CN115865943A - 自适应动态跨链共识机制选择的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自适应动态跨链共识机制选择的方法，包括步骤：S1：模拟至少一笔跨链交易；S2：如果跨链各方的共识机制不一致，则跳转至S3；S3：模拟跨链交易共识过程，并计算跨链方各自链中参与共识的节点的可信值，对节点的可信值进行排列；S4：模拟跨链交易并判断跨链方各自的网络环境，根据网络环境选择相异共识机制，并通过共识过程获得相异共识机制的平均共识时间；S5：将相异共识机制及对应的平均共识时间输入决策控制器选择出跨链交易适合的相异共识机制。本发明根据跨链交易的网络环境，动态采用相异共识机制，即使存在跨链共识节点不能及时参与共识，跨链交易共识过程仍然可以正常验证并对跨链交易事务达成一致。
Description
技术领域
本发明涉及异构区块链跨链交易时共识机制选择的技术领域，特别是涉及一种自适应动态跨链共识机制选择的方法。
背景技术
区块链技术是一个多方参与记录的分布式数据库，通过点对点网络、密码学算法、共识算法和块链式存储等多种技术来保证数据传输和存储过程中的安全可靠与不可篡改，构建一个无须依托的第三方信任机构。建立跨链信息交互是将一种一个链上的数据安全可信地转移到另一个链并在另一个链上产生预期效果的一种技术，跨链交易打破了区块链孤立的局面，使得不同区块链之间可以互联互动互通，极大的提升了区块链数据的价值和使用空间。但实现不同区块链间的协同操作面临着许多前所未有的理论和实践挑战。
跨链交易时，由于跨链方所在区块链不同，因此出现跨链方所在链选择对交易产生的账本达成一致的共识机制不同，现有技术在跨链交易共识时主要以同步共识机制为主，而跨链交易还存在网络堵塞或延迟等复杂网络的情况，这样在一定程度上跨链方最终达成共识的时间不同甚至相差很多，导致共识效率低，容易对跨链方后续区块的生成造成影响。
发明内容
为解决上述技术问题中的至少之一，本发明提出一种自适应动态跨链共识机制选择的方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种自适应动态跨链共识机制选择的方法，包括如下步骤：
S1：模拟至少一笔跨链交易，在跨链方的各自链中进行交易共识，利用共识机制模拟算法模拟跨链方共识达成一致的过程；
S2：根据共识过程判断跨链各方的共识机制是否一致，如果一致，则选择跨链各方相同的共识机制；如果不一致，则跳转至步骤S3；
S3：模拟跨链交易共识过程，并计算跨链方各自链中参与共识的节点的可信值，对节点的可信值进行排列；
S4：模拟跨链交易，判断跨链交易时的网络环境，网络环境复杂时，根据跨链方各自链的节点可信值排行分别从各自链中选择数量相同的共识节点，由至少一种半异步共识算法或异步共识算法完成共识；网络环境稳定时，根据跨链方各自链的节点可信值排行分别从各自链中选择数量相同的共识节点，由至少一种同步共识算法完成共识，根据共识过程获得相异共识机制的平均共识时间；
S5：基于模式识别方法对跨链双方的共识机制进行预处理后，将相异共识机制及相异共识机制的平均共识时间输入决策控制器进行处理，由决策控制器选择出跨链交易适合的相异共识机制。
作为进一步的改进，所述步骤S3中，模拟跨链交易共识过程，首先在跨链方各自链中分别设置一组共识节点，基于与跨链交易相关联的给定策略进行共识机制模拟算法选择，对跨链交易进行标记后发送到共识节点集合中执行所选共识机制模拟算法，以对跨链交易在数字账本上存储前进行验证。
作为进一步的改进，所述步骤S3中，根据共识过程计算跨链方各自链中参与共识的节点的可信值，节点的可信值的计算公式如下：
Rri＝aTi h+bPi
其中，Rri表示节点的可信值，a和b表示自定义的两个常数，i表示参与共识的节点，Ti h表示节点在跨链交易共识过程中表现行为优秀的可量化形式，Pi表示单位时间内的活跃程度。
作为进一步的改进，所述步骤S4中，根据共识过程获得相异共识机制的平均共识时间，首先，网络环境复杂时，多次模拟跨链交易，通过半异步共识算法或异步共识算法完成共识后，获得半异步共识算法或异步共识算法的共识平均时间；网络环境稳定时，多次模拟跨链交易，通过同步共识算法完成共识后，获得同步共识算法的共识平均时间。
作为进一步的改进，所述步骤S5中，基于模式识别方法对跨链双方的共识机制进行预处理，包括使用相应的设备对跨链方的节点进行信息采集，将采集的信息进行规范化处理。
作为进一步的改进，所述步骤S5中，将相异共识机制及相异共识机制的平均共识时间输入决策控制器进行处理，包括采用基于动态规划算法的共识决策机制，根据每个相异共识机制及相异共识机制的平均共识时间计算出适用跨链方最优共识机制。
作为进一步的改进，所述共识机制模拟算法包括工作量证明算法、权益证明算法、股份授权证明算法、权威证明算法、实用拜占庭容错算法或授权拜占庭容错算法。
作为进一步的改进，所述半异步共识算法或异步共识算法包括小飞象算法或蜜獾算法。
作为进一步的改进，所述同步共识算法包括工作量证明算法、实用拜占庭容错算法或权益证明算法。
本发明提供的一种自适应动态跨链共识机制选择的方法，包括步骤：S1：模拟至少一笔跨链交易，在跨链方的各自链中进行交易共识，利用共识机制模拟算法模拟跨链方共识达成一致的过程；S2：根据共识过程判断跨链各方的共识机制是否一致，如果一致，则选择跨链各方相同的共识机制；如果不一致，则跳转至步骤S3；S3：模拟跨链交易共识过程，并计算跨链方各自链中参与共识的节点的可信值，对节点的可信值进行排列；S4：模拟跨链交易，判断跨链交易时的网络环境，网络环境复杂时，根据跨链方各自链的节点可信值排行分别从各自链中选择数量相同的共识节点，由至少一种半异步共识算法或异步共识算法完成共识；网络环境稳定时，根据跨链方各自链的节点可信值排行分别从各自链中选择数量相同的共识节点，由至少一种同步共识算法完成共识，根据共识过程获得相异共识机制的平均共识时间；S5：基于模式识别方法对跨链双方的共识机制进行预处理后，将相异共识机制及相异共识机制的平均共识时间输入决策控制器进行处理，由决策控制器选择出跨链交易适合的相异共识机制。本发明提出的方案根据跨链交易的网络环境，动态采用相异共识机制，在网络环境复杂情况下，能够动态选择适合网络状态的异步共识算法；网络环境稳定时，选择适合的同步算法来保证跨链交易共识效率，即使存在跨链共识节点宕机或网络缓慢不能及时参与共识过程，跨链交易共识过程仍然可以正常验证并对跨链交易事务达成一致。共识节点在本链共识中的表现和活跃度，对节点完成跨链交易共识的信任值不断更新，及时剔除拜占庭节点，根据信任值大小确定参与跨链交易的共识节点集合，确保共识节点集合不断更新以保持可靠性，动态规划出最优出相异共识机制，提高跨链交易验证共识效率。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
本发明涉及的名词解释如下：
共识机制：是指以去中心化的方式就网络的状态达成统一协议的过程，也被称为共识算法。是分布式系统基于某个提案，大部分节点达成一致意见的过程。而提案的含义在分布式系统中十分宽泛，如多个事件发生的顺序、某个键对应的值或谁是主节点等。
同步共识算法：要求网络中任一消息能够在已知的限定时间内到达所有的共识节点，因此主要应用在限定规模的网络环境中，大多数联盟链采用同步共识算法。
异步共识算法：对于消息在网络中的传播延迟没有任何限制，消息可以在无限长时间后才能发送到其他共识节点，异步共识算法无法确定性保证共识终局。
半同步共识算法：在同步共识算法和异步共识算法两者之间做了权衡，要求网络中消息某限定时间后到达所有共识节点的的概率与时间的关系是已知的。
结合图1所示，本发明实施例提供一种自适应动态跨链共识机制选择的方法，包括如下步骤：
S1：通过共识机制运行模拟器模拟至少一笔跨链交易，在跨链方的各自链中进行交易共识，利用共识机制模拟算法模拟跨链方共识达成一致的过程，需要说明的是，跨链交易方包括但不仅限为两方，因实际跨链交易需要，本发明实施例也适用多方跨链交易。本实施例的共识机制模拟算法包括但不仅限于工作量证明算法(Proof of Work，POW)、权益证明算法(Proof of Stake，POS)、股份授权证明算法(Delegated Proof of Stake，DPOS)、权威证明算法(proof of activity，POA)、实用拜占庭容错算法(Practical ByzantineFault Tolerance，PBFT)或授权拜占庭容错算法(Delegated Byzantine faulttolerance，DBFT)中的一种。
S2：根据共识过程判断跨链各方的共识机制是否一致，如果一致，则选择跨链各方相同的共识机制；如果不一致，则跳转至步骤S3；
S3：模拟跨链交易共识过程，并计算跨链方各自链中参与共识的节点的可信值，对节点的可信值进行排列，具体的，本实施例的跨链交易涉及A链和B链双方，首先在跨链方各自链中分别设置一组共识节点，即在跨链交易A链中设置A组共识节点，B链中设置B组共识节点，将A组共识节点和B组共识节点加入共识节点集合，基于该跨链交易相关联的给定策略进行共识机制模拟算法选择，从多个共识机制模拟算法中选择一项共识算法并对跨链交易进行标记，用于后续识别所选的共识机制，将跨链交易发送到共识节点集合中执行所选共识机制模拟算法，以对该跨链交易在数字账本上存储前进行验证。为保证跨链各方的节点的可信值排行精准率，可以通过对跨链方模拟多笔交易并共识，用于可信值计算，对跨链方各自链中参与共识的节点的可信值计算公式如下：
Rri＝aTi h+bPi
其中，Rri表示节点的可信值，a和b表示自定义的两个常数，i表示参与共识的节点，Ti h表示节点在跨链交易共识过程中表现行为优秀的可量化形式，即节点所在链单位时间内节点的诚实行为数量，Ti h与节点i在单位时间内的诚实行为数量成正相关，定义为：
ΔT表示单位时间，k表示跨链交易事务个数，VK表示第k个跨链交易事务的权重，n表示ΔT产生区块个数，
表示ΔT时间活跃程度，Ri表示ΔT时间内该节点参加共识并产生区块个数，p表示ΔT时间内该链总产生区块总数。分别将A链和B链的各节点根据可信值计算公式进行计算，并将A链和B链中各节点的可信值大小按由高至低的顺序进行排列。根据不断共识的过程，对跨链方的节点完成共识的信任值进行持续更新，根据信任值大小动态选择参与跨链交易的共识节点并加入共识节点集合，使参与共识的节点能够动态加入或退出共识节点集合，在保证共识节点可信度的同时，实现共识节点集合的动态变更。
S4：模拟跨链交易，判断跨链交易时的网络环境，网络环境复杂时，根据跨链方各自链的节点可信值排行分别从各自链中选择数量相同的共识节点，由至少一种半异步共识算法或异步共识算法完成共识，半异步共识算法或异步共识算法包括但不仅限于小飞象算法(DumboBFT)或蜜獾算法(HoneyBadgerBFT)。本实施例从A链和B链中分别选择节点可信值排行高的前六个节点作为各自链的共识节点，共12个共识节点进行模拟跨链交易由至少一种半异步共识算法或异步共识算法完成共识，为保证后续相异共识机制的平均共识时间数据精准度，对12个共识节点进行模拟跨链交易并分别由多种半异步共识算法或异步共识算法完成共识，并分别获取A链和B链的共识时间，即A链各节点不同跨链交易的共识平均时间和B链各节点不同跨链交易的共识平均时间，根据共识过程获得相异共识机制的平均共识时间，即跨链交易采用小飞象算法和蜜獾算法的平均共识时间t1和t2；网络环境稳定时，根据跨链方各自链的节点可信值排行分别从各自链中选择数量相同的共识节点，由至少一种同步共识算法完成共识，同步共识算法包括但不仅限于POW、PBFT或POS等，实施例从A链和B链中分别选择节点可信值排行高的前三个节点作为各自链的共识节点，共六个共识节点进行模拟跨链交易由至少一种同步共识算法完成共识，为保证后续相异共识机制的平均共识时间数据精准度，可对六个共识节点进行模拟跨链交易并分别由多种同步共识算法完成共识，即跨链交易采用POW、PBFT和POS的平均共识时间h1、h2和h3。
S5：基于模式识别方法对跨链双方的共识机制进行预处理，包括使用相应的设备对跨链方的节点进行信息采集，将采集的信息进行规范化处理，更优的，跨链方各自的特征构造成便于比较、分析的特征向量，利用特征向量构造出特征空间进行特征表达，按判别函数的计算结果进行识别和分类保留相异的共识机制。将相异共识机制及相异共识机制的平均共识时间输入决策控制器进行处理，包括采用基于动态规划算法的共识决策机制，在不改变跨链各方本身共识机制前提下，根据每个相异共识机制及相异共识机制的平均共识时间计算出适用跨链方最优共识机制，具体的，本实施例中，基于动态规划算法的共识决策机制包括步骤：初始状态->去中心化->交易确认速度->网络成本…->安全机制和容错能力->结束状态，当网络环境复杂时，根据输入的相异共识机制小飞象算法和蜜獾算法以及相异共识机制对应的平均共识时间t1和t2，计算出适用跨链方最优相异共识机制，即网络环境复杂时共识时间最短的相异共识机制；当网络环境稳定时，根据输入的相异共识机制POW、PBFT和POS以及相异共识机制对应的平均共识时间h1、h2和h3，计算出适用跨链方最优相异共识机制，，即网络环境稳定时共识时间最短的相异共识机制。由决策控制器根据最优相异共识机制选择出跨链交易适合的相异共识机制。
本发明提出的方案根据跨链交易的网络环境，动态采用相异共识机制，在网络环境复杂情况下，能够动态选择适合网络状态的异步共识算法；网络环境稳定时，选择适合的同步算法来保证跨链交易共识效率，即使存在跨链共识节点宕机或网络缓慢不能及时参与共识过程，跨链交易共识过程仍然可以正常验证并对跨链交易事务达成一致。共识节点在本链共识中的表现和活跃度，对节点完成跨链交易共识的信任值不断更新，及时剔除拜占庭节点，根据信任值大小确定参与跨链交易的共识节点集合，确保共识节点集合不断更新以保持可靠性，动态规划出最优出相异共识机制，提高跨链交易验证共识效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种自适应动态跨链共识机制选择的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：模拟至少一笔跨链交易，在跨链方的各自链中进行交易共识，利用共识机制模拟算法模拟跨链方共识达成一致的过程；
S2：根据共识过程判断跨链各方的共识机制是否一致，如果一致，则选择跨链各方相同的共识机制；如果不一致，则跳转至步骤S3；
S3：模拟跨链交易共识过程，并计算跨链方各自链中参与共识的节点的可信值，对节点的可信值进行排列；
S4：模拟跨链交易，判断跨链交易时的网络环境，网络环境复杂时，根据跨链方各自链的节点可信值排行分别从各自链中选择数量相同的共识节点，由至少一种半异步共识算法或异步共识算法完成共识；网络环境稳定时，根据跨链方各自链的节点可信值排行分别从各自链中选择数量相同的共识节点，由至少一种同步共识算法完成共识，根据共识过程获得相异共识机制的平均共识时间；
S5：基于模式识别方法对跨链双方的共识机制进行预处理后，将相异共识机制及相异共识机制的平均共识时间输入决策控制器进行处理，由决策控制器选择出跨链交易适合的相异共识机制。
2.根据权利要求1所述的自适应动态跨链共识机制选择的方法，其特征在于，所述步骤S3中，模拟跨链交易共识过程，首先在跨链方各自链中分别设置一组共识节点，基于与跨链交易相关联的给定策略进行共识机制模拟算法选择，对跨链交易进行标记后发送到共识节点集合中执行所选共识机制模拟算法，以对跨链交易在数字账本上存储前进行验证。
3.根据权利要求2所述的自适应动态跨链共识机制选择的方法，其特征在于，所述步骤S3中，根据共识过程计算跨链方各自链中参与共识的节点的可信值，节点的可信值的计算公式如下：
其中，Rri表示节点的可信值，a和b表示自定义的两个常数，i表示参与共识的节点，
表示节点在跨链交易共识过程中表现行为优秀的可量化形式，Pi表示单位时间内的活跃程度。
4.根据权利要求1所述的自适应动态跨链共识机制选择的方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据共识过程获得相异共识机制的平均共识时间，首先，网络环境复杂时，多次模拟跨链交易，通过半异步共识算法或异步共识算法完成共识后，获得半异步共识算法或异步共识算法的共识平均时间；网络环境稳定时，多次模拟跨链交易，通过同步共识算法完成共识后，获得同步共识算法的共识平均时间。
5.根据权利要求1所述的自适应动态跨链共识机制选择的方法，其特征在于，所述步骤S5中，基于模式识别方法对跨链双方的共识机制进行预处理，包括使用相应的设备对跨链方的节点进行信息采集，将采集的信息进行规范化处理。
6.根据权利要求1所述的自适应动态跨链共识机制选择的方法，其特征在于，所述步骤S5中，将相异共识机制及相异共识机制的平均共识时间输入决策控制器进行处理，包括采用基于动态规划算法的共识决策机制，根据每个相异共识机制及相异共识机制的平均共识时间计算出适用跨链方最优共识机制。
7.根据权利要求1所述的自适应动态跨链共识机制选择的方法，其特征在于，所述共识机制模拟算法包括工作量证明算法、权益证明算法、股份授权证明算法、权威证明算法、实用拜占庭容错算法或授权拜占庭容错算法。
8.根据权利要求1所述的自适应动态跨链共识机制选择的方法，其特征在于，所述半异步共识算法或异步共识算法包括小飞象算法或蜜獾算法。
9.根据权利要求1所述的自适应动态跨链共识机制选择的方法，其特征在于，所述同步共识算法包括工作量证明算法、实用拜占庭容错算法或权益证明算法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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