[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

本發明公開了一種在網絡級采用硬件實現共識驗證的方法，利用硬件設備FPGA作為節點，FPGA節點之間通過實現TCP/IP協議進行點對點連接，采用ARP、ICMP、DHCP輔助TCP/IP協議和其他FPGA節點交互，縮短TCP/IP堆棧，有效減少時間延遲。FPGA節點采用區塊鏈共識協議如PBFT/SBFT/RBFT等傳播消息進行共識，選出領導節點，其他節點收到共識消息后發送收到信息的反饋并投票。這些共識協議傳播過程中均經過加密并附有數字簽名，保證了數據的安全性。本發明在沒有增加數據中心的前提下，在硬件平臺實現共識協議，有效的縮短了時間延遲，達到硬件加速共識的目的。

技術領域

本發明屬于區塊鏈技術領域，具體涉及一種在網絡級采用硬件實現共識驗證的方法。

背景技術

在當前嚴格的效率要求下，數據中心面臨著越來越大的數據量和工作量復雜性的需求。為了滿足高性能、可擴展性和可伸縮性的目標，服務通常運行在數百到數千臺機器上。這就需要一些合作共識來維護機器的一致性。不可避免的性能開銷和需要的附加資源往往會降低一致性，導致較少的用戶必須建立更復雜的應用程序來處理潛在的不一致性。一致性需要的高成本來自于達成協議所需的多輪溝通，傳統的網絡棧沒有對時間延遲或者特定的通信模式進行優化，使共識協議的加速變成了一個瓶頸。

如今各式的硬件是當前一個日益可行的選擇，能夠在低能源成本下提高系統的性能。除了考慮性能及效率之外，對于智能網絡，可以在網絡中加入節點，使用中間件來定制它的應用，所以要想把共識作為網絡的一種屬性，而不是只讓它在應用層上實現，需要在實現的復雜度和中間件可達到的吞吐量中找到平衡點，則在網絡中加入區塊鏈共識協議提高系統效率是很好的選擇，如PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance，實用拜占庭容錯算法)/SBFT(Simple Byzantine Fault Tolerance，簡化拜占庭容錯算法)/RBFT(Redundant Byzantine Fault Tolerance，冗余拜占庭容錯算法)等共識協議，而FPGA(Field-Programmable Gate Array，現場可編程門陣列)具有低功耗的特點，不受傳統的CPU在數據處理方面的線速限制，在上面運行共識協議能夠降低時間延遲，通過擴展中間件的功能或添加廉價的共識給網絡處理節點，將共識協議更多的價值推廣到網絡。

發明內容

鑒于上述，本發明提出了一種在網絡級采用硬件實現共識驗證的方法，不增加數據中心的容量，在FPGA上實現PBFT/SBFT/RBFT等區塊鏈共識協議，降低了時間延遲。

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；

(2)FPGA節點之間通過執行TCP/IP(Transmission Control Protocol/InternetProtocol，傳輸控制協議/因特網互聯協議)協議進行點對點連接；

(3)FPGA節點采用ARP(Address Resolution Protocol，地址解析協議)、ICMP(Internet Control Message Protocol，Internet控制報文協議)、DHCP(Dynamic HostConfiguration Protocol，動態主機配置協議)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；

(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；

(5)由FPGA節點采用PBFT、SBFT或RBFT的區塊鏈共識協議對數據消息進行傳遞廣播，其他FPGA節點收到后發送反饋并進行投票。