CN116366676A

CN116366676A - 面向畜牧产品全过程的多链决策反馈共识方法

Info

Publication number: CN116366676A
Application number: CN202310282286.6A
Authority: CN
Inventors: 马德印; 杨毅; 张宏毅; 时小虎; 周贺
Original assignee: Jilin Haiqiao Technology Group Co ltd; Changchun University of Technology
Current assignee: Jilin Haiqiao Technology Group Co ltd; Changchun University of Technology
Priority date: 2023-03-22
Filing date: 2023-03-22
Publication date: 2023-06-30

Abstract

本发明公开了一种面向畜牧产品全过程的多链决策反馈共识方法，属于区块链共识技术领域。首先，本发明采用多链的结构，具体为主链结合多子链，主链整合子链信息，子链面向特定的阶段，包括养殖、屠宰、加工、销售阶段，多子链并发进行，提高系统的运行效率，起到数据隔离的效果，并方便对数据进行溯源。其次，使用神经网络对采集的数据进行决策，提高系统的泛化能力。最后，采用共识组设计，普通节点可以对领导者做出的决策向共识组中的评判节点提交反馈，降低了领导者的作恶的可能性。本发明引入可信度，可信度最高的节点当选为领导者，保证选举过程的公平性；采用星际文件系统（IPFS）与区块链共同进行数据存储，减少节点之间通讯的数据量，并减轻区块链存储数据的压力。

Description

面向畜牧产品全过程的多链决策反馈共识方法

技术领域

本发明属于区块链领域，涉及共识机制、机器学习，具体为一种面向畜牧产品全过程的多链决策反馈共识方法。

背景技术

区块链本质上是基于时间戳的分布式数据库，采用块式结构对数据进行组织，使用哈希指针取代传统指针将区块进行连接，形成完整的链；区块链是智能合约、共识算法、密码学、分布式系统等技术的集合，具备去中心化、可溯源、不可篡改、公开透明等特性，可以解决各供应商之间的信息孤岛和信任危机等问题，被称为“信任机器”。共识机制使分布式节点之间的状态达成一致，是区块链技术的核心。

传统的畜牧产品在生产过程中，由中心化的供应商各自负责数据的存储，不能保证数据公开透明，为数据篡改等问题埋下了隐患，造成了供应商之间的信任危机，给数据溯源带来了阻力。

本发明旨在解决传统畜牧产品生产过程中存在的问题，提出了面向畜牧产品全过程的多链决策反馈共识机制，将区块链与畜牧产品相结合，利用区块链技术的优势，以确保数据的公开透明、不可篡改，增强供应商之间的信任，并且为数据溯源过程带来便利。

发明内容

本发明提出一种面向畜牧产品全过程的多链决策反馈共识方法，采用多链形式，具体为主链结合多个子链，主链整合子链的信息，涵盖畜牧产品全过程，子链则面向特定的生产环境，包括养殖、屠宰、加工和销售，各子链并发运行，提高系统的运行效率，并起到数据隔离的作用，方便数据溯源。人工神经网络对数据进行决策，保证泛化能力；采用共识组的方式，滑动窗口确定共识组成员个数，由共识组最终决定共识是否达成；在共识组中，评判节点监督领导者节点的行为，以减少领导者节点作恶的可能，从而保证系统的公平性；采用星际文件系统（IPFS）与区块链共同进行数据存储，减少节点之间通讯的数据量，并减轻区块链存储数据的压力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：面向畜牧产品全过程的多链决策反馈共识方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：节点根据抵押方式竞选出子链的备选节点集合；

步骤2：系统根据预设规则1确定子链的滑动窗口大小，进而确定子链上的共识组成员数目；

步骤3：系统根据预设规则2从备选节点集合中选出子链上的领导者，将领导者添加到共识组中；

步骤4：普通节点采集特定的数据，将数据上传到IPFS上，并将数据的哈希值发送给子链上的领导者节点；

步骤5：领导者节点根据收到的哈希，从IPFS上获取原始数据，从中整合单个个体的数据，根据预设规则3进行决策，将决策结果与原始数据重新进行组织，生成数据的哈希值，存储到IPFS上，并提取特定的数据打包成区块，将区块发送给普通节点，区块生成时间根据具体环境进行调整；

步骤6：普通节点对接收的区块进行验证，如果有异议，在规定的心跳时间内，向评判节点反馈结果。如果无异议，将区块打包到本地的区块链副本上；

步骤7：评判节点根据普通节点的反馈数目，确定本轮共识是否达成情况，系统将共识达成情况写入主链，并触发相应的奖惩机制；

步骤8：区块中设置布隆过滤器，用于快速对区块链上的数据进行检索，实现高效溯源。

进一步，步骤1中，所述子链包括养殖子链、屠宰子链、加工子链、销售子链。

进一步，步骤2中，所述的预设规则1为：

（1）确定子链中滑动窗口大小w，计算公式如下：

　　　　　　　　　（１）

其中，α为修正系数，n为该子链上所有节点数目。

进一步，步骤2中，所述共识组成员包括领导者节点和评判节点，领导者节点负责打包生成区块，评判节点负责对领导者节点确定的决策进行评判。

进一步，步骤3中，所述的预设规则2为：

（1）确定备选集合中节点的可信度C，计算公式如下：

（２）

其中，x为节点i正确打包区块的次数，y为节点i错误打包区块的次数，β为修正系数，用于调节节点作恶对可信度的影响程度；

（2）可信度最高的节点当选为领导者。

进一步，步骤5中，所述的预设规则3为：

（1）通过人工神经网络进行打分，具体如公式（3）所示：

　　　　　　　　　　（３）

其中，D 为人工神经网络决策分值，single_data 为单个个体的数据；

（2）根据得分情况判断个体数据是否合格，计算公式如（4）如示:

　　　　　（４）

其中，λ为预设阈值，ret 为决策函数，数字1表示数据合格，数字0表示数据不合格。

进一步，步骤5中，打包进区块的特定数据包括前区块的哈希值、当前时间戳、产品总数目、产品决策结果、生成的数据的哈希值等。

进一步，步骤7中所述的奖惩机制为：

如果共识组中的评判节点均收到超过1/2数目的普通节点的反馈，则可阻止此次共识，评判节点平分本轮的奖励，扣除领导者的抵押，并累加领导者的错误打包区块次数。否则，系统给予领导者奖励，累加领导者成功打包区块次数。

通过上述设计方案，本发明可以带来以下有益效果：提出一种面向畜牧产品全过程的多链决策反馈共识方法，将畜牧产品与区块链技术相结合，使畜牧产品数据具备公开透明、可溯源、不可篡改的特点，消除了各供应商之间的信任危机，减少了溯源阻力；采用多链的方式，起到并发进行、数据隔离的效果；引入可信度，通过可信度选举每轮的领导者，可信度最高的节点当选为领导者，保证选举过程的公正；采用神经网络提高决策过程的泛化能力；采用独特的奖惩机制，减少了共识组中领导者节点作恶的可能性。

附图说明

图1为本发明所涉及的共识流程图。

图2为本发明所涉及的链式结构图。

具体实施方案

本发明结合附图和具体实施方式做进一步详细说明。一种面向畜牧产品全过程的多链决策反馈共识算法，该具体实施方案中，以肉牛的养殖过程为例，通过介绍肉牛在养殖子链中的应用，来描述共识算法的实施过程。具体步骤如下。

1. 负责养殖的节点通过抵押选出备选节点集合 S，在本实施方案中，假设length(S)=6, S={BNode1, BNode2, BNode3, BNode4, BNode5, BNode6}。

2. 取养殖子链上的节点数目n=100，修正系数α=0.6，根据公式（1）计算滑动窗口大小：

;

根据滑动窗口的大小，确定共识组的大小为4，共识组由前三轮打包区块的领导者和新一轮将要打包区块的领导者组成。

3. 确定备选集合中各个节点的可信度，选择可信度最高的节点当选为本轮的领导者，领导者负责打包数据，生成区块；

3.1在本发明实例中，备选集合中的每个节点的正确打包交易和错误打包交易的次数如表1所示：

表1 备选集合中节点信息

;

3.2 节点的可信度计算方式如下所示：

BNode1：

;

BNode2：

;

BNode3：

;

BNode4：

;

BNode5：

;

BNode6：

;

3.3 选取备选节点集合中可信度最高的节点node2当选为领导者，负责生成本轮区块。

4. 养殖阶段中除共识组之外的节点为普通节点，普通节点负责采集原始数据，如牛体重、牛体温、进食次数、喝水次数、是否生病、是否按摩、空气温度、空气湿度等，将数据存储到星际文件系统（IPFS）上，生成对应数据的哈希值，将哈希值发送给领导者节点；

4.1 采集4头牛的数据为例，普通节点采集相应数据，将数据存储到IPFS上，并生成数据哈希。结果如表2所示：

表2 数据采集及数据哈希值

;

4.2 普通节点将哈希值发送给领导者节点。

5. 领导者节点接收到普通节点传来的哈希值，通过哈希值从IPFS上获取原始数据，对每头牛的个体数据进行提取，并通过神经网络进行决策，将决策结果与原始数据进行重组，将重组后的数据存放到IPFS上，生成数据的哈希值，将前区块的哈希值，总牛数、合格牛的编号、当前时间戳和数据的哈希值等信息打包生成区块，将区块发送给普通节点；

5.1养殖子链中，领导者节点上存放预先训练好的神经网络模型，该模型以牛体重、牛体温、进食次数、喝水次数、是否生病、是否按摩、空气温度、空气湿度等数据作为特征值，采用数据的得分分值为标签值，进行模型训练；

5.2领导者节点对每头牛的数据进行提取，使用公式(3)生成每头牛的决策分值，使用公式（4）判定数据是否合格，具体结果如表3所示：

表3 牛个体数据及合格情况

;

5.3 领导者节点将表3中的数据存储到IPFS上，生成哈希值，将该哈希值与总牛数、合格牛的编号、当前时间戳和前区块的哈希值整合成区块，发送给普通节点；

5.4 设置养殖子链的出块时间为24小时，出块时间可以根据实际情况进行动态调整，保证系统的灵活性。

6. 养殖子链上的普通节点对接收到的区块进行验证，如果有异议，可以在规定的心跳时间内，向共识组中的评判节点进行反馈，如果评判节点收到 1/2的普通节点的反馈，可阻止本轮共识，评判节点平分系统奖励，同时，扣除领导者的抵押，并将领导者的错误打包区块数进行累加。否则，领导者获得系统奖励，累加领导者成功出块次数，本轮共识确认通过。共识组中领导者节点与评判节点利益冲突，评判节点对领导者起监督作用。在本实例中，评判节点未收到超过1/2的普通节点的反馈，领导者node2获得本轮奖励，其正确打包区块次数累加为11。

7. 将养殖子链上的共识达成情况写入主链。节点可以根据主链记录的共识达成情况自行验证本地数据。

8. 其余屠宰、加工、销售子链与上述步骤类似。主链用于整合子链的信息，涵盖畜牧产品全过程，子链则面向特定的生产环境。

以上列举的仅是本发明的一个具体实施案例，任何根据本发明内容直接导出的变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种面向畜牧产品全过程的多链决策反馈共识方法，应用于畜牧产品中，其特征在于，主要步骤如下：

步骤1：节点根据抵押方式竞选出子链的备选节点集合；

步骤6：普通节点对接收的区块进行验证，如果有异议，在规定的心跳时间内，向评判节点反馈结果，如果无异议，将区块打包到本地的区块链副本上；

2.根据权利要求1所述的面向畜牧产品全过程的多链决策反馈共识方法，其特征在于：步骤2中，所述子链上的滑动窗口大小确定方式为：

;

其中，w为滑动窗口大小，n为子链上总节点数目，α为修正系数。

3.根据权利要求1所述的面向畜牧产品全过程的多链决策反馈共识方法，其特征在于：步骤3中，所述的预设规则2为：

（1）确定备选集合中节点的可信度，具体公式如下所示：

;

其中，C为节点的可信度， x为节点i正确打包区块的次数，y为节点i错误打包区块的次数，β为修正系数，用于调节节点作恶对可信度的影响程度；

（2）备选节点中可信度最高的节点当选为领导者。

4.根据权利要求1所述的面向畜牧产品全过程的多链决策反馈共识方法，其特征在于：步骤3中，所述的共识组特点为：

（1）共识组包括领导者节点和评判节点，领导者节点负责打包生成区块，评判节点为前几轮的领导者节点；

（2）共识组中，评判节点监督领导者节点的行为，有权对领导者决策的结果进行评判。

5.根据权利要求1所述的面向畜牧产品全过程的多链决策反馈共识方法，特征在于：步骤4中，所述的特定数据根据子链种类而定，具体的养殖子链应包括：体重、体温、进食次数、喝水次数、是否生病、是否按摩、空气温度、以及空气湿度等数据。

6.根据权利要求1所述的面向畜牧产品全过程的多链决策反馈共识方法，特征在于：步骤6中，普通节点收到领导者节点打包的区块之后，可以对区块的正确性进行反馈。

7.根据权利要求1所述的面向畜牧产品全过程的多链决策反馈共识方法，其特征在于：步骤7中，所述的奖惩机制为：

如果共识组中的评判节点均收到超过1/2数目的普通节点的反馈，则可阻止此次共识，平分本轮的奖励，扣除领导者的抵押，累加领导者的作恶次数，否则，系统给予领导者奖励，累加领导者成功打包区块次数。

8.根据权利要求1所述的面向畜牧产品全过程的多链决策反馈共识方法，其特征在于：系统采用多链的形式，主链整合子链信息，子链面向特定的生产环境，包括养殖阶段、屠宰阶段、加工阶段、销售阶段，各子链并发进行，保证运行效率，起到数据隔离的作用，方便数据溯源。