CN115603903A - 基于Snowman共识的联盟链多链系统及其交互与部署方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于Snowman共识的联盟链多链系统及其交互与部署方法，包括主网的平台链、合约执行链，还包括子网、验证者模块、Snowman共识模块。本发明使用Snowman共识验证一笔交易，不需要网络中所有节点达成共识，只需要一部分节点验证通过即可。网络不会因为节点数量的增长而降低验证的效率。基于Snowman的共识协议，一个验证着可以加入多个不同的子网，使各个子网之间能够实现共享安全，可根据用户需求定制化自己的区块链，横向扩展链个数的同时，无限扩展了整个联盟链系统架构的TPS。

Description

基于Snowman共识的联盟链多链系统及其交互与部署方法
技术领域
本发明涉及区块链领域，具体地，涉及基于Snowman共识的联盟链多链系统及其交互与部署方法。
背景技术
专利文献CN107124460A公开了一种联盟链系统，该系统包括：多个记账节点，所述多个记账节点包括目标记账节点和其余记账节点，所述其余记账节点为多个记账节点中除所述目标记账节点以外的记账节点；所述目标记账节点，用于获取交易节点发送的交易信息，将所述交易信息对所述其余记账节点发起共识，若所述共识成功，将获取的交易信息存储到对应的区块中；其中，所述多个记账节点中至少有两个记账节点对应的企业的地理位置不同，所述多个记账节点处于同一局域网内。
现有技术中的联盟链存在需要网络中所有节点达成共识的不足之处。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于Snowman共识的联盟链多链系统及其交互与部署方法。
根据本发明提供的一种基于Snowman共识的联盟链多链系统，包括：
平台链：承载联盟链多链网络的元数据，针对接收到用户的交易，协调验证节点和创建子网，其中，所述交易包括注册子网和/或注册子网的验证者；
合约执行链：子链作为合约执行链负责交易的执行；
子网：每一条区块链只能由一个子网进行验证，并且允许每个子网上的验证者验证多个子网；
验证者模块：存在于每个子网中，子网中的验证者通过对用户的交易进行验证，将交易打包上链，达成共识；
Snowman共识模块：所述平台链、合约执行链上执行的共识包括Snowman共识；
Casper FFG敲定模块：所述平台链、合约链上执行Snowman共识后执行Casper FFG共识敲定区块。
优选地，用户只要向平台链注册，即能够注册子网加入联盟链多链网络。
优选地，同一个验证者集合的子网之间能够相互进行数据转发，数据共享。
优选地，注册子网的用户需要在平台链上质押积分。
优选地，允许用户自定义子链的执行环境，其中，所述执行环境包括用户所需要使用的共识算法和加密算法。
优选地，允许每个子网拥有多个执行链，允许每个执行链执行自己的共识协议和加密算法。
优选地，在所述Casper FFG敲定模块，在执行完Snowman共识之后，于网络中随机的一部分节点执行Casper FFG共识对达到Snowman共识阈值的区块进行敲定，被敲定的区块达到敲定状态后将不能被分叉。
优选地，利用Snowman共识提供子网中的验证者在验证自己子网的交易时，不需要连接主网中所有的节点，即能够同时验证主网中的交易；利用子网的架构，子网的验证者同时参加主网中的Snowman共识，其中，所述主网包括平台链、合约执行链。
根据本发明提供的一种基于Snowman共识的联盟链多链交互方法，基于所述的基于Snowman共识的联盟链多链系统进行交互通信。
根据本发明提供的一种基于Snowman共识的联盟链多链部署方法，包括部署平台链、合约执行链、子网、验证者模块、Snowman共识模块、Casper FFG敲定模块；
平台链：承载联盟链多链网络的元数据，针对接收到用户的交易，协调验证节点和创建子网，其中，所述交易包括注册子网和/或注册子网的验证者；
合约执行链：子链作为合约执行链负责交易的执行；
子网：每一条区块链只能由一个子网进行验证，并且允许每个子网上的验证者验证多个子网；
验证者模块：存在于每个子网中，子网中的验证者通过对用户的交易进行验证，将交易打包上链，达成共识；
Snowman共识模块：所述平台链、合约执行链上执行的共识包括Snowman共识；
Casper FFG敲定模块：所述平台链、合约链上执行Snowman共识后执行Casper FFG共识敲定区块。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明使用Snowman共识验证一笔交易，不需要网络中所有节点达成共识，只需要一部分节点验证通过即可。网络不会因为节点数量的增长而降低验证的效率。基于Snowman的共识协议，一个验证着可以加入多个不同的子网，使各个子网之间能够实现共享安全。
2、在如今的联盟链系统架构中创新了多链多子网的框架。平台链管理多个子网和验证者，基于多链多子网的架构，在多个子网实现共享安全的同时，还可根据用户需求定制化自己的区块链，横向扩展链个数的同时，无限扩展了整个联盟链系统架构的TPS。
3、在平台链、合约链上执行Snowman共识后执行Casper FFG共识敲定区块，避免链系统分叉以适用于支付场景。
4、Snowman共识与子网架构相辅相成，有利于子网中的验证者在验证自己子网的交易时，不需要连接主网中所有的节点，即可同时验证主网中的交易，且子网架构中更多的节点参加主网snowman共识提高了主网共识的安全性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的原理示意图。
Platform chain表示平台链；
Execute chain表示合约执行链；
subchain表示子链
subnet表示子网
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供一种基于Snowman共识的联盟链多链系统，包括：主网、子网、验证者模块、Snowman共识模块、Casper FFG敲定模块。主网包括平台链、合约执行链。
平台链：承载多链网络的元数据，并用于协调验证节点和创建子网。想要加入联盟链多链网络，需要先向平台链发送交易。交易的类型可以包括：添加子网、注册验证者等。
合约执行链：每一条子链都是一条合约执行链，用户可以自定义子链的执行环境，包括其所需要使用的共识算法和加密算法等。
子网：由一系列为了达成区块链共识的验证者组成的网络，每一条区块链只能由一个子网进行验证，并且每个子网上的验证者可以验证多个子网。
验证者模块：存在于每个子网中，子网中的验证者通过对交易进行验证，将交易打包上链，最后达成共识。
Snowman共识模块：使用Snowman共识协议进行共识，联盟链多链系统架构的核心模块，所述平台链、合约执行链上执行的是Snowman共识，每个子网的验证者都需要先加入所述平台链才能加入多链架构。Snowman共识是一种链式结构的共识算法，其特点是通过随机采样的方式不断收敛网络中各个节点的意见，当收敛到一定的阈值时，可以称整个系统达到了共识。由于其是不断采样和询问的共识过程，最后只需要达到一定的阈值即可认为该交易被最终确定了，这个过程不需要网络中所有节点对同一笔交易达成共识，只需要网络中的一部分节点对该交易达成共识，即可让该笔交易达到最终被确认的状态。基于此，想要加入多链网络架构的节点在共识的过程中不需要广播交易到全网，连接网络中的所有节点，只需要连接部分节点，即可参与一笔交易的共识过程。
Casper FFG敲定模块：由于Snowman共识执行后即使达到一定的阈值，可认为该交易被最终确定，但这个最终确定的状态是概率性保证的，即还有一个很小的概率会被修改，雪崩协议中的随机抽样达到的是非确定性共识，会导致链系统分叉，这个微小的概率对于支付系统来说是非常严重的。因此在执行完Snowman共识之后网络中随机的一部分节点将执行Casper FFG共识对达到Snowman共识阈值的区块进行敲定，被敲定的区块达到敲定状态后将不能被分叉。也就是说，本发明在通过Snowman共识之后再使用Casper FFG算法进行一次区块敲定的过程。
进一步地，本发明采用Snowman共识，除了发挥只需要一部分节点验证通过即可的作用之外，Snowman共识对于子网的架构的帮助是：有利于子网中的验证者在验证自己子网的交易时，不需要连接主网中所有的节点，即可同时验证主网中的交易。与此同时，本发明采用子网的架构，除了发挥允许用户定制和随意扩展的作用之外，子网的架构对于Snowman共识的帮助是：子网的验证者将同时会参加主网中的Snowman共识，子网架构中更多的节点参加主网snowman共识提高了主网共识的安全性。
下面对本发明进行更为具体地说明。
本发明提供的所述基于Snowman共识的联盟链多链系统，其架构是基于子网进行扩展的一个完整架构，只要向平台链注册，即可注册子网加入多链架构。多链架构中的主网包括平台链和一条系统运行的合约执行链，每个加入架构的子链只需要向平台链注册，并且该子网的验证者也需要向平台链注册，即可加入多链架构。同一个验证者集合的子网之间可以相互进行数据转发，数据共享。即拥有相同验证者集合的子网之间共享安全。
同时，在主网中，使用Snowman共识协议，每个新加入的验证者都需要加主网进行共识。基于Snowman的共识协议不会随着新加节点的增多而降低交易的共识效率，这也是为什么使用Snowman共识的原因之一。使用Snowman共识协议解决了大部分联盟链使用的共识通常需要所有节点验证同一笔交易，导致当存在大量的分布式节点时，冗余的验证及交易的转发将极大影响交易的吞吐量及网络中交易传播性能的问题。使用雪崩协议中的Snowman共识，结合联盟链多链的实用性，可以实现无限扩展的TPS和为用户定制符合自己需求的子链。
验证者模块主要负责验证各个子链和主网的交易，每个验证者可以加入多个子网，每个拥有相同验证者的子网之间可以相互通信，共享网络的安全。
所述子网部分还可以对子网的添加进行一定的限制，例如每添加一个子网需要在平台链上质押一定数量的积分。这样可以有效的限制子网的数量，使验证者可以稳定维护某几个特定的子链，不能随意作恶，促进多链结构的网络健康发展。
相比于传统的单链框架，本发明创新了一个多链架构，系统框架中的主网包括平台链和合约执行链，平台链主要管理各个子网和验证者，合约执行链主要负责交易的执行。每个子网可以拥有多个执行链，每个执行链可以执行自己的共识协议和加密算法，可以定制相应的需求，每个验证者可以选择加入多个子网，这样多个基于同一个验证者的子网之间即可实现共享安全，并且基于多链的架构由于可以随时增加子网，因此理论上可以实现无限高的系统吞吐量TPS，横向扩展了整个区块链系统的交易吞吐量。同时，为了方便验证者加入平台链，平台链使用Snowman共识协议进行交易共识，使用该共识协议的特点是交易不需要网络中所有节点都进行验证，只需要一部分节点验证交易即可。这样新加入的验证者只需要连接平台链中的部分节点，即可成为平台链的验证者，并且共识一笔交易只需要一部分的节点通过验证即可。而不需要像PoW共识或者其它大部分的共识协议一笔交易需要网络中的所有节点验证通过。同理，这样还能更方便验证者验证多个不同的链，使用基于Snowman的多链系统架构可以基于用户需求定制自己的链，实现多个子网之间的共享安全，同时还能无限扩展TPS。本发明使验证者能够更好的加入平台链，并且不用消耗验证者过多的资源在平台链的验证上。本发明充分利用多链多子网的架构，充分扩展子网的功能，提升网络的整体效率。
本发明可以扩展联盟链的交易处理速率，多个子网之间共享安全的同时可以提高系统的安全性。同时，子链可定制化能够为用户定制化其所需要的业务场景，并丰富多链系统的功能。本发明可以扩展当前单条联盟链性能低的现象，同时子链可以自定义网络的规则，从而让这条链更适合自己的业务。比如某些资产只能由某些国家的人进行交易，同样的，也可以让自己网络上的节点只能由某些国家的设备接入，或者采用其他一些限制来打造自己的区块链。在提高性能的同时能够丰富多链架构的功能。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
根据本发明还提供一种基于Snowman共识的联盟链多链交互方法，基于所述的基于Snowman共识的联盟链多链系统进行交互通信。
根据本发明还提供一种基于Snowman共识的联盟链多链部署方法，包括部署平台链、合约执行链、子网、验证者模块、Snowman共识模块、Casper FFG敲定模块；
平台链：承载联盟链多链网络的元数据，针对接收到用户的交易，协调验证节点和创建子网，其中，所述交易包括注册子网和/或注册子网的验证者；
合约执行链：子链作为合约执行链负责交易的执行；
子网：每一条区块链只能由一个子网进行验证，并且允许每个子网上的验证者验证多个子网；
验证者模块：存在于每个子网中，子网中的验证者通过对用户的交易进行验证，将交易打包上链，达成共识；
Snowman共识模块：所述平台链、合约执行链上执行的共识包括Snowman共识；
Casper FFG敲定模块：所述平台链、合约链上执行Snowman共识后执行Casper FFG共识敲定区块。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种基于Snowman共识的联盟链多链系统，其特征在于，包括：
平台链：承载联盟链多链网络的元数据，针对接收到用户的交易，协调验证节点和创建子网，其中，所述交易包括注册子网和/或注册子网的验证者；
合约执行链：子链作为合约执行链负责交易的执行；
子网：每一条区块链只能由一个子网进行验证，并且允许每个子网上的验证者验证多个子网；
验证者模块：存在于每个子网中，子网中的验证者通过对用户的交易进行验证，将交易打包上链，达成共识；
Snowman共识模块：所述平台链、合约执行链上执行的共识包括Snowman共识；
Casper FFG敲定模块：所述平台链、合约链上执行Snowman共识后执行Casper FFG共识敲定区块。
2.根据权利要求1所述的基于Snowman共识的联盟链多链系统，其特征在于，用户只要向平台链注册，即能够注册子网加入联盟链多链网络。
3.根据权利要求1所述的基于Snowman共识的联盟链多链系统，其特征在于，同一个验证者集合的子网之间能够相互进行数据转发，数据共享。
4.根据权利要求1所述的基于Snowman共识的联盟链多链系统，其特征在于，注册子网的用户需要在平台链上质押积分。
5.根据权利要求1所述的基于Snowman共识的联盟链多链系统，其特征在于，允许用户自定义子链的执行环境，其中，所述执行环境包括用户所需要使用的共识算法和加密算法。
6.根据权利要求5所述的基于Snowman共识的联盟链多链系统，其特征在于，允许每个子网拥有多个执行链，允许每个执行链执行自己的共识协议和加密算法。
7.根据权利要求1所述的基于Snowman共识的联盟链多链系统，其特征在于，在所述Casper FFG敲定模块，在执行完Snowman共识之后，于网络中随机的一部分节点执行CasperFFG共识对达到Snowman共识阈值的区块进行敲定，被敲定的区块达到敲定状态后将不能被分叉。
8.根据权利要求1所述的基于Snowman共识的联盟链多链系统，其特征在于，利用Snowman共识提供子网中的验证者在验证自己子网的交易时，不需要连接主网中所有的节点，即能够同时验证主网中的交易；利用子网的架构，子网的验证者同时参加主网中的Snowman共识，其中，所述主网包括平台链、合约执行链。
9.一种基于Snowman共识的联盟链多链交互方法，其特征在于，基于权利要求1至8中任一项所述的基于Snowman共识的联盟链多链系统进行交互通信。
10.一种基于Snowman共识的联盟链多链部署方法，其特征在于，包括部署平台链、合约执行链、子网、验证者模块、Snowman共识模块、Casper FFG敲定模块；
平台链：承载联盟链多链网络的元数据，针对接收到用户的交易，协调验证节点和创建子网，其中，所述交易包括注册子网和/或注册子网的验证者；
合约执行链：子链作为合约执行链负责交易的执行；
子网：每一条区块链只能由一个子网进行验证，并且允许每个子网上的验证者验证多个子网；
验证者模块：存在于每个子网中，子网中的验证者通过对用户的交易进行验证，将交易打包上链，达成共识；
Snowman共识模块：所述平台链、合约执行链上执行的共识包括Snowman共识；
Casper FFG敲定模块：所述平台链、合约链上执行Snowman共识后执行Casper FFG共识敲定区块。
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