[發明專利]一種在網絡級采用硬件實現共識驗證的方法

有效

• 申請號: 201710270949.7
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107046542B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 孫羽羿;黃步添;王備;王云霄;楊文龍;陳建海
• 申請（專利權）人: 杭州云象網絡技術有限公司
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04L12/24;H04L29/08
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

1.一種在網絡級采用硬件實現共識驗證的方法，包括如下步驟：

(1)構建在網絡級采用FPGA實現共識驗證的系統運行框架，具體實現方法為：在網絡中布置一定量的FPGA作為節點，任意兩個FPGA節點之間存在通道可進行交互，各FPGA節點均通過連接交換機以實現同一時刻多對端口之間的數據傳輸，FPGA節點利用其內部BRAM緩沖區較小的特點，以釋放DRAM內存空間用于共識和應用邏輯的執行；

(2)FPGA節點之間通過執行TCP/IP協議進行點對點連接，具體實現方法如下：由FPGA節點內部緩沖區動態分配TCP會話，使客戶端請求數據小于以太網MTU大小；FPGA節點只與其他節點之間相互重傳，而不考慮與客戶端之間的超時設定，以減少TCP的壓棧；通過硬件實現網絡協議允許建立兩條真正的數據流通道對應實現隔離發送和接收路徑，兩條通道互不影響對方且通過數據結構共享連接狀態；

(3)FPGA節點采用ARP、ICMP及DHCP輔助TCP/IP協議與其他FPGA節點交互，縮短TCP/IP堆棧，使FPGA處于真實網絡中，具體實現方法為：在FPGA設備間進行點對點通信，如果數據因為緩存空間不足或線路中斷而丟失，則通過ICMP向數據的源端報告，相關事件接收方會發送重發請求的通知；發送數據包時，若發送方沒有接收方的MAC地址但知道接收方的IP地址，則廣播一個請求接收方MAC地址的消息；由DHCP服務器為FPGA節點分配一個空閑的IP地址，并打上有效時間戳；在ARP、ICMP、DHCP這些協議上發送和接收數據時，應用程序使用會話與網絡堆棧通信，再直接將數據轉發到特定應用程序的網絡模塊中；數據包在以太網上直接傳播的過程中，利用序列號來探測數據是否丟失，所述序列號隨著邏輯請求的增加而增加；

(4)FPGA節點將數據消息轉化為滿足共識協議需要的報文格式，具體實現方法為：將數據消息分為需要的模塊，用Metadata表示傳輸的元數據，用Payload表示有效載荷；規范共識協議中的組成部分，用Signature表示節點與節點交互的數字簽名，用Timestamp表示消息的時間戳，用Cert表示FPGA加入網絡注冊需要的證書；

(5)在加入網絡的FPGA節點生成注冊證書的前提下，首先選出領導節點，由領導節點將需要廣播的數據消息使用哈希函數SHA-256生成摘要，然后生成一個隨機數nonce并利用硬件加密模塊進行ECDSA計算，生成對摘要的簽名，進而采用PBFT、SBFT或RBFT的區塊鏈共識協議對簽名后的數據信息進行傳遞廣播；其他FPGA節點收到數據信息后，驗證簽名是否是數據發出者的，確定數據合法性，然后發出收到消息的反饋通知并對數據進行投票工作。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述數據結構包括會話查找表、端口狀態表以及由定時器支持的事件引擎；其中，會話查找表包含IP地址、目的地址和源端口，FPGA在實施時把其作為一個內容可尋址的存儲器；端口狀態表用于跟蹤每個TCP端口的狀態并為每個打開的TCP連接存儲狀態信息；事件引擎負責管理活動以及發送接口傳入的請求并指示相應的輸出引擎工作。