[發(fā)明專利]基于可信性評(píng)估的區(qū)塊鏈共識(shí)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910166471.2
• 申請(qǐng)日: 2019-03-06
• 公開（公告）號(hào): CN109949034B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王冠;張文月;陳建中;周珺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q20/38
• 分類號(hào): G06Q20/38;G06Q20/06;H04L9/06;H04L9/32
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.一種基于可信性評(píng)估的區(qū)塊鏈共識(shí)方法，其特征在于：

密鑰塊：密鑰塊用于確定領(lǐng)導(dǎo)人；在一個(gè)密 鑰塊中，Prev keyblock hash是前一個(gè)密鑰塊的散列值，Nonce是隨機(jī)數(shù)，PK是礦工的公鑰，R是信任值，K sig是Prev keyblockhash、Nonce、PK、R的散列值，Sig keyblock agreement是此密鑰塊的被共識(shí)驗(yàn)證的簽名；共識(shí)組組員通過檢查K sig驗(yàn)證密鑰塊；

微塊：微塊是一個(gè)簡(jiǎn)單的塊，每隔幾秒就會(huì)驗(yàn)證一次；微塊包括驗(yàn)證的歷史交易；為了防止雙重支出，每個(gè)微塊在被接受之前都要被提議給共識(shí)組，如果微塊被驗(yàn)證成功，則會(huì)成為區(qū)塊鏈的一部分；微塊結(jié)構(gòu)如下：其中H(K sig)是當(dāng)前有其對(duì)應(yīng)的固定密鑰塊的散列值，Prev microblock hash是前一個(gè)固定在區(qū)塊鏈中的微塊的哈希值，TXs是一組Merkle樹的交易，M sig是keyblock hash、Prev microblock hash、TXs的哈希值，Sig microblockaggrement是來自共識(shí)的簽名；為了驗(yàn)證微塊的有效性，共識(shí)組成員檢查M sig的有效性，驗(yàn)證密鑰塊和前面的微塊的散列值，并驗(yàn)證交易TXs；

大塊：由密鑰塊和與其對(duì)應(yīng)的微塊組成；區(qū)塊鏈由多個(gè)大塊構(gòu)成；

且包括以下步驟：

第一部分信任評(píng)估值的計(jì)算；

步驟1：計(jì)算內(nèi)部信任值；

步驟1.1：計(jì)算由一個(gè)礦工在區(qū)塊鏈中的所有時(shí)期創(chuàng)建的密鑰塊的平均值mean_k；如公式(1)所示，其中k_i表示在第i個(gè)區(qū)塊中礦工創(chuàng)造的密鑰塊數(shù)量，L表示當(dāng)前區(qū)塊鏈的長(zhǎng)度；

步驟1.2：計(jì)算由一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者在區(qū)塊鏈中的所有時(shí)期創(chuàng)建的微塊的平均值mean_m，微塊為區(qū)塊的組成部分，包含驗(yàn)證的歷史交易；如公式(2)所示，其中mj表示在第j輪礦工所生產(chǎn)的微塊被驗(yàn)證成功的數(shù)量；m表示一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者被預(yù)定的生成的微塊數(shù)；N表示礦工被選為領(lǐng)導(dǎo)者的次數(shù)；

步驟1.3：計(jì)算s_k即mean_k的標(biāo)準(zhǔn)差；如公式(3)所示，其中c表示區(qū)塊的大小；t表示是長(zhǎng)度為L(zhǎng)的區(qū)塊鏈中包含的區(qū)塊數(shù)量；

步驟1.4：計(jì)算s_m即mean_m的標(biāo)準(zhǔn)差；如公式(4)所示，其中N表示礦工被選為領(lǐng)導(dǎo)者的次數(shù)，m_j表示在第j輪礦工所生產(chǎn)的微塊被驗(yàn)證成功的數(shù)量；m表示一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者被預(yù)定的生成的微塊數(shù)；

步驟1.5：計(jì)算礦工定期為系統(tǒng)貢獻(xiàn)算力的能力y₁；如公式(5)所示，分子mean_k代表礦工為整個(gè)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)；分母中的s_k是mean_k的標(biāo)準(zhǔn)差，代表礦工對(duì)每個(gè)塊的貢獻(xiàn)的規(guī)律性；它們共同保證了礦工的信任值是根據(jù)礦工的綜合能力計(jì)算出來的；

步驟1.6：計(jì)算領(lǐng)導(dǎo)者在選擇微塊時(shí)提交定義數(shù)量的微塊的“規(guī)律性”y₂；N為被選為領(lǐng)導(dǎo)者的次數(shù)，如果N＝1，即此礦工當(dāng)過領(lǐng)導(dǎo)者，使用公式(6)；如果N1，那么y₂為1，如公式(7)所示；

y₂＝1 N1 (7)

步驟1.7：計(jì)算礦工的綜合能力x；如公式(8)所示，其中L為區(qū)塊鏈總長(zhǎng)度；

x＝y(tǒng)₁y₂L (8)

步驟1.8：計(jì)算根據(jù)時(shí)間要求控制信任增長(zhǎng)的趨勢(shì)f(x)；f(x)是一個(gè)sigmoid函數(shù)；如公式(9)所示，其中，α，λ為系統(tǒng)參數(shù)，x為礦工的綜合能力；α＝10000，λ＝50000；

步驟2：計(jì)算外部信任值，外部信任值表示為目標(biāo)礦工在進(jìn)行歷史交易中的信任情況，取值為[0,1]，信任值為1表示對(duì)目標(biāo)礦工完全信任，信任值為0表示目標(biāo)礦工為惡意礦工，信任值為0.5則表示對(duì)目標(biāo)礦工的信任度沒有把握；

步驟2.1：本方法使用三元組T＝{b，d，u}來描述礦工的信任評(píng)價(jià)；b、d、u分別代表對(duì)目標(biāo)礦工的信任程度，不信任程度和不確定程度；三者滿足的關(guān)系如公式(11)所示：

b+d+u＝1,{b,d,u}∈[0,1] (11)

步驟2.2：計(jì)算調(diào)控因子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的不確定因素w_c；如公式(12)所示，在一輪交易時(shí)間內(nèi)，目標(biāo)礦工的交易數(shù)量為E，如果交易對(duì)方對(duì)交易有異議則會(huì)發(fā)送警告消息給目標(biāo)礦工，稱為否定事件，否定事件的數(shù)量記為s，肯定事件的數(shù)量記為r，s和r都必須小于E；

步驟2.3：計(jì)算b、d、u；如公式(13)(14)(15)所示，其中p表示對(duì)礦工否定事件的懲罰因子，取值為[1,4]，r為肯定事件數(shù)量，s為否定事件數(shù)量，w_c是于步驟2.2計(jì)算出的調(diào)控因子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的不確定因素的值；

步驟2.4：計(jì)算外部信任值Ext；如公式(16)所示，其中p表示對(duì)礦工否定事件的懲罰因子，取值為[1,4]，r為肯定事件數(shù)量，s為否定事件數(shù)量，u為不確定程度；

步驟3：計(jì)算整體信任值R；如公式(17)所示，其中f(x)表示內(nèi)部信任值，Ext表示外部信任值，β控制內(nèi)部信任值和外部信任值的比重；β取值范圍(0,0.1]；

R＝min(1,f(x)+β(Ext-0.5)) (17)

第二部分選取領(lǐng)導(dǎo)者；

步驟4：根據(jù)信任值排序，隨機(jī)選擇分?jǐn)?shù)大于中位數(shù)的礦工進(jìn)入共識(shí)組；如公式(18)所示，其中SK為該礦工的私鑰，INFO為當(dāng)時(shí)的數(shù)學(xué)難題的Nonce隨機(jī)數(shù)，result為哈希值，按哈希值最小的順序選入共識(shí)組；

result＝VRF_hash(SK,INFO) (18)

步驟5：通過工作量證明挖掘密鑰塊的礦工根據(jù)以下方法選取領(lǐng)導(dǎo)者；如公式(19)所示，其中X為共識(shí)組成員個(gè)數(shù)，reuslt為挖到密鑰塊的礦工根據(jù)VRF隨機(jī)函數(shù)得到的哈希值，在共識(shí)組中第g個(gè)成員成為領(lǐng)導(dǎo)者；

g＝result mod|X| (19)

第三部分，基于RAFT的共識(shí)認(rèn)證；

步驟6：領(lǐng)導(dǎo)者發(fā)送微塊給共識(shí)組；

步驟7：共識(shí)組依次對(duì)微塊進(jìn)行驗(yàn)證，如果成功則簽署自己的簽名；

步驟8：共識(shí)組發(fā)送微塊給領(lǐng)導(dǎo)者；

步驟9：領(lǐng)導(dǎo)者根據(jù)收到的微塊計(jì)算此微塊是否達(dá)到共識(shí)條件，即參與簽名的共識(shí)成員超過一半，且其信任值大于等于共識(shí)成員信任值總和的2/3；

步驟10：如果通過共識(shí)認(rèn)證，領(lǐng)導(dǎo)者廣播成功的微塊和成功消息給共識(shí)組，否則廣播微塊和失敗消息；一輪認(rèn)證結(jié)束。