[發明專利]基于無區塊的DAG技術的共識和賬本數據組織方法及系統

有效

• 申請號: 201810587159.6
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108985732B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 任偉;金銘
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G06Q20/06
• 分類號: G06Q20/06;G06Q20/38;G06Q40/04
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 郝明琴

本發明公開了一種基于無區塊的DAG技術的共識和賬本數據組織方法及系統，并提出控制該DAG結構寬度的算法，提高交易的確認速度，實現面向物聯網的輕量級去中心共識系統。本發明能夠實現將區塊鏈技術應用到物聯網的應用當中，資源消耗低，交易性能高效。

技術領域

本發明涉及面向物聯網的去中心共識技術領域，更具體地說，涉及一種基于無區塊的DAG(有向無環圖)技術的共識和賬本數據組織方法及系統。

背景技術

去中心化的物聯網能夠就地部署和交換價值，類似區塊鏈的技術是一種潛在的解決辦法。然而，普通區塊鏈技術與物聯網的結合會遇到一些挑戰：分布式共識機制可確保數據的最終一致性，但比特幣的工作量證明機制(PoW)資源消耗太大，顯然不適用于部署在物聯網節點中。其次，以太坊等區塊鏈2.0技術也是PoW+PoS，正逐步切換到PoS。在性能瓶頸方面，傳統比特幣的交易是7筆/秒，每十分鐘才出一個塊，經6個出塊確認后，需要約1個小時才寫入區塊鏈，以太坊好很多，但是出塊速度也需要十幾秒。這種時延引起的反饋時延、報警時延，在時延敏感的工業互聯網上不可行。可見，現有的區塊鏈為代表的無中心可信價值網絡不適合物聯網，不可能直接把現有的區塊鏈技術原封不動地應用到物聯網的應用當中。

區塊鏈網絡數據結構創建了一組無信任的參與節點(設備)，它們共享一個公共賬本數據庫，沒有中間人參與。為了防止分布式環境的混亂，每個數據庫交易應該遵循像比特幣中的最長鏈規則(LCR)這樣的預定規則。如果沒有這個規則，區塊鏈的單獨副本將會分成不同的分叉。除了傳統的比特幣區塊鏈數據結構之外，還有其他三種可能的區塊鏈變體：側鏈，離線鏈和替代鏈。閃電網絡屬于其中的離線鏈，離線交易記錄有時同步或廣播到主鏈的本地分類賬上，它通過建立點對點的支付渠道使比特幣的小額支付成為可能。閃電網絡提高了比特幣的可擴展性，但不能有效的減少資源消耗，提高交易性能，不適用于物聯網。

相比于區塊鏈數據結構的變體，Nxt社區第一次提出DAG跟區塊鏈結合，改變區塊的鏈式存儲結構，變成區塊DAG。在區塊打包時間不變的情況下，網絡中可以并行的打包N個區塊，網絡中的交易就可以容納N倍。這個時候DAG跟區塊鏈的結合還是停留在側鏈的思路，不同類型的交易可以并行在不同的鏈條進行，達到提升性能的目的。但BlockDAG不適用于輕量級的物聯網。

2015年Dagcoin被提出，Dagcoin是一種基于DAG結構的加密貨幣技術，它將交易和塊的概念融合在一起，使每個用戶成為礦工，認證數據結構是交易的有向無環圖(Transaction Directed Acyclic Graph，TDAG)。TDAG在速度和可擴展性上都要優于區塊鏈或BlockDAG，更適用于應用到物聯網中。

2016年IOTA Tangle和Byteball相繼發布，它們采用的數據結構都是TDAG。不過，Tangle仍然使用工作量證明機制(PoW)，而Byteball使用主鏈來完成交易的總排序，引入見證人的機制，并不適用于物聯網。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有的區塊鏈為代表的無中心可信價值網絡不適合物聯網，不可能直接把現有的區塊鏈技術原封不動地應用到物聯網的應用當中的技術缺陷，結合DAG技術，提供一種基于無區塊的有向無環圖技術的共識和賬本數據組織方法，減少資源消耗，有效提升交易性能。

根據本發明的其中一方面，本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種基于無區塊的有向無環圖技術的共識和賬本數據組織方法，包含賬本數據結構、交易結構、共識機制的設計：