TWI682346B - 區塊鏈的產生方法及系統 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種區塊鏈的生成方法，其包含以下步驟：多個節點分別獲取複數筆資料並生成多個區塊；區塊互相確認以形成區塊網；壓實區塊網以產生區塊鏈；以及，選擇區塊鏈中之複數個第一區塊作為主鏈，並且根據主鏈中的各第一區塊的被確認時間計算出區塊鏈中所有區塊的時間標籤。藉此，可得到區塊鏈中所有已確認之區塊的生成時間。

Description

區塊鏈的產生方法及系統

本發明關於一種區塊鏈產生方法及系統，並且特別地，關於一種可獲得區塊鏈中已確認區塊之生成時間的區塊鏈產生方法及系統。

近年來，區塊鏈技術成為極為重要的新創技術，其起源於虛擬貨幣：比特幣。至今，各種虛擬貨幣(Crypto Currency)已經在網際網路上大量使用和流行，如比特幣、以太幣、萊特幣、瑞波幣等，且這些虛擬貨幣的日交易額超過千萬美元，並且仍在不斷增長中。目前已有多間著名公司和機構支持使用比特幣或其他虛擬貨幣作為交易貨幣，未來可能會有更多公司或機構加入。然而，虛擬貨幣與一般貨幣不同，並沒有實體，但虛擬貨幣及其交易的可信賴度可依靠區塊鏈技術來支持。

區塊鏈技術是一種不依賴第三方、通過自身分散式節點進行網路數據的存儲、驗證、傳遞和交流的一種技術方案。因此，有人從金融會計的角度，把區塊鏈技術看成是一種分散式開放性去中心化的大型網路記賬薄(公開帳本)，任何人任何時間都可以採用相同的技術標準加入自己的信息，延伸區塊鏈，持續滿足各種需求帶來的數據錄入需要。

例如，比特幣使用的公開帳本是一套基於工作量證明(Proof-of-Work)機制的分散式存儲方案，通常具有極高的安全性和抗攻擊特 性。要對比特幣區塊鏈的安全性形成有效攻擊，需要高達數千TH/s以上的計算能力，這已經超過了當前全球前500強超級電腦的計算能力總和的百倍。

在區塊鏈的技術中，每台連接到區塊鏈網路的電腦都可以形成一個節點以從區塊鏈網路上獲取信息或資料，例如獲得交易資料等，接著節點可將這些資料進行包含雜湊(Hash)運算等出塊程序或區塊產生程序以產生新區塊，並將新產生的區塊連接於該節點所儲存之區塊鏈的最後端。除了信息或資料本身的雜湊運算之外，在前述比特幣所採用的區塊鏈系統中還採用了工作量證明機制來決定區塊是否能產生，而工作量證明係以節點解開難解的雜湊運算來達成，先達成者能取得新區塊的產生權利。因此，為了能獲得新區塊的產生權利，每個節點都會耗費大量的運算能力在工作量證明的雜湊運算上。

區塊鏈發展至今已不僅僅是用在虛擬貨幣的用途，去中心化的技術可應用多種不同的技術領域，而工作量證明也不再是產生區塊的唯一憑藉。相反地，當區塊鏈應用於其他領域時，工作量證明反而成為阻礙區塊產生的重要因素，會使資料的處理速度受到極大的限制。因此，在某些區塊鏈架構中，各節點可自行處理資料並產出區塊，在此架構下不需要工作量證明，因此節點的運算能力可由工作量證明的雜湊運算解放出來，而產生區塊的速度也將會對應地提升。

在工作量證明的區塊鏈網路架構中，先解開雜湊運算者可獲得新區塊產生權利，因此其產生的新區塊可直接得到生成的時間。然而，上述的區塊鏈架構中，由於各節點同時進行區塊產生程序而不需工作量證 明，因此各區塊的生成時間將變得難以確認。當區塊生成時間難以確認時，竄改區塊生成時間的惡意行為可能會影響區塊鏈的穩定性及不可竄改性。

因此，有必要研發一種新式的區塊鏈產生方法及系統架構，以解決上述問題。

有鑑於此，本發明之一範疇在於提供一種區塊鏈產生方法，可用來產生區塊鏈並得到區塊鏈中所有區塊之時間標籤。

根據本發明之一具體實施例，區塊鏈產生方法包含以下步驟：多個節點分別基於區塊鏈協定自網路中獲取多筆資料，並且各節點所獲取的資料不重複；各節點根據所接收到的資料進行區塊產生程序以產生多個區塊，每一節點所產生的區塊互相連接形成節點區塊鏈，並且每個節點區塊鏈上的區塊與其他節點區塊鏈上的區塊互相確認而形成區塊網；壓實區塊網以形成區塊鏈；以及，選擇區塊鏈中的多個第一區塊作為主鏈，並根據各第一區塊的多個被確認時間點算出區塊鏈中所有區塊鏈的時間標籤。

本發明之另一範疇在於提供一種區塊鏈產生系統，可用來產生區塊鏈並得到區塊鏈中所有區塊之時間標籤。

根據本發明之另一具體實施例，區塊鏈產生系統可包含區塊鏈網路以及與區塊鏈網路連接的多個節點，其中各節點可自區塊鏈網路接收並處理資料以產生多個區塊，且將產生的區塊互相連接形成節點區塊鏈。各節點區塊鏈的區塊與其他節點區塊鏈的區塊互相確認以形成區塊網，且各節點可分別壓實區塊網而產生區塊鏈。此外，各節點可選擇區塊 鏈中的多個第一區塊作為主鏈，並且根據各第一區塊的被確認時間來計算出所有區塊的時間標籤。

綜上述，本發明之區塊鏈產生方法及系統，可有效率地產生區塊並得到每個區塊的時間標籤。

S10~S16、S160~S164、S166‧‧‧流程步驟

2‧‧‧區塊鏈產生系統

20‧‧‧區塊鏈網路

22‧‧‧節點

B1~B6‧‧‧區塊

C’‧‧‧節點區塊鏈

L‧‧‧區塊網

C‧‧‧區塊鏈

圖1係根據本發明之一具體實施例之區塊鏈產生方法的步驟流程圖。

圖2係繪示圖1之區塊鏈產生方法進一步的步驟流程圖。

圖3係繪示根據本發明之另一具體實施例之區塊鏈產生方法的步驟流程圖。

圖4係繪示根據本發明之另一具體實施例之區塊鏈產生系統的示意圖。

圖5係繪示圖4之節點產生之區塊鏈的示意圖。

為了讓本發明的優點，精神與特徵可以更容易且明確地了解，後續將以具體實施例並參照所附圖式進行詳述與討論。值得注意的是，這些具體實施例僅為本發明代表性的具體實施例，其中所舉例的特定方法、裝置、條件、材質等並非用以限定本發明或對應的具體實施例。又，圖中各裝置僅係用於表達其相對位置且未按其實際比例繪述，合先敘明。

請參考圖1，圖1係根據本發明之一具體實施例之區塊鏈產生方法的步驟流程圖。於本具體實施例中，區塊鏈產生方法可透過區塊鏈產生系統來達到，而此區塊鏈產生系統包含了區塊鏈網路及連接區塊鏈網路的多個節點。於實務中，區塊鏈網路並非獨立的網路系統，其係於網際網 路基於區塊鏈協定而形成的，而節點可為連接區塊鏈網路或網際網路的電腦主機。區塊鏈網路中儲存多筆資料，這些資料可根據不同的應用領域而包含不同的形式或內容，例如，這些資料可為金融交易資料、醫療病歷、身分驗證資料、學歷資料或人工智慧學習資料等。

如圖1所示，區塊鏈產生方法包含以下步驟：於步驟S10，各節點分別基於區塊鏈協定自區塊鏈網路中獲取多筆資料，並且每一節點所獲取的資料不重複；於步驟S12，各節點分別對接收到的資料進行區塊產生程序而形成多個區塊，每一節點中形成的區塊互相連接而形成各節點自己的節點區塊鏈，且每一節點區塊鏈中的區塊與其他節點區塊鏈的區塊互相確認形成區塊網；於步驟S14，壓實區塊網以產生區塊鏈；以及，於步驟S16，選擇區塊鏈中之多個區塊做為第一區塊，並根據各第一區塊被其他區塊所確認的被確認時間計算出區塊鏈中的所有區塊的時間標籤。以下對各步驟進行詳細的說明。

於步驟S10中，各節點可基於同一個區塊鏈協定來獲取如前述的金融交易資料、醫療病歷、身分驗證資料、學歷資料或人工智慧學習資料等等，以將這些資料進行處理並產生區塊。為了避免重複處理造成計算能力的浪費，各節點所獲取的資料並不會重複。

於步驟S12中，各節點可將所獲取的資料進行區塊產生程序來產生多個區塊。詳言之，各節點可將所獲取的資料批次進行加密運算等產生區塊所必要的計算，使資料可被寫入不同的區塊中。當各節點產生一新區塊時，可將此新區塊連接於該節點中前一個產生的區塊而形成各節點自己的節點區塊鏈。此外，各節點產生新區塊時，可對區塊鏈網路發出廣 播，而廣播的內容包含了此新區塊的相關資訊，例如新區塊的創建者代碼(Block Proposer ID)、該區塊之雜湊值(Block Hash)、該區塊之前一區塊之雜湊值(Previous Block Hash)、創建者簽名(Signature)、區塊高度(Block Height)、以及確認資料(Acks)等。當其他節點接收到前述廣播時即確認了此新區塊，並於此時產生關於此新區塊的被確認時間，且當其他節點產生新區塊時也會將廣播中的資訊寫入新區塊中，因此，各節點間的區塊可互相確認而形成區塊的網狀結構，亦即區塊網(Blocklattice)。另外，為了解決拜占庭將軍問題，可設定當一個新產生區塊被區塊鏈網路中超過總數量之三分之二的其他節點確認無誤時，此新產生區塊即成為一個已確認區塊，亦即一個可信賴的區塊。

當區塊網產生後，步驟S14中可壓實此區塊網以產生區塊鏈。實務中，各節點除了自身的節點區塊鏈之外，還可自區塊鏈網路接收其他節點的節點區塊鏈，換言之，各節點分別儲存了相同的區塊網，而前述壓實之步驟可由各節點依照相同的演算法(全局排序演算法)來對同樣的區塊網進行壓實，因此各節點所產生的區塊鏈相同。請注意，上述的演算法也可同時對區塊鏈中的各區塊進行排序

接著，於步驟S16中，各節點可選擇區塊鏈中的複數個區塊形成主鏈，於此為了方便說明，被選擇出的區塊可稱為第一區塊。如前所述，當一節點產生第一區塊時會對其他節點進行廣播，而其他節點接收到廣播時可記錄接收到廣播的時間並將其作為此第一區塊的被確認時間點。接著，各節點可以第一區塊的被確認時間點計算出區塊鏈中所有區塊的時間標籤。實務中，第一區塊的被確認時間可做為第一區塊的時間標籤，並 代表了第一區塊成為已確認區塊的時間，換言之，可視為第一區塊實際的生成時間。藉此，本具體實施例之區塊鏈產生方法可有效地產生區塊，並得到各區塊的生成時間。

於本具體實施例中，主鏈中之第一區塊並非任意選擇的。請參照圖2，圖2係繪示圖1之區塊鏈產生方法進一步的步驟流程圖。如圖2所示，本具體實施例之區塊鏈產生方法之步驟S16可進一步包含以下步驟：步驟S160，於步驟S160，各節點以區塊鏈中之最早區塊開始依序選擇直接確認前一區塊的待選擇區塊中之一者做為第一區塊；步驟S162，各節點根據第一區塊的被確認時間點計算出該區塊鏈中之第一區塊的時間標籤；以及步驟S164，各節點根據第一區塊的時間標籤以內插法計算出其他區塊的時間標籤。

於步驟S160中，區塊鏈中之最早提出的區塊首先可被選為第一區塊。最早區塊可被多個不同節點所提出的區塊確認，這些直接確認最早區塊之區塊中的一者也可被選擇做為第一區塊，而第二個第一區塊同樣可被多個區塊直接確認而進一步再選出第三個第一區塊。重複以上的選擇方式可選出多個透過確認動作而互相連接的第一區塊，並且這些第一區塊可作為主鏈。

如前所述，第一區塊可根據各自的被確認時間來得到第一區塊的時間標籤，因此，區塊鏈中的其他區塊的時間標籤即可根據這些第一區塊的時間標籤透過內插法計算得到，如步驟S164所述。詳言之，當區塊網被壓實成區塊鏈時，各區塊即於該區塊鏈上依序排列，因此非第一區塊之區塊的時間標籤可透過最相鄰於此區塊的兩個第一區塊的時間標籤以內 插法計算而得到。藉此，所有區塊的時間標籤可被確定。

於實務中，由於各節點之間係以區塊鏈網路或網際網路互相連接，因此由一節點所發出的廣播被不同的其他節點接收到的時間會不同，將造成單一個第一區塊具有多個不同的被確認時間的狀況。雖然時間標籤可由所有被確認時間的平均數來定義，但基於拜占庭將軍問題，不能保證所有的節點都不是惡意的，因此取平均數做為時間標籤可能會有偏離的狀況。舉例來說，若特定數量的節點刻意將其確到第一區塊的時間竄改為極端偏離其他節點確到第一區塊的時間，第一區塊之所有被確認時間的平均數將會被這些竄改的時間大幅提前或延後，導致第一區塊的時間標籤不正常，甚至影響到整個區塊鏈的區塊的時間標籤。

請參照圖3，圖3係繪示根據本發明之另一具體實施例之區塊鏈產生方法的步驟流程圖。如圖3所示，本具體實施例與上一具體實施例不同處在於本具體實施例之方法進一步包含以下步驟：步驟S166，各節點係以第一區塊被後續區塊所確認而得到的被確認時間的中位數產生此第一區塊的時間標籤。請注意，本具體實施例之區塊鏈產生方法的其他步驟係與前述具體實施例之相對應步驟大致相同，故於此不再贅述。

於本具體實施例中，步驟S166係接續於步驟S160之後續行的。如前所述，於步驟S12中各區塊可互相確認，並且當超過總數量之三分之二的其他節點確認無誤時，此新產生區塊即成為一個已確認區塊。換言之，至少總數量三分之二的被確認時間是正常而未經過竄改的。於步驟S166中，第一區塊的被確認時間的中位數會落於前述之總數量三分之二的正常的被確認時間，因此，即便有特定的節點竄改了自身確認第一區塊而得到 的被確認時間，也不會對中位數造成影響，故第一區塊的時間標籤不會受到惡意節點的影響。進一步地，接續於步驟S166後續行之步驟S164所計算得到的其他區塊的時間標籤也不會受到惡意節點的影響。

請一併參閱圖4及圖5，圖4係繪示根據本發明之另一具體實施例之區塊鏈產生系統2的示意圖，圖5係繪示圖4之節點22產生之區塊鏈C的示意圖。如圖4所示，區塊鏈產生系統2可包含區塊鏈網路20及複數個節點22，其中區塊鏈網路20中可儲存多筆資料，而節點可為電腦主機或是任何可進行區塊產生程序的計算機裝置或設備。

於本具體實施例中，各節點22可分別且不重複地獲取區塊鏈網路20中的資料，並分別以儲存於其記憶體、中央處理單元或其他儲存媒介中的區塊產生程序處理這些資料並產生多個區塊B1~B6，這些區塊B1~B6於各節點22中互相連接形成節點區塊鏈C’。此外，當各節點22新產生一區塊時，會透過區塊鏈網路20對其他節點22進行關於此區塊的廣播，令其他節點22接收到廣播時可確認此區塊，並且其他節點22可於新產生區塊時將前述廣播中的確認資訊一併寫入新產生區塊中，故可形成如圖4所示不同節點22之區塊B1~B6間互相確認的區塊網L。請注意，雖然圖4僅繪示6個區塊B1~B6，但本發明所屬技術領域中具通常知識者應當能了解一個區塊鏈產生系統所產生的區塊可大量延伸而不限於此數量。

如圖5所示，上述區塊網L可被各節點22以一全局排序演算法分別壓實形成區塊鏈C，並且被壓實的區塊鏈C中的各區塊B同時進行排序。各區塊B排序後可以B1~B6來表示，接著，各節點22可由最早的區塊B1開始選擇確認區塊B1之區塊B3、確認區塊B3之區塊B4作為第一區塊以形 成主鏈。每一個第一區塊被其他節點確認的時間如圖5右方之被確認時間向量所示，並且，各節點22選擇第一區塊之被確認時間的中位數來決定此第一區塊的時間標籤。舉例來說，區塊B1的被確認時間的中位數為1，因此其時間標籤即為1；區塊B3的被確認時間的中位數為4，因此其時間標籤即為4；區塊B4的被確認時間的中位數為5，因此其時間標籤即為5。區塊B2並未被選為第一區塊，其時間標籤可由區塊B1的時間標籤及區塊B3的時間標籤(被確認時間的中位數為4)以內插法算出為2.5。此外，於另一具體實施例中，非第一區塊的區塊也可以被確認時間的中位數作為其時間標籤，例如前述的區塊B2的被確認時間的中位數為2，因此其時間標籤也可為2。

請注意，於本具體實施例中，區塊B6尚未被總數量超過三分之二的節點22確認，因此並未計算其時間標籤。待區塊B6被總數量超過三分之二的節點確認後成為已確認區塊，則各節點22可進行前述同樣的程序而得到區塊B6的時間標籤。請注意，區塊B5並未直接確認前一個第一區塊(區塊B4)，因此其時間標籤可由最相鄰的第一區塊B4以及後續的第一區塊來決定，然而原本可能作為第一區塊的區塊B6尚未成為已確認區塊，因此區塊B5無法以內插法得到其時間標籤。於實務中，區塊B5可待下一個第一區塊形成後以內插法獲得時間標籤，或者也可直接以區塊B5的被確認時間的中位數作為其時間標籤。

綜上述，本發明之區塊鏈產生方法及系統中各節點可自行產出區塊而不需要與其他節點競爭新區塊產生權利，可大幅提升區塊產生速度。此外，各節點所產生的區塊可計算得到其生成或被確認的時間標籤，並且這些時間標籤不會被惡意竄改，保障了區塊鏈的穩定及區塊的可信度。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

S10~S16‧‧‧流程步驟

Claims (10)

1. 一種區塊鏈產生方法，執行於一區塊鏈產生系統，該區塊鏈產生系統包含複數個節點，該方法包含以下步驟：該等節點分別基於一區塊鏈協定自網路中獲取複數筆資料，該等節點所獲取的該等資料不重複；該等節點分別對所接收到的該等資料進行一區塊產生程序以產生複數個區塊，每一該等節點所產生之區塊互相連接形成一節點區塊鏈，該節點區塊鏈上之該等區塊與其他節點區塊鏈上之該等區塊互相確認而形成一區塊網；壓實該區塊網以產生一區塊鏈；以及選擇該區塊鏈中之複數個第一區塊作為一主鏈，並根據該等第一區塊的複數個被確認時間計算出該區塊鏈中之所有區塊的時間標籤。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一區塊之選擇係由該區塊鏈中之一最早區塊開始，依序選擇直接確認前一區塊的待選擇區塊中之一者作為該等第一區塊。
3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中各該等第一區塊的時間標籤係對應自身被後續之區塊所確認而得到之該等被確認時間的中位數。
4. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中在該區塊鏈中除了該等第一區塊外之一其他區塊的時間標籤，係根據該區塊鏈中位置相鄰於該其他區塊之兩個第一區塊的時間標籤以內插法計算而得出。
5. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中當該等第一區塊中之一者被超過總數量之三分之二的該等節點確認無誤時，該第一區塊之時間標籤以該等後續第一區塊所確 認之時間的中位數來決定。
6. 一種區塊鏈產生系統，包含：一區塊鏈網路，儲存有複數筆資料；以及複數個節點，連接該區塊鏈網路，用以接收該等資料並分別以一區塊產生程序處理該等資料以產生複數個區塊，每一該等節點所產生之區塊互相連接形成一節點區塊鏈，各該等節點區塊鏈上之該等區塊與其他節點區塊鏈上之該等區塊互相確認而形成一區塊網，各該等節點分別壓實該區塊網以產生一區塊鏈；其中，各該等節點選擇該區塊鏈中之複數個第一區塊作為一主鏈，並根據該等第一區塊的複數個被確認時間計算出該區塊鏈中之所有區塊的時間標籤。
7. 如申請專利範圍第6項所述之系統，其中各該等節點於產生一新區塊時發送一廣播，並且除了發出廣播之該節點外的其他節點分別於接收到該廣播時確認該新區塊並產生關於該新區塊之該被確認時間。
8. 如申請專利範圍第7項所述之系統，其中各該等節點對該第一區塊之選擇係由該區塊鏈中之一最早區塊開始，依序選擇直接確認前一區塊的待選擇區塊中之一者作為該等第一區塊。
9. 如申請專利範圍第7項所述之系統，其中各該等節點以各該等第一區塊之該等被確認時間的中位數作為對應各該等第一區塊的時間標籤。
10. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中各該等節點根據該等第一區塊的時間標籤，以內插法計算而得出該區塊鏈中之其他區塊的時間標籤。

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