[發(fā)明專利]一種基于延遲狀態(tài)共識的高效許可鏈的設計方法

有效

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• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN107688945B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發(fā)明（設計）人: 謝晗劍
• 申請（專利權）人: 杭州溪塔科技有限公司
• 主分類號: G06Q20/40
• 分類號: G06Q20/40
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 黃歡娣;邱啟旺

技術領域

本發(fā)明在原有區(qū)塊鏈模型的基礎之上，討論了在許可鏈情境下，如何處理交易排序、狀態(tài)計算和狀態(tài)共識的順序問題，以求最大限度地提高區(qū)塊鏈的計算能力和吞吐量。

背景技術

區(qū)塊鏈是一種新的分布式技術，用戶發(fā)起一個個的交易，出塊節(jié)點驗證交易的合法性，并將交易排序并打包成塊后，廣播給其他節(jié)點進行共識。目前的區(qū)塊鏈系統是同步進行交易排序和狀態(tài)共識的，均在一個塊內達成。

比特幣的區(qū)塊只存儲交易列表，而未花費貨幣列表作為全鏈的狀態(tài)并沒有在區(qū)塊里有一個顯示的記錄。出塊人打包交易時，校驗的范圍包括交易簽名，還包括該交易的輸入是否在全鏈的狀態(tài)里，如果是未花費貨幣則為合法交易，并打包交易并廣播。其他節(jié)點保留了同樣的本地未花費貨幣列表，做同樣的校驗，并修改本地狀態(tài)。區(qū)塊的交易排序，狀態(tài)計算和狀態(tài)共識是同步的，在一個區(qū)塊內完成。

以太坊的區(qū)塊存儲了交易列表，回執(zhí)root，最新狀態(tài)root。以太坊的出塊節(jié)點在打包交易時，逐個驗證交易的簽名，并計算用戶的余額是否足夠進行轉賬和支付手續(xù)費，如果滿足則加入區(qū)塊中，并修改本地的狀態(tài)，最終將回執(zhí)和最新狀態(tài)進行Merkle Patricia Tree的存證處理生成兩個root存儲于當前塊中，并廣播給其他節(jié)點驗證。其他節(jié)點根據待驗證塊的交易列表和自己本地的狀態(tài)，進行計算，比對回執(zhí)root和最新狀態(tài)root，如果一致則為合法區(qū)塊。區(qū)塊的交易排序，狀態(tài)計算和狀態(tài)共識也是同步的，在一個區(qū)塊內完成。

目前的公有鏈一般存在一定的出塊時間間隔，比如以太坊就是15秒左右，但如果是同步的交易排序和狀態(tài)共識，那么出塊節(jié)點需要在這15秒期間，首先花費一半的時間驗證其他出塊節(jié)點廣播過來的區(qū)塊鏈，再在這一區(qū)塊的基礎上花費一半的時間計算下一個新區(qū)塊。如果是許可鏈，則可能還不到一半的時間，因為多輪投票共識還需要消耗很多網絡時間，所以單個區(qū)塊的計算時間大概只有出塊間隔的三分之一。

在公有鏈的情境下，如果節(jié)點只是簡單驗證簽名就打包交易，而不進行狀態(tài)計算，則可能會有很多無效的交易被打包入塊，比如余額不足以支付計算消耗的手續(xù)費等。而許可鏈情境下，用戶均有實際身份，而且系統內有簡化的余額模型和計算消耗模型，不會出現大規(guī)模惡意發(fā)送無效交易的情況，所以可以將交易不經過計算直接打包入區(qū)塊，將計算通過異步的情況完成，但如果不進行狀態(tài)共識，又無法保證節(jié)點間狀態(tài)的一致，所以可以采用延后共識的方法，將狀態(tài)root記錄在后面的區(qū)塊中。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于延遲狀態(tài)共識的高效許可鏈。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的：一種基于延遲狀態(tài)共識的高效許可鏈，所述區(qū)塊鏈中，異步處理交易排序及共識、狀態(tài)計算的操作，每個節(jié)點使用一個進程進行交易排序及共識，另一個進程進行狀態(tài)計算，

其中，所述交易排序的步驟如下：

步驟1：將所需的數據置入創(chuàng)世塊中，生成創(chuàng)世塊狀態(tài)root_0，許可鏈從創(chuàng)世塊啟動。

步驟2：所有節(jié)點生成本地空狀態(tài)列表root_list，用于存放已經完成計算的狀態(tài)，同步創(chuàng)世塊后，將root_list中的第一個元素root_list[0]設置為root_0，并設置當前已完成共識的高度consensus_h為0。

步驟3：用戶發(fā)送交易，簽名后廣播給共識節(jié)點。

步驟4：出塊節(jié)點將出高度為H(H≥1)的區(qū)塊時，首先收集用戶交易,驗證交易的用戶權限和交易簽名，但不進行計算，直接打包進區(qū)塊中，并取出root_list中下標(該下標指列表root_list中的元素從0開始的序號)大于等于consensus_h的狀態(tài)子列表root_delta(可以為空)，將root_delta作為前序狀態(tài)也放置于塊中。

步驟5：出塊節(jié)點簽名高度為H的區(qū)塊并廣播給其他的節(jié)點，并將consensus_h設置為H。

區(qū)塊共識的步驟如下：

步驟1：節(jié)點在收到廣播的高度為H的區(qū)塊時,首先驗證區(qū)塊內交易的用戶權限和交易簽名，并從自己root_list中取出下標大于等于consensus_h的區(qū)塊根組成的一個子集root_delta’，若root_delta’元素個數小于收到的區(qū)塊中root_delta的元素個數，則等待一定時間后重取。

步驟2：節(jié)點比對root_delta’和root_delta的所有狀態(tài)，如果一致，則表示狀態(tài)共識驗證通過，將該區(qū)塊作為合法區(qū)塊進行后續(xù)投票等操作，并設置consensus_h為H。

進一步地，所述狀態(tài)計算的方法如下：