CN117082075B - 一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统，包括客户端模块、业务模块、智能合约模块、共识机制模块、区块链模块，共识机制模块内置有DPOC+BFT混合共识算法，用于执行：基于定时清算机制设定的特定时间点和特定维护间隔时间，当定时清算任务触发时，启动DPOC共识算法程序，进行新一轮共识组节点的选举；在新一轮共识组组建完成的同时上一轮共识组自动解散，并启动BFT共识算法程序，进行多轮的区块共识验证。本发明结合业务实际应用场景及自身特点，优化权重分配计算时序，提供一种兼顾去中心化、效率、安全、绿色以及监管需求的共识机制，可以达到降低高并发时链上TPS负荷与网络拥堵，提升执行结果更新速度、共识度与用户体验的目的。
Description
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，具体涉及一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统。
背景技术
区块链技术，区块链是一种新型去中心化协议，能安全地存储数字货币交易或其他数据，信息不可伪造和篡改，区块链上的交易确认由区块链上的所有节点共同完成，由共识算法保证其一致性，区块链上维护一个公共的账本，公共账本位于存储区块上任何节点可见，从而保证其不可伪造和篡改。
申请号为CN202210682917.9的发明专利公开了一种基于区块链的多用户多批次权重分配计算及存储处理系统，该技术方案中涉及的共识机制可采用多种处理方法（如POW、POS或PBFT），但在实际应用中存在以下缺点：
首先，POW（Proof-Of-Work,工作量证明）共识机制基于算力竞争模型涉及较大的能源消耗与浪费的问题，不符合绿色发展道路；而POS（Proof-Of-Stake，权益证明）共识机制基于权益证明模型，其中的权益主要依托币值和币龄，故常常涉及虚拟货币发行的逻辑，目前不符合国内监管政策条例。
其次，相较于国外公链的发展逻辑，国内发展出了基于PBFT（Practical-Byzantine-Fault-Tolerance,实用拜占庭容错）等共识算法的企业级联盟链。联盟链组网的记账节点主要为许可准入的企业，通常节点数量较为有限，相比公链的开放无许可性，其去中心化程度较弱，在涉及大规模终端用户使用场景中的共识度也还需进一步提高。
最后，现有技术通过触发计算机制解决了定时计算机制中高并发计算的难题，但在实际应用中如果面临大规模用户同时在线导致的高并发触发计算，原技术方案依然存在链上TPS负荷以及网络拥堵的情况，尤其是系统运行较长时间后可能会积累大量待计算的批次数据，从而增加高并发概率，进而影响执行时效与用户体验。因此，该问题的解决需对现有技术技术方案的计算时序进一步优化提升以及对影响区块链TPS的共识机制做出改进。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统，该系统解决了现有技术中基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理方法的缺点，结合业务实际应用场景及自身特点，优化权重分配计算时序，并打造兼顾去中心化、效率、安全、绿色以及监管需求的共识机制，从而达到降低高并发时链上TPS负荷与网络拥堵，提升执行结果更新速度、共识度与用户体验的目的。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统，包括：客户端模块、业务模块、智能合约模块、共识机制模块、区块链模块，所述客户端模块用于提供一用户前端的可视化界面，并通过api接口与业务模块进行通信交互，其中，该可视化界面用于用户进行系统注册、访问与交互操作以及进行节点记账功能启动与参与节点投票；所述业务模块执行业务相关程序，还可执行活跃用户触发计算机制，根据活跃用户的触发次序依次将权重分配计算所需的数据项作为智能合约模块的数据输入；所述智能合约模块用于调用权重分配计算程序，对业务模块输入的最新数据进行权重分配计算，并将计算结果数据发送到共识机制模块进行区块数据验证与节点共识；所述共识机制模块内置有DPOC+BFT混合共识算法，用于执行：基于定时清算机制设定的特定时间点和特定维护间隔时间，当定时清算任务触发时，启动DPOC共识算法程序，进行新一轮共识组节点的选举；在新一轮共识组组建完成的同时上一轮共识组自动解散，并启动BFT共识算法程序，进行多轮的区块共识验证。
根据本发明提供的一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统，所述业务模块内置定时清算机制，用于执行：设定特定时间点和特定维护间隔时间，从特定时间点开始并且每隔一个特定维护间隔时间，自动触发定时清算任务，将业务模块中存储的尚未被触发计算的所有用户批次数据输入并调用智能合约模块；其中，输入智能合约模块的用户批次数据包含用户ID、批次ID、批次下的数据项。
根据本发明提供的一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统，所述启动DPOC共识算法程序，包括：设定参与共识组节点选举的贡献值资格参数；每隔一个特定维护间隔时间，自动根据业务模块输入的最新数据，查询所有已启动节点记账功能且最新贡献值大于贡献值资格参数的节点用户；其中，根据最新贡献值大小，从拥有共识选举资格的记账节点中，挑选出新一轮选举候选节点；所有节点用户对候选节点进行投票；截止投票时间，统计投票数量，根据统计结果将获票数由高到低挑选出N个节点标注为议员节点，所有节点签名验证，将议员节点加入共识组；查询所有非议员节点，通过散列抽签算法从所有非议员节点中挑选出Y个观察节点加入共识组；通过查询并验证将持有特定监管资质证书的若干个监管节点加入共识组，共识组组建完成，启动BFT共识算法程序。
根据本发明提供的一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统，所述启动BFT共识算法程序，包括：通过散列抽签算法从议员节点中挑选出新一轮议长节点；该议长节点在特定时间内打包生成区块，共识组节点通过广播验证该议长节点是否在特定时间内打包生成区块；将共识组节点对议长节点生成的区块进行BFT共识验证，并验证在特定时间内是否2/3以上节点达成共识；如是，则共识组节点将达成共识的区块上链并广播同步至全网节点；新一轮共识组产生，本轮共识组解散，启动下一轮共识选举。
根据本发明提供的一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统，所述区块链模块由多个分布式的区块链记账节点组成，用于存储分配结果数据、智能合约模块和共识机制模块的运行环境，作为去中心化的服务器与数据后台。
根据本发明提供的一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统，基于活跃用户的触发计算机制的系统运行步骤包括：通过客户端模块访问系统或进行分配结果查询等操作；业务模块通过客户端模块的用户行为获取到最新活跃用户，执行触发计算机制，将权重分配计算所需的数据输入智能合约模块；智能合约模块调用权重分配计算程序，对业务模块输入的最新数据进行权重分配计算，并将计算结果数据发送到共识机制模块；共识机制模块基于混合共识算法对最新区块进行数据验证与节点共识，将达成2/3以上共识的区块存储到区块链模块中；在区块链模块数据更新后进行全网节点广播，实现分配计算结果数据的分布式共识，用户可通过客户端模块查询分配结果。
根据本发明提供的一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统，基于定时清算机制结合DPOC+BFT混合共识算法的系统运行步骤包括：业务模块触发定时清算任务，将尚未被触发计算的所有用户批次数据输入并调用智能合约模块；共识机制模块启动DPOC共识算法程序，进行新一轮共识组节点的选举；在共识组组建完成后，启动BFT共识算法程序，将达成2/3以上共识的区块存储到区块链模块中；区块链模块的数据更新后，共识组向全网节点广播，实现区块链分布式共识。
根据本发明提供的一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统，还执行：将各用户节点对应的交易内存池中的所有交易数据同步至总节点交易内存池中；根据各节点的交易数据，获取整个P2P网络中完整的公共交易内存池的交易数据，并将公共交易内存池的交易数据与链上的交易数据进行对比；根据对比结果将各节点对应的内存池中监测不到的交易数据标注为隐私交易数据；根据各节点标注的隐私交易数据进行数据分析，生成对应的隐私交易数据的探测信息。
根据本发明提供的一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统，通过全部验证的交易被放到总节点交易内存池中；当交易内存池中存储的交易数量达到交易内存池的大小限制或者规定时间窗口中不再接收到新的交易后，该节点将这部分交易打包成一个块片，放入交易块片池中，并将该交易块片广播给所有的节点，同时删除交易池中已被打包成交易块片的交易；且一个节点接收到其他节点的交易块片，均会将该交易块片放入自己的交易块片池中；当议长节点的交易块片池中得到一定量的交易块片或者在规定时间窗口中不再接收到新的交易块片后，议长节点将这部分交易块片进行排序后打包成一个区块，并将这部分交易块片从交易块片池中删除；然后议长节点将一个区块中的交易块片的哈希按序组成数组并标上区块编号放在预准备消息中，并广播给全网的所有节点，然后所有共识的节点开启BFT共识；当一个共识组节点收集齐不少于所有节点总数的2/3的节点的准备消息后，根据相应的预准备消息中的交易块片哈希数组从自己的交易块片池中找到相应的交易块片组成一个区块放入区块池中，并从交易块片池中删除这些交易块片，此时称该从节点完成准备阶段；然后该节点向全网广播提交消息进入提交阶段；对于议长节点，只要其收集齐不少于所有节点总数的2/3的节点的准备消息即可完成准备阶段，并全网广播提交消息进入提交阶段；当任意一个共识组节点收集齐不少于所有节点总数的2/3的节点的提交消息时，即完成提交阶段，完成整个BFT共识流程。
根据本发明提供的一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统，所述区块链模块的每个区块包括区块头和区块体，所述区块体包括了所有用户信息，区块头包括哈希值、时间戳和默克尔树根哈希值，所述时间戳记录区块生成时间，所述默克尔树对交易进行校验；通过非对称加密算法的公钥和私钥对数据加密和解密，每一个用户信息包含一个私钥，所述私钥是查看用户信息的密码；通过智能合约模块将数据记录上传到区块链模块中进行储存，在数据记录上传到区块链后，根据其数据类型将数据存储到区块链的不同区块中，经过DPOC+BFT混合共识算法共识后出块上链存储，并且将区块链模块返回的存储内容的哈希值也存储到相应区块中作为唯一标识符；用户通过智能合约模块从区块链模块中获取所需的处理结果数据。
因此，相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明方案在原方案触发计算机制基础上增加了定时清算机制，当清算时间设定在夜间低访问峰值时，可与正常访问峰值时间形成有效的错峰计算，在提升夜间低访问峰值时的计算存储资源利用率的同时，一次性清算历史积累的待计算批次数据，有效降低了正常访问峰值时间高并发造成的链上TPS负荷以及网络拥堵的概率，实现了业务需求与链上算力资源的高效匹配，提升了用户触发计算时的执行时效与用户体验；
2. 本发明提供的定时清算机制与DPOC+BFT混合共识机制在时间设定上的结合，为共识选举程序提供了最新且完整的节点用户贡献数据，保障了共识选举所需数据的公平性与时效性；
3. 本发明提供的定时清算机制与DPOC+BFT混合共识机制的系统运行组合，通过减少日常并发数据量与提升链上TPS数量，大幅提升了业务执行时效，减少了用户查询等待时长，用户体验更好；
4. 本发明提供的DPOC+BFT混合共识：与POW、POS和PBFT等单一共识机制不同，本发明采用DPOC共识算法与BFT共识算法的混合使用模型，前者在维护去中心化基础上提升效率，后者在前者效率基础上进一步巩固安全，相比单一共识机制能够更好兼顾去中心化、效率与安全，突破区块链不可能三角难题；
5. 本发明提供的委托代表机制与POW和POS的全网节点参与共识不同，本发明共识机制采用委托代表节点、公开投票、随机散列抽签的机制选举共识组节点成员，在维护去中心化与安全的基础上，始终控制共识组节点在一定数量，能有效缩短共识环节出块时间，提升了区块链TPS效率；
6. 本发明提供的多方共治模式与公链无监管和联盟链弱中心不同，本发明共识机制采用出自相对不同利益阶层代表的议员节点与观察节点共治的共识模式，相比联盟链，节点组网门槛更低、准入更开放、去中心化程度与共识度更高，更加适用于大规模终端用户使用场景；同时引入监管方节点，有利于发生网络纠纷时快速取证仲裁，解决公链治理难题；
7. 本发明基于多节点的监测和链上数据进行对比，从而确定区块链的隐私交易，同时能够实现动态更新隐私交易的探测结果；
8. 本发明既保证了BFT算法的有效性，同时又解决了BFT算法广播机制存在冗余的问题，提高了区块链节点带宽利用率，是BFT共识体系下区块链技术的大突破。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统实施例的原理图。
图2是本发明一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统实施例中关于DPOC+BFT混合共识机制的流程示意图。
图3是本发明一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统实施例中关于现有技术方法与本发明方案的计算执行效果对比的示意图。
图4是本发明一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统实施例中关于DPOC+BFT混合共识机制的原理图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
参见图1与图2，本发明提供的一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统，包括：
客户端模块、业务模块、智能合约模块、共识机制模块、区块链模块，客户端模块用于提供一用户前端的可视化界面，并通过api接口与业务模块进行通信交互，其中，该可视化界面用于用户进行系统注册、访问与交互操作以及进行节点记账功能启动与参与节点投票。可见，客户端模块主要提供了用户进行系统注册、访问与交互操作（如获取任务、获取贡献、查询分配结果）以及进行节点记账功能启动与参与节点投票的用户前端可视化界面，通过api接口实现与业务模块的通信交互，由前端语言实现，如Vue。同时，拥有启动本地终端服务器成为区块链网络记账节点与参与节点投票的后端功能，通过P2P协议与其他记账节点通信交互，由后端语言实现，如C++。
其中，业务模块执行业务相关程序，可注册用户ID，可获取最新活跃用户，还可执行活跃用户触发计算机制，根据活跃用户的触发次序依次将权重分配计算所需的数据项作为智能合约模块的数据输入；同时，有独立的服务器与数据后台，可调用智能合约并与区块链节点连接，由后端语言及相应开发包实现，如Java、Javasdk和web3j。其中，活跃用户代指用户行为触发活跃条件的用户，如当前访问系统或当前进行分配结果查询操作的用户，活跃条件可根据实际业务需求进行不同的设定。其中，输入智能合约模块的数据包含活跃用户ID、批次ID、批次下的数据项（用户贡献、总贡献与分配额）。
在本实施例中，智能合约模块用于调用权重分配计算程序，对业务模块输入的最新数据进行权重分配计算，并将计算结果数据发送到共识机制模块进行区块数据验证与节点共识；其中，权重分配算式可统一简化为“（用户贡献/总贡献）*分配额=分配结果”；其中，贡献代指用户在分配系统中统一的权重计量单位，包括但不限于工分、积分、评分、份额等替代名称范畴。
在本实施例中，共识机制模块内置有DPOC+BFT混合共识算法，用于执行：
基于定时清算机制设定的特定时间点（如夜间3点）和特定维护间隔时间（如1天），当定时清算任务触发时，启动DPOC（Delegated-Proof-Of-Contribution,委托贡献证明）共识算法程序，进行新一轮共识组节点的选举；在新一轮共识组组建完成的同时上一轮共识组自动解散，并启动BFT（Byzantine-Fault-Tolerance，拜占庭容错）共识算法程序，进行多轮的区块共识验证。
在本实施例中，业务模块内置定时清算机制，用于执行：
设定特定时间点（如夜间3点）和特定维护间隔时间（如1天），从特定时间点开始并且每隔一个特定维护间隔时间，自动触发定时清算任务，将业务模块中存储的尚未被触发计算的所有用户批次数据输入并调用智能合约模块；其中，输入智能合约模块的用户批次数据包含用户ID、批次ID、批次下的数据项（用户贡献、总贡献与分配额）。
在本实施例中，启动DPOC共识算法程序，包括：
设定参与共识组节点选举的贡献值资格参数；
每隔一个特定维护间隔时间，自动根据业务模块输入的最新数据，查询所有已启动节点记账功能且最新贡献值大于贡献值资格参数的节点用户；其中，根据最新贡献值大小，从拥有共识选举资格的记账节点中，挑选出新一轮选举候选节点；
所有节点用户对候选节点进行投票；
截止投票时间，统计投票数量，根据统计结果将获票数由高到低挑选出N个节点标注为议员节点，所有节点签名验证，将议员节点加入共识组；
查询所有非议员节点，通过散列抽签算法从所有非议员节点中挑选出Y个观察节点加入共识组；
通过查询并验证将持有特定监管资质证书的若干个监管节点加入共识组，共识组组建完成，启动BFT共识算法程序。
具体的，DPOC共识算法程序功能包括：
系统可设定参与共识选举的贡献值资格参数；
每隔一个特定维护间隔时间，自动根据业务模块输入的最新数据，查询所有已启动节点记账功能且最新贡献值大于资格参数的的节点用户，贡献值取值由大到小选出若干个节点，标注为本届选举候选节点，所有节点签名验证；
设定小于特定维护间隔时间的投票时间，所有节点用户可对候选节点进行投票，投票时需进行签名验证，一个节点可投一票，可自动跟随系统默认规则投票（如随机投给贡献值大小排在前若干名的节点），也可在客户端进行手动选择投票；
截止投票时间，统计投票数量，根据统计结果将获票数由高到低选出N个节点标注为议员节点，所有节点签名验证，将议员节点加入共识组；
查询所有非议员节点，通过散列抽签算法挑选出Y个节点标注为观察节点，Y数量满足N/2<Y<2N，所有节点签名验证，将观察节点加入共识组。
进一步的，查询并验证持有特定监管资质证书的若干个监管节点，所有节点签名验证，将监管节点加入共识组。
在本实施例中，启动BFT共识算法程序，包括：
共识组通过散列抽签算法从议员节点中挑选出新一轮议长节点；
该议长节点在特定时间内打包生成区块，共识组节点通过广播验证该议长节点是否在特定时间内打包生成区块；
将共识组节点对议长节点生成的区块进行BFT共识验证，并验证在特定时间内是否2/3以上节点达成共识；
如是，则共识组节点将达成共识的区块上链并广播同步至全网节点；
新一轮共识组产生，本轮共识组解散，启动下一轮共识选举。
其中，区块链模块由多个分布式的区块链记账节点组成，用于存储分配结果数据、智能合约模块和共识机制模块的运行环境，作为去中心化的服务器与数据后台。
其中，通过散列抽签算法，随机挑选部分议员和观察员组成若干的共识组，每个共识组的议员或观察员占比不得少于1/3。共识组进行BFT共识。在议员中选举出议长。议长提议生成区块，其他议员和观察员进行区块验证，在2/3以上节点验证通过后，生成该共识组所对应的候选区块。共识组数量的多少没有固定，根据网络情况进行动态调节，以保证正常出块。最后，候选区块并不会自动成为正式区块，还需要通过散列抽签函数从所有共识组产生的候选区块中选择正式区块。如果出现区块共识在一定时间内无法达成的情况，会启动RESET机制。所有议员进行一轮BFT共识，产生一个RESET区块，重新组成共识组，恢复网络正常运行。
其中，在查询并验证持有特定监管资质证书的若干个监管节点时，监管节点对区块链网络中全量数据拥有访问权限，基于监管节点之间的共识机制进行结果的验证，广播结果的验证结果，通过区块链共识、加密机制保障交易数据的真实可信。
在本实施例中，基于活跃用户的触发计算机制的系统运行步骤包括：
用户通过客户端模块访问系统或进行分配结果查询等操作；
业务模块通过客户端模块的用户行为获取到最新活跃用户，执行触发计算机制，将权重分配计算所需的数据输入智能合约模块；
智能合约模块调用权重分配计算程序，对业务模块输入的最新数据进行权重分配计算，并将计算结果数据发送到共识机制模块；
共识机制模块基于DPOC+BFT混合共识算法对最新区块进行数据验证与节点共识，将达成2/3以上共识的区块存储到区块链模块中；
在区块链模块数据更新后进行全网节点广播，实现分配计算结果数据的分布式共识，用户可通过客户端模块查询分配结果。
在本实施例中，基于定时清算机制结合DPOC+BFT混合共识算法的系统运行步骤包括：
业务模块触发定时清算任务，将尚未被触发计算的所有用户批次数据输入并调用智能合约模块；
共识机制模块启动DPOC共识算法程序，进行新一轮共识组节点的选举；
在共识组组建完成后，启动BFT共识算法程序，将达成2/3以上共识的区块存储到区块链模块中；
区块链模块的数据更新后，共识组向全网节点广播，实现区块链分布式共识。
在本实施例中，还执行：
将各用户节点对应的交易内存池中的所有交易数据同步至总节点交易内存池中；
根据各节点的交易数据，获取整个P2P网络中完整的公共交易内存池的交易数据，并将公共交易内存池的交易数据与链上的交易数据进行对比；
根据对比结果将各节点对应的内存池中监测不到的交易数据标注为隐私交易数据；
根据各节点标注的隐私交易数据进行数据分析，生成对应的隐私交易数据的探测信息。
具体的，首先，对多节点交易内存池的聚合，同步它们交易内存池中的所有交易到总节点交易池中；在部署多个节点时可以根据预设配置信息进行部署，其中，预设配置信息包括：部署区域及对应的客户端版本信息等。然后，对总节点交易池和链上交易的对比，即基于部署的节点获取的交易数据能够获取整个P2P网络中一个相对完整的公共交易内存池的交易，并将该交易数据与链上的交易数据进行对比，且将所有节点内存池中监测不到的交易信息标注为隐私交易；最后，生成隐私交易的相关数据，即基于获取的隐私交易通过区块链能够获取隐私交易相关的一系列分析数据，包括隐私交易的详细交易信息、含有隐私交易的区块以及对应的用户信息等，此外还能获取隐私交易中DeFi相关的信息（如DeFi服务、交换Token类型和DeFi中存在的攻击事件等）。
在本实施例中，通过全部验证的交易被放到总节点交易内存池中；当交易内存池中存储的交易数量达到交易内存池的大小限制或者规定时间窗口中不再接收到新的交易后，该节点将这部分交易打包成一个块片，放入交易块片池中，并将该交易块片广播给所有的节点，同时删除交易池中已被打包成交易块片的交易；且一个节点接收到其他节点的交易块片，均会将该交易块片放入自己的交易块片池中；
当议长节点的交易块片池中得到一定量的交易块片或者在规定时间窗口中不再接收到新的交易块片后，议长节点将这部分交易块片进行排序后打包成一个区块，并将这部分交易块片从交易块片池中删除；然后议长节点将一个区块中的交易块片的哈希按序组成数组并标上区块编号放在预准备消息中，并广播给全网的所有节点，然后所有共识的节点开启BFT共识的三阶段流程，即预准备、准备、提交三阶段，此时议长节点已经完成预准备阶段而其他议员节点还处于等待状态；
当议员节点接收到来自议长节点的预准备消息后该议员节点也完成预准备阶段，并向全网广播准备消息，标识进入准备阶段；
当一个共识组节点收集齐不少于所有节点总数的2/3的节点的准备消息后，根据相应的预准备消息中的交易块片哈希数组从自己的交易块片池中找到相应的交易块片组成一个区块放入区块池中，并从交易块片池中删除这些交易块片，此时称该从节点完成准备阶段；然后该节点向全网广播提交消息进入提交阶段；对于议长节点，只要其收集齐不少于所有节点总数的2/3的节点的准备消息即可完成准备阶段，并全网广播提交消息进入提交阶段；
当任意一个共识组节点收集齐不少于所有节点总数的2/3的节点的提交消息时，即完成提交阶段，完成整个BFT共识流程，此时将该轮共识确定的区块提交到执行模块进行执行和写块，在该区块写入区块链中后，该节点将该区块从区块池中删除。
因此，本实施例既保证了BFT算法的有效性，同时又解决了BFT算法广播机制存在冗余的问题，提高了区块链节点带宽利用率，是BFT共识体系下区块链技术的大突破。
在本实施例中，区块链模块的每个区块包括区块头和区块体，所述区块体包括了所有用户信息，区块头包括哈希值、时间戳和默克尔树根哈希值，所述时间戳记录区块生成时间，所述默克尔树对交易进行校验；通过非对称加密算法的公钥和私钥对数据加密和解密，每一个用户信息包含一个私钥，所述私钥是查看用户信息的密码；通过智能合约模块将数据记录上传到区块链模块中进行储存，在数据记录上传到区块链后，根据其数据类型将数据存储到区块链的不同区块中，经过DPOC+BFT混合共识算法共识后出块上链存储，并且将区块链模块返回的存储内容的哈希值也存储到相应区块中作为唯一标识符；用户通过智能合约模块从区块链模块中获取所需的处理结果数据。可见，通过共识机制在区块链共识层促进各节点达成共识，分别记录所有上链数据且保持全部数据状态一致，共识机制为某个节点在记录数据时，其所记录的数据需要取得区块链中大部分节点的认同，才能被记录到区块链的各节点中，接收客户端模块发送的访问或查询请求，具有唯一性的识别认证，从而方便，快捷，准确的实现用户信息安全防护。
另外，对需要共享的用户信息采用非对称加密算法生成私钥和公钥，并且将使用公钥加密后的区块数据置于服务器中进行存储。具体的，可以通过加解密组件对数据进行加解密，加解密组件是去除以传统区块链的获取虚拟货币的方式进行加解密码规则，避开了区块链技术必须需要获取虚拟货币的限制，可以独立实现通过区块链底层核心加解密技术，对椭圆曲线算法(Elliptic Curve Algorithm)进行改造，加入安全散列算法(SecureHashing Algorithm)增加算法深度，以保证数据的安全性和一致性。本实施例中，改造后的算法采用非对称加密，默认使用公钥加密将待放入的区块的数据并置于服务器储存，使用对象可通过在系统上的个人私钥接口获取个人私钥，单独解密属于自己管理可看的区块数据。
如图3所示，图3描绘了原方案与本实施例方案的计算执行效果对比。图3中“用户-批次”方格矩阵内，空白方格表示尚未被触发计算的用户批次数据，灰色方格表示已被触发计算的用户批次数据，带斜杠的方格表示已被清算的用户批次数据；箭头表示计算执行的方向；1-4批次产生于前一天，5-8批次产生于后一天，定时清算发生在4批次产生后且5批次产生前的时间节点。
因此，通过图3的观察对比，可以发现以下特点及有益效果：
1、本实施例方案在原方案触发计算机制基础上增加了定时清算机制，当清算时间设定在夜间低访问峰值时，可与正常访问峰值时间形成有效的错峰计算，在提升夜间低访问峰值时的计算存储资源利用率的同时，一次性清算历史积累的待计算批次数据，有效降低了正常访问峰值时间高并发造成的链上TPS负荷以及网络拥堵的概率，实现了业务需求与链上算力资源的高效匹配，提升了用户触发计算时的执行时效与用户体验；
2、本实施例的定时清算机制与DPOC+BFT混合共识机制在时间设定上的结合，为共识选举程序提供了最新且完整的节点用户贡献数据，保障了共识选举所需数据的公平性与时效性；
3、本实施例的定时清算机制与DPOC+BFT混合共识机制的系统运行组合，通过减少日常并发数据量与提升链上TPS数量，大幅提升了业务执行时效，减少了用户查询等待时长，用户体验更好。
如图4所示，图4描绘了本实施例方案中DPOC+BFT混合共识机制的核心流程，其特点及有益效果包括：
1、贡献证明机制：与POW工作量证明和POS权益证明不同，本实施例的共识机制采用与自身业务特点高度相契合的用户贡献值，作为共识选举的资格证明与共识组候选人选举排名权重的证明，不涉及算力竞争能源消耗浪费与虚拟货币发行，符合绿色发展道路与监管政策方向；另外，从权重分配业务场景的经济博弈角度，贡献值越高的用户节点利益分配越多，故常常是价值分配网络的积极参与者与维护者，与区块链共识机制的安全目标一致；
2、委托代表机制：与POW和POS的全网节点参与共识不同，本实施例的共识机制采用委托代表节点、公开投票、随机散列抽签的机制选举共识组节点成员，在维护去中心化与安全的基础上，始终控制共识组节点在一定数量，能有效缩短共识环节出块时间，提升了区块链TPS效率；
3、多方共治模式：与公链无监管和联盟链弱中心不同，本实施例的共识机制采用出自相对不同利益阶层代表的议员节点与观察节点共治的共识模式，相比联盟链，节点组网门槛更低、准入更开放、去中心化程度与共识度更高，更加适用于大规模终端用户使用场景；同时引入监管方节点，有利于发生网络纠纷时快速取证仲裁，解决公链治理难题；
4、DPOC+BFT混合共识：与POW、POS和PBFT等单一共识机制不同，本实施例的共识机制采用DPOC共识算法与BFT共识算法的混合使用模型，前者在维护去中心化基础上提升效率，后者在前者效率基础上进一步巩固安全，相比单一共识机制能够更好兼顾去中心化、效率与安全，突破区块链不可能三角难题。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(装置)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上对本申请所提供的方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种基于权重分配计算场景的区块链共识机制处理系统，包括客户端模块、业务模块、智能合约模块、共识机制模块、区块链模块，其特征在于：
所述客户端模块用于提供一用户前端的可视化界面，并通过api接口与业务模块进行通信交互，其中，该可视化界面用于用户进行系统注册、访问与交互操作以及进行节点记账功能启动与参与节点投票；
所述业务模块执行业务相关程序，还可执行活跃用户触发计算机制，根据活跃用户的触发次序依次将权重分配计算所需的数据项作为智能合约模块的数据输入；
所述智能合约模块用于调用权重分配计算程序，对业务模块输入的最新数据进行权重分配计算，并将计算结果数据发送到共识机制模块进行区块数据验证与节点共识；
所述共识机制模块内置有DPOC+BFT混合共识算法，用于执行：
基于定时清算机制设定的特定时间点和特定维护间隔时间，当定时清算任务触发时，启动DPOC共识算法程序，进行新一轮共识组节点的选举；在新一轮共识组组建完成的同时上一轮共识组自动解散，并启动BFT共识算法程序，进行多轮的区块共识验证。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述业务模块内置定时清算机制，用于执行：
设定特定时间点和特定维护间隔时间，从特定时间点开始并且每隔一个特定维护间隔时间，自动触发定时清算任务，将业务模块中存储的尚未被触发计算的所有用户批次数据输入并调用智能合约模块；其中，输入智能合约模块的用户批次数据包含用户ID、批次ID、批次下的数据项。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述启动DPOC共识算法程序，包括：
设定参与共识组节点选举的贡献值资格参数；
每隔一个特定维护间隔时间，自动根据业务模块输入的最新数据，查询所有已启动节点记账功能且最新贡献值大于贡献值资格参数的节点用户；其中，根据最新贡献值大小，从拥有共识选举资格的记账节点中，挑选出新一轮选举候选节点；
所有节点用户对候选节点进行投票；
截止投票时间，统计投票数量，根据统计结果将获票数由高到低挑选出N个节点标注为议员节点，所有节点签名验证，将议员节点加入共识组；
查询所有非议员节点，通过散列抽签算法从所有非议员节点中挑选出Y个观察节点加入共识组；
通过查询并验证将持有特定监管资质证书的若干个监管节点加入共识组，共识组组建完成，启动BFT共识算法程序。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述启动BFT共识算法程序，包括：
通过散列抽签算法从议员节点中挑选出新一轮议长节点；
该议长节点在特定时间内打包生成区块，共识组节点通过广播验证该议长节点是否在特定时间内打包生成区块；
将共识组节点对议长节点生成的区块进行BFT共识验证，并验证在特定时间内是否2/3以上节点达成共识；
如是，则共识组节点将达成共识的区块上链并广播同步至全网节点；
新一轮共识组产生，本轮共识组解散，启动下一轮共识选举。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述区块链模块由多个分布式的区块链记账节点组成，用于存储分配结果数据、智能合约模块和共识机制模块的运行环境，作为去中心化的服务器与数据后台。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
基于活跃用户的触发计算机制的系统运行步骤包括：
通过客户端模块访问系统或进行分配结果查询的操作；
业务模块通过客户端模块的用户行为获取到最新活跃用户，执行触发计算机制，将权重分配计算所需的数据输入智能合约模块；
智能合约模块调用权重分配计算程序，对业务模块输入的最新数据进行权重分配计算，并将计算结果数据发送到共识机制模块；
共识机制模块基于混合共识算法对最新区块进行数据验证与节点共识，将达成2/3以上共识的区块存储到区块链模块中；
在区块链模块数据更新后进行全网节点广播，实现分配计算结果数据的分布式共识，用户可通过客户端模块查询分配结果。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
基于定时清算机制结合DPOC+BFT混合共识算法的系统运行步骤包括：
业务模块触发定时清算任务，将尚未被触发计算的所有用户批次数据输入并调用智能合约模块；
共识机制模块启动DPOC共识算法程序，进行新一轮共识组节点的选举；
在共识组组建完成后，启动BFT共识算法程序，将达成2/3以上共识的区块存储到区块链模块中；
区块链模块的数据更新后，共识组向全网节点广播，实现区块链分布式共识。
8.根据权利要求1至7任一项所述的系统，其特征在于，还执行：
将各用户节点对应的交易内存池中的所有交易数据同步至总节点交易内存池中；
根据各节点的交易数据，获取整个P2P网络中完整的公共交易内存池的交易数据，并将公共交易内存池的交易数据与链上的交易数据进行对比；
根据对比结果将各节点对应的内存池中监测不到的交易数据标注为隐私交易数据；
根据各节点标注的隐私交易数据进行数据分析，生成对应的隐私交易数据的探测信息。
9.根据权利要求1至7任一项所述的系统，其特征在于：
通过全部验证的交易被放到总节点交易内存池中；当交易内存池中存储的交易数量达到交易内存池的大小限制或者规定时间窗口中不再接收到新的交易后，该节点将这部分交易打包成一个块片，放入交易块片池中，并将该块片广播给所有的节点，同时删除交易池中已被打包成交易块片的交易；且一个节点接收到其他节点的交易块片，均会将该交易块片放入自己的交易块片池中；
当议长节点的交易块片池中得到一定量的交易块片或者在规定时间窗口中不再接收到新的交易块片后，议长节点将这部分交易块片进行排序后打包成一个区块，并将这部分交易块片从交易块片池中删除；然后议长节点将一个区块中的交易块片的哈希按序组成数组并标上区块编号放在预准备消息中，并广播给全网的所有节点，然后所有共识的节点开启BFT共识；
当一个共识组节点收集齐不少于所有节点总数的2/3的节点的准备消息后，根据相应的预准备消息中的交易块片哈希数组从自己的交易块片池中找到相应的交易块片组成一个区块放入区块池中，并从交易块片池中删除这些交易块片，此时称该节点完成准备阶段；然后该节点向全网广播提交消息进入提交阶段；对于议长节点，只要其收集齐不少于所有节点总数的2/3的节点的准备消息即可完成准备阶段，并全网广播提交消息进入提交阶段；
当任意一个共识组节点收集齐不少于所有节点总数的2/3的节点的提交消息时，即完成提交阶段，完成整个BFT共识流程。
10.根据权利要求1至7任一项所述的系统，其特征在于：
所述区块链模块的每个区块包括区块头和区块体，所述区块体包括了所有用户信息，区块头包括哈希值、时间戳和默克尔树根哈希值，所述时间戳记录区块生成时间，所述默克尔树对交易进行校验；通过非对称加密算法的公钥和私钥对数据加密和解密，每一个用户信息包含一个私钥，所述私钥是查看用户信息的密码；通过智能合约模块将数据记录上传到区块链模块中进行储存，在数据记录上传到区块链后，根据其数据类型将数据存储到区块链的不同区块中，经过DPOC+BFT混合共识算法共识后出块上链存储，并且将区块链模块返回的存储内容的哈希值也存储到相应区块中作为唯一标识符；用户通过智能合约模块从区块链模块中获取所需的处理结果数据。
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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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