管节点相应收益并由监管节点负责记录，见图4。

步骤1-7：将新区块改为提交状态并广播给选出的投票节点验证；

步骤1-8：当有2/3X以上投票节点通过时新区块第二次验证通过，其中2/3X＝1/4M＝(3/8M)*(2/3)；

步骤1-9：该农作物子链区块头产生；

步骤1-10：新区块第二次验证结束后根据节点行为给予参与验证的投票节点和监管节点相应收益并由监管节点负责记录，见图4。

步骤1-8：根据监管节点的记录结算参与共识的节点收益并写入区块日志中。

步骤二：将该作物子链接入根链

步骤三：物流、加工商、分销商等业务节点相继产生新区块

步骤3-1：投票选出N名代理节点，监管节点开始监督并记录节点行为，其中N＝1/4M，M是供应链节点总数；

步骤3-2：投票结束后根据节点行为给予代理节点、投票节点、监管节点相应收益并由监管节点负责记录，具体详见图4收益分配；

步骤3-3：在投票节点中随机选出X名参与新区块的验证，其中 X＝(M-N)*(1/2)即X＝3/8M；

步骤3-4：将新区块设为预提交状态并广播给代理节点验证；

步骤3-5：当有2/3N以上代理节点通过时新区块第一次验证通过，其中2/3N＝1/6M＝(1/4M)*(2/3)；

步骤3-6：新区块第一次验证结束后根据节点行为给予参与验证的代理节点和监管节点相应收益并由监管节点负责记录，见图4。

步骤3-7：将新区块改为提交状态并广播给选出的投票节点验证；

步骤3-8：当有2/3X以上投票节点通过时新区块第二次验证通过，其中2/3X＝1/4M＝(3/8M)*(2/3)；

步骤3-9：新区块第二次验证结束后根据节点行为给予参与验证的投票节点和监管节点相应收益并由监管节点负责记录，见图4。

步骤3-10：将新区块接入区块子链；

步骤3-11：根据监管节点的记录结算参与共识的节点收益并写入区块日志中。

附图说明

图1是本发明的总体框架图。

图2是本发明的区块子链架构图。

图3是本发明的共识方法原理图。

图4是本发明的节点收益分配&计算图。

具体实施方式

下面结合附图和具体步骤对本发明作进一步详述。

如图1所示，农产品供应链架构预设根链与子链，参考IoTEX项目。根链存储供应链上全部(M个)节点的详细信息、各方交易智能合约的有关供应链的全部信息。本发明的一种应用于农产品供应链场景的共识发生在子链上，每条子链存储同一批次/种类农作物，因农作物有保质期，所以完成溯源追踪后该子链将被压缩移动至其他内存以便供应链内存有效利用。

如图2、3所示，发生在供应链子链上的一种共识方法架构及其工作原理，具体涉及如下步骤：

步骤一：供应链上农产品种植节点产生某作物新区块

步骤1-1：投票选出N名代理节点，监管节点开始监督并记录节点行为，N＝1/4M，M是供应链节点总数；

步骤1-2：投票结束后根据节点行为给予代理节点、投票节点、监管节点相应收益并由监管节点负责记录，具体详见图4收益分配；

步骤1-3：在投票投票节点中随机选出1/2名即(1-1/4)*(1/2)＝3/8M 名参与共识验证；

步骤1-4：将新区块设为预提交状态并广播给代理节点验证；

步骤1-5：当有2/3以上验证节点通过时新区块第一次验证通过；

步骤1-6：新区块第一次验证结束后根据节点行为给予参与验证的代理节点和监管节点相应收益并由监管节点负责记录。

步骤1-8：当有2/3以上投票节点通过时新区块第二次验证通过；

步骤1-9：该农作物子链区块头产生；

步骤1-10：新区块第二次验证结束后根据节点行为给予参与验证的投票节点和监管节点相应收益并由监管节点负责记录。

步骤二：将该作物子链接入根链。

步骤三：物流、加工商、分销商等业务节点相继产生新区块进行共识，按图3中本发明的共识方法新区块共识验证通过后接入上述子链，以时间先后顺序排列。

1.如图4所示，清算节点收益的算法为I_代＝TRi+TPi，i＝1，2；I_余＝ORk+OPk， k＝1，2；I_监＝WRu+WPu，u＝1，2，3；其中I表示节点收益，TRi、TPi分别表示代理节点所获奖励、惩罚，ORk、OPk分别表示投票节点所获奖励、惩罚，WRu、WPu 分别表示监管节点所获奖励、惩罚，且同一环节的奖惩互斥。监管节点比代理节点和其余节点多一次收益是因为代理节点参与的环节是投票和区块第一次验证，投票节点参与的是投票和区块第二轮验证，而监管节点在投票环节、两轮验证环节都有参与。

(1)本发明方法中的节点的奖惩只与节点的行为相关，而与节点既往累积的权益无关，此种方式可有效提高节点参与的积极性；同时参与共识环节的节点都会有奖惩，而不是以往共识机制中少数节点获得奖励，从而避免节点权益累积造成两极分化现象；

(2)本发明方法中只进行两次广播消息，并且只广播给部分参与共识(即 N+X＝5/8M)的节点，有效降低了共识通讯成本，极大提高了共识交易处理的速度；

(3)本发明方法中监管节点全共识过程监督并记录节点行为并保存在日志文件使得供应链节点能够对链上信息保持同步，有效解决了供应链上交易各方信息不对称、缺乏信任的难题。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下作出的任何修改、等同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种应用于农产品供应链场景的共识方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)当新区块产生时，投票选举出N名代理节点，监管节点开始监督并记录共识节点行为，其中N＝1/4M，M是供应链节点总数；

2)投票结束后根据节点行为给予参与投票环节的代理节点、投票节点、监管节点相应收益并由监管节点负责记录；

3)在投票节点中随机选出X名参与新区块的验证，其中X＝(M-N)*(1/2)即X＝3/8M；

4)将新区块设为预提交状态并广播给N名代理节点验证区块信息；

5)当有2/3N名以上代理节点验证通过时将新区块改为提交状态，其中2/3N＝1/6M＝(1/4M)*(2/3)；

6)新区块第一次验证结束后根据节点行为给予参与验证的代理节点、监管节点相应收益并由监管节点负责记录；

7)广播提交状态新区块给随机选出的X名投票节点验证区块信息；

8)当有2/3X名以上投票节点验证通过时将新区块接入供应链，其中2/3X＝1/4M＝(3/8M)*(2/3)；

9)若是农产品种植者产生的新区块则为供应链子链的该作物的区块头并将其接入根链；若为物流节点、加工商和分销商节点产生的新区块通过验证则接入子链区块头后，根据时间先后顺序排列；

10)新区块第二次验证结束后根据节点行为给予参与验证的其余节点、监管节点相应收益并由监管节点负责记录；

11)根据监管节点的全共识过程记录结算参与共识节点的收益并写入区块日志中。

2.根据权利要求1所述的一种共识方法，其特征在于，步骤1中投票规则是以节点信誉值和权益做参考；权利要求1所述的每一环节参与的节点都会根据其行为奖惩相应信誉值和权益并由监管节点负责记录，在结算完节点收益后写入区块日志文件中以便后续其他共识投票时作为参考。

3.根据权利要求1所述的一种共识方法，其特征在于，步骤9中所述供应链根链及子链的概念，是参考IoTEX项目并基于供应链特点所考虑采取的一种供应链架构，根链存储的是供应链上全部节点的详细信息、各方交易智能合约的有关供应链的所有信息；应用于农产品供应链场景的共识发生在供应链子链上，每条子链存储同一批次/种类农作物，因农作物有保质期，所以完成溯源追踪后该子链将被压缩移动至其他内存以便供应链内存有效利用。

4.根据权利要求1所述的一种共识方法，其特征在于，清算节点收益的算法为I_代＝TRi+TPi，i＝1，2；I_余＝ORk+OPk，k＝1，2；I_监＝WRu+WPu，u＝1，2，3；其中I表示节点收益，TRi、TPi分别表示代理节点所获奖励、惩罚，ORk、OPk分别表示投票节点所获奖励、惩罚，WRu、WPu分别表示监管节点所获奖励、惩罚，同一环节中同一节点的奖惩互斥；监管节点比代理节点和其余节点多一次收益是因为代理节点参与的环节是投票和区块第一次验证，投票节点参与的是投票和区块第二轮验证，而监管节点在投票环节、两轮验证环节都有参与。