[發明專利]安全高速輕量級的區塊鏈系統及方法

有效

• 申請號: 201811332576.2
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109639430B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 伍前紅;李大偉
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04L9/32
• 分類號: H04L9/32;G06Q40/04
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張潤

本發明公開了一種安全高速輕量級的區塊鏈系統及方法，其中，系統包括：初始化模塊，用于在系統初始化時運行，對區塊鏈系統的相關參數進行設置，并部署點對點網絡，以通過初始階段的區塊生成將系統功能初始化并達到穩定的狀態；注冊和交易模塊，用于在用戶加入此系統時，調用用戶注冊函數，生成用戶公私鑰對，并將交易單發送至區塊鏈網絡中，通過網絡節點驗證交易單合法性，并繼續將合法的交易廣播至全網；區塊生成模塊，用于根據系統指定的目標區塊鏈系統中特定區塊內交易參與方地址，確定當前區塊的礦工候選人集合，礦工候選人集合內候選人利用共識機制競爭產生新區塊。該系統有效解決了區塊鏈系統中普遍存在的驗證效率低下問題。

技術領域

本發明涉及信息安全中的密碼學技術領域，特別涉及一種安全高速輕量級的區塊鏈系統及方法。

背景技術

相關技術，隨著區塊鏈系統種類的增多和規模的增大，區塊鏈系統運行消耗大量的電能，據法國《快報》周刊網站2017年11月28日報道，數據顯示，造比特幣一年的耗電量約為30.14太瓦時，超過了全球159個國家的年均用電量，這比19個歐洲國家和大部分非洲國家一年的用電量都高，愛爾蘭一年的用電量是25太瓦時，斯洛伐克是28.3太瓦時，法國也僅為43.1太瓦時。

同時，比特幣、以太坊是分布記錄的節點的對等網絡，并且每個節點從廣播網絡收集交易事務。但隨著區塊鏈網絡節點的繁多和復雜，區塊驗證時間延遲了塊的廣播速率，交易確認時間也隨之增多，導致區塊鏈系統過于低效。比特幣區塊鏈每秒處理不到3筆交易，交易確認時間大約需要十分鐘；以太坊做到了每秒處理5筆交易，交易確認大約需要幾十秒的時間，這對用戶體驗而言并不友好。交易成本也會受到區塊鏈本身交易費用的影響，因此對于小額交易而言交易成本會變得很高。另外由于區塊鏈網絡交易處理性能低下，并不能處理大并發的實時交易。

發明內容

本申請是基于發明人對以下問題的認識和發現作出的：

2008年，中本聰(Satoshi Nakamoto)首次提出并規范證明了比特幣(Bitcoin)的概念，比特幣是一種利用對等網絡和密碼技術實現的密碼貨幣系統，包括貨幣發行與交易，本質上是一個賬單廣播與管理系統。系統無任何特殊結節點，是去中心化點對點數字交易系統。系統設計繞開任何政府或其他第三方機構監管，可保護用戶身份隱私。貨幣不可偽造性與防止雙重花費由密碼算法與協議保證，交易賬單記錄不可逆、不可偽造、不可否認、可驗證。隨著這種不通過金融機構的點對點交易的快速發展，比特幣概念也從最早的數字貨幣衍生成一種去中心化的數字貨幣支付系統。

區塊鏈(Blockchain)技術，作為比特幣交易系統中最核心的一種信息技術，可看作不需要許可的分布式數據庫，維護一個持續增長、不可篡改的數據記錄列表，信息或記錄被記錄在區塊中，然后用雜湊函數(Hash)與前一個區塊“鏈接”，系統中每個節點上都有完整的數據拷貝因其交易系統的開放性、不依賴任何信任機構的去中心化性、時間戳和數字簽名所保證的不可篡改性和合法交易存于區塊鏈的永久性等特點，解決了雙重消費問題和拜占庭將軍問題，并實現了一種無信任的共識網絡系統。

以太坊(Ethereum)是一個全新開放的區塊鏈平臺，它允許任何人在平臺中建立和使用通過區塊鏈技術運行的去中心化應用。與比特幣相同，以太坊不受任何個人控制，也不歸任何個人所有，它是一個開放源代碼項目，由全球范圍內的眾多參與方共同創建。和比特幣協議有所不同的是，以太坊的設計十分靈活，極具適應性。在以太坊平臺上創立新的應用十分簡便，任何人都可以安全地使用該平臺上的應用。以太坊在比特幣區塊鏈的基礎上進行了重大改進：完善腳本系統，使智能合約能夠應用在各種非金融領域；平衡賬目實現更加精細的賬目控制；使底層協議保持簡單。區塊鏈技術將眾多領域內的概念和操作結合在一起，包括計算、通訊網絡、密碼學和人工智能等。以太坊可通過智能合約和智能資產來記錄和轉移更多復雜的資產類型，以區塊鏈為基礎提供了圖靈完備腳本語言和圖靈完備平臺。