[發(fā)明專利]基于隨機(jī)連續(xù)離散的區(qū)塊鏈共識(shí)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910276721.8
• 申請(qǐng)日: 2019-04-08
• 公開（公告）號(hào): CN110049030B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李寶次
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東公鏈信息科技有限公司
• 主分類號(hào): H04L29/06
• 分類號(hào): H04L29/06;H04L29/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于隨機(jī)連續(xù)離散的區(qū)塊鏈共識(shí)系統(tǒng)，其特征在于，包含：客戶端、低級(jí)節(jié)點(diǎn)、代理節(jié)點(diǎn)、全通態(tài)節(jié)點(diǎn)、離散數(shù)據(jù)查詢節(jié)點(diǎn)、共識(shí)排序鏈和離散數(shù)據(jù)鏈；

所述全通態(tài)節(jié)點(diǎn)的功能是用于接收數(shù)據(jù)，并且根據(jù)作用轉(zhuǎn)換為不同形態(tài)的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)所述全通態(tài)節(jié)點(diǎn)需要通過全部節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證才能在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行；區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)全通態(tài)節(jié)點(diǎn)維護(hù)并記錄隨機(jī)連續(xù)離散數(shù)據(jù)，同時(shí)參與共識(shí)服務(wù)；所述全通態(tài)節(jié)點(diǎn)包括所述低級(jí)節(jié)點(diǎn)和所述代理節(jié)點(diǎn)，所述低級(jí)節(jié)點(diǎn)用于共識(shí)算法并產(chǎn)生共識(shí)，所述代理節(jié)點(diǎn)用接收共識(shí)結(jié)果并記賬；所述共識(shí)排序鏈、所述離散數(shù)據(jù)鏈都包括所述低級(jí)節(jié)點(diǎn)和所述代理節(jié)點(diǎn)；所述全通態(tài)節(jié)點(diǎn)在所述共識(shí)排序鏈、所述離散數(shù)據(jù)鏈上可以有不同的角色，所述全通態(tài)節(jié)點(diǎn)可以作為獨(dú)立的所述代理節(jié)點(diǎn)，所述全通態(tài)節(jié)點(diǎn)隨時(shí)可以作為所述共識(shí)排序鏈的所述低級(jí)節(jié)點(diǎn)與所述離散數(shù)據(jù)鏈的所述代理節(jié)點(diǎn)，所述共識(shí)排序鏈的所述低級(jí)節(jié)點(diǎn)隨時(shí)可以作為所述離散數(shù)據(jù)鏈的所述代理節(jié)點(diǎn)；

所述客戶端進(jìn)行低級(jí)節(jié)點(diǎn)、代理節(jié)點(diǎn)、全通態(tài)節(jié)點(diǎn)的注冊(cè)，注冊(cè)后的低級(jí)節(jié)點(diǎn)、代理節(jié)點(diǎn)、全通態(tài)節(jié)點(diǎn)使用客戶端的共識(shí)服務(wù)應(yīng)用程序在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行共識(shí)服務(wù)，并返回給應(yīng)用程序；所述共識(shí)服務(wù)應(yīng)用程序的代理節(jié)點(diǎn)根據(jù)其對(duì)應(yīng)的私鑰將隨機(jī)連續(xù)離散數(shù)據(jù)提交到對(duì)應(yīng)的組織通道內(nèi)，經(jīng)數(shù)字簽名后廣播給區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)并等待確認(rèn)；所述離散數(shù)據(jù)鏈的網(wǎng)絡(luò)中的低級(jí)節(jié)點(diǎn)對(duì)收到的隨機(jī)連續(xù)離散數(shù)據(jù)的信息進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)通過后，隨機(jī)連續(xù)離散數(shù)據(jù)被記錄到一個(gè)區(qū)塊中；一旦所述隨機(jī)連續(xù)離散數(shù)據(jù)上鏈，新的區(qū)塊就會(huì)創(chuàng)建，創(chuàng)建新區(qū)塊的節(jié)點(diǎn)需要將消息廣播給其他所有節(jié)點(diǎn)，所述其他所有代理節(jié)點(diǎn)將接受新區(qū)塊，并將新區(qū)塊加入到自己區(qū)塊鏈條的最后一塊區(qū)塊后；

隨機(jī)連續(xù)離散數(shù)據(jù)產(chǎn)生的過程為：客戶端的采樣應(yīng)用程序把現(xiàn)實(shí)中的實(shí)體數(shù)字化和令牌化，得到模擬量，所述離散數(shù)據(jù)鏈的網(wǎng)絡(luò)中的低級(jí)節(jié)點(diǎn)獲取模擬量，然后客戶端的轉(zhuǎn)換應(yīng)用程序?qū)⒛M量離散化之后得到物理量，客戶端的采樣應(yīng)用程序?qū)τ谀M量都不可能有完全精確的表示，在一個(gè)采樣周期內(nèi)，物理量的數(shù)值都是不變的，而模擬量則是變化的，這樣就將模擬量離散化，從而成為離散量，客戶端的測(cè)量應(yīng)用程序?qū)⒁惶熘幸悦啃r(shí)為單位集中測(cè)量一次溫度的值，得到24小時(shí)內(nèi)離散的時(shí)間點(diǎn)上的溫度值，即用集中量描述每組數(shù)據(jù)的特征，加上離散量，此時(shí)客戶端的判斷應(yīng)用程序除了集中量和離散量的特征來獲取數(shù)據(jù)的分散情況，即不同組別數(shù)據(jù)的平均數(shù)和中位數(shù)可能完全相同，但組別數(shù)據(jù)之間會(huì)存在著很大的區(qū)別，客戶端的計(jì)算應(yīng)用程序判斷這兩組數(shù)據(jù)的平均數(shù)和中位數(shù)，并計(jì)算描述數(shù)據(jù)離散趨勢(shì)的統(tǒng)計(jì)量，即差異量；此時(shí)客戶端的配置應(yīng)用程序根據(jù)配置文件獲取配置信息；客戶端的采樣應(yīng)用程序創(chuàng)建收集實(shí)體的實(shí)例，并設(shè)置參數(shù)；客戶端的權(quán)限應(yīng)用程序獲取負(fù)責(zé)操作客戶端的管理員信息，如果不存在，則需要先初始化管理員信息，獲取管理員注冊(cè)證書和私鑰信息；管理員提交訪問數(shù)據(jù)并進(jìn)行后續(xù)操作的請(qǐng)求；

客戶端生成私鑰和證書簽名請(qǐng)求，調(diào)用廣告?zhèn)髅娇蛻舳颂峁┑慕涌冢⒎祷氐淖?cè)證書和私鑰給客戶端的測(cè)量應(yīng)用程序和客戶端的計(jì)算應(yīng)用程序；

客戶端的計(jì)算應(yīng)用程序用集中量描述數(shù)據(jù)的典型情況，差異量描述數(shù)據(jù)的特殊情況，只有同時(shí)描述數(shù)據(jù)的集中量和離散量，才能更好計(jì)算數(shù)據(jù)之間的差別，客戶端的計(jì)算應(yīng)用程序計(jì)算差異量的方法有全距、四分位區(qū)間距、平均差、方差和標(biāo)準(zhǔn)差，全距是把每組數(shù)據(jù)按從小到大的順序排列，用最高分減去最低分，所得的值就是全距，即最高分和最低分之間的距離，全距小說明數(shù)據(jù)的分布相對(duì)集中；全距大說明數(shù)據(jù)的分布較為分散，全距的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算方法簡(jiǎn)單，但只計(jì)算到兩端的數(shù)值，沒有考慮中間數(shù)值的差異情況，描述數(shù)據(jù)時(shí)不太穩(wěn)定，四分位區(qū)間距中位數(shù)用來表示每組數(shù)據(jù)分布的集中趨勢(shì)；中位數(shù)正好把每組數(shù)據(jù)一分為二；如果把中位數(shù)左側(cè)和右側(cè)的分布再各分成兩個(gè)部分，得到的是四個(gè)相等的分位，與全距相比，四分位區(qū)間距在表述數(shù)據(jù)的離散情況時(shí)好，但沒把所有的數(shù)據(jù)都考慮在內(nèi)，穩(wěn)定性差，如果客戶端的計(jì)算應(yīng)用程序把全部數(shù)據(jù)都考慮在內(nèi)來計(jì)算分布程度，平均數(shù)代表每組數(shù)據(jù)的集中趨勢(shì)，每組數(shù)據(jù)中的每個(gè)數(shù)據(jù)與平均數(shù)相比較就可以得知每個(gè)數(shù)據(jù)與平均數(shù)偏離的程度，或者說與平均數(shù)差異的情況；如果把每組數(shù)據(jù)中每個(gè)數(shù)據(jù)與平均數(shù)差異的情況相加起來，那么所有數(shù)據(jù)的差異情況便一目了然；把相加起來的值除以數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，所得的值叫做平均差，平均差是數(shù)據(jù)分布中所有原始數(shù)據(jù)與平均數(shù)距離的絕對(duì)值的平均；用絕對(duì)值是為不出現(xiàn)負(fù)數(shù)；由于平均差是根據(jù)分布中每一個(gè)觀測(cè)值計(jì)算求得的，代表數(shù)據(jù)分布的離散程度；標(biāo)準(zhǔn)差是方差的平方根，反映每組數(shù)據(jù)圍繞平均數(shù)分布的情況；標(biāo)準(zhǔn)差的值越大，表明每組數(shù)據(jù)的離散程度也越大，即數(shù)據(jù)越參差不齊，分布范圍越廣；標(biāo)準(zhǔn)差的值越小，表明每組數(shù)據(jù)的離散程度越小，即數(shù)據(jù)越集中、整齊，分布范圍越小；當(dāng)數(shù)據(jù)完全沒有差異時(shí)，所有數(shù)值都與平均數(shù)相等，這時(shí)方差等于零；

基于隨機(jī)連續(xù)離散的區(qū)塊鏈共識(shí)算法生成區(qū)塊的步驟包括：新一輪共識(shí)之前，管理員將轉(zhuǎn)賬操作委托給所述共識(shí)排序鏈上的所述全通態(tài)節(jié)點(diǎn)，受到委托的全通態(tài)節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述轉(zhuǎn)賬操作確定參與共識(shí)的所述共識(shí)排序鏈上的低級(jí)節(jié)點(diǎn)，并將所述轉(zhuǎn)賬操作發(fā)送給所述參與共識(shí)的所述共識(shí)排序鏈上的低級(jí)節(jié)點(diǎn)；

所述參與共識(shí)的所述共識(shí)排序鏈上的低級(jí)節(jié)點(diǎn)接收到所述轉(zhuǎn)賬操作后判斷所述轉(zhuǎn)賬操作是否為跨分片操作，如果所述轉(zhuǎn)賬操作不是所述跨分片操作，則執(zhí)行不是所述跨分片操作步驟，如果所述轉(zhuǎn)賬操作是所述跨分片操作，則執(zhí)行是所述跨分片操作步驟；所述跨分片操作是交易中的記錄分布在不同的所述共識(shí)排序鏈上的操作；

所述參與共識(shí)的所述共識(shí)排序鏈上的低級(jí)節(jié)點(diǎn)在所述共識(shí)排序鏈上發(fā)起共識(shí)，執(zhí)行投票操作；

所述參與共識(shí)的低級(jí)節(jié)點(diǎn)判斷出所述轉(zhuǎn)賬操作是所述跨分片操作后，根據(jù)所述跨分片操作和合約確定參與共識(shí)的所述離散數(shù)據(jù)鏈中的低級(jí)節(jié)點(diǎn)，并將所述轉(zhuǎn)賬操作發(fā)送給所述參與共識(shí)的所述離散數(shù)據(jù)鏈中的低級(jí)節(jié)點(diǎn)；

所述參與共識(shí)的所述離散數(shù)據(jù)鏈中的低級(jí)節(jié)點(diǎn)在所述離散數(shù)據(jù)鏈上達(dá)成共識(shí)后，將共識(shí)結(jié)果發(fā)送給所述離散數(shù)據(jù)鏈中的普通的所述全通態(tài)節(jié)點(diǎn)，所述離散數(shù)據(jù)鏈中的普通的所述全通態(tài)節(jié)點(diǎn)就是沒有參與共識(shí)的代理節(jié)點(diǎn)；

接收到所述共識(shí)結(jié)果的所述離散數(shù)據(jù)鏈中的代理節(jié)點(diǎn)，如果也是所述共識(shí)排序鏈的所述低級(jí)節(jié)點(diǎn)，則按照智能合約將翻譯后的共識(shí)結(jié)果發(fā)送給所述共識(shí)排序鏈中的代理節(jié)點(diǎn)，此時(shí)所述共識(shí)排序鏈中的代理節(jié)點(diǎn)就是所述共識(shí)排序鏈中除了接收到所述共識(shí)結(jié)果的所述離散數(shù)據(jù)鏈中的低級(jí)節(jié)點(diǎn)之外的所有的所述全通態(tài)節(jié)點(diǎn)；

在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中除了提供往復(fù)多輪取樣，實(shí)現(xiàn)全覆蓋；當(dāng)隨機(jī)取樣的結(jié)果收斂到一個(gè)可信值，共識(shí)達(dá)成功能外，還提供離散數(shù)據(jù)查詢節(jié)點(diǎn)，每個(gè)離散數(shù)據(jù)查詢節(jié)點(diǎn)都記錄隨機(jī)連續(xù)離散數(shù)據(jù)，所述共識(shí)排序鏈中的代理節(jié)點(diǎn)通過對(duì)應(yīng)的私鑰進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢；隨機(jī)連續(xù)離散查詢節(jié)點(diǎn)發(fā)出一次數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，API會(huì)返回密鑰私鑰給客戶端的存儲(chǔ)應(yīng)用程序，客戶端的存儲(chǔ)應(yīng)用程序保存管理員私鑰，以便后續(xù)操作使用；

客戶端的計(jì)算應(yīng)用程序采用對(duì)稱加密算法AES對(duì)離散數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，所述共識(shí)排序鏈中的代理節(jié)點(diǎn)提交的數(shù)據(jù)會(huì)根據(jù)客戶端的計(jì)算應(yīng)用程序找到對(duì)應(yīng)的組織通道，提交離散數(shù)據(jù)更新計(jì)劃到對(duì)應(yīng)的客戶端的計(jì)算應(yīng)用程序，客戶端的計(jì)算應(yīng)用程序執(zhí)行離散數(shù)據(jù)更新計(jì)劃，執(zhí)行完成后客戶端的計(jì)算應(yīng)用程序調(diào)用程序?qū)?zhí)行結(jié)果進(jìn)行簽名，生成執(zhí)行結(jié)果的簽名；所述共識(shí)排序鏈中的代理節(jié)點(diǎn)接收已簽名背書的離散數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)型隨機(jī)取樣離散型共識(shí)算法排序，將排好序的離散數(shù)據(jù)打包到區(qū)塊中，廣播給所述全通態(tài)節(jié)點(diǎn)，并對(duì)所述全通態(tài)節(jié)點(diǎn)的簽名進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)所述全通態(tài)節(jié)點(diǎn)接收到區(qū)塊里包含的交易的有效性，生成的區(qū)塊節(jié)點(diǎn)廣播區(qū)塊信息給所述全通態(tài)節(jié)點(diǎn)保存區(qū)塊到賬本并廣播給記賬節(jié)點(diǎn)，記賬節(jié)點(diǎn)間相互消息廣播并同步賬本信息，客戶端的計(jì)算應(yīng)用程序根據(jù)私鑰可以在不同記賬節(jié)點(diǎn)上查詢數(shù)據(jù)，每個(gè)記賬節(jié)點(diǎn)上查詢的數(shù)據(jù)都一致，并且所述離散數(shù)據(jù)查詢節(jié)點(diǎn)查詢驗(yàn)證不同記賬節(jié)點(diǎn)賬本一致性，客戶端的計(jì)算應(yīng)用程序提供密鑰對(duì)離散數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，其他客戶端的計(jì)算應(yīng)用程序沒有密鑰Key就不能對(duì)離散數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，保護(hù)了隱私數(shù)據(jù)安全；連續(xù)型隨機(jī)取樣離散型共識(shí)算法采用投票確認(rèn)，選取所有全通態(tài)節(jié)點(diǎn)中的一部分來獲得一個(gè)結(jié)果，往復(fù)多輪取樣，實(shí)現(xiàn)全覆蓋；當(dāng)隨機(jī)取樣的離散數(shù)據(jù)結(jié)果收斂到一個(gè)可信值，連續(xù)型隨機(jī)取樣離散型共識(shí)達(dá)成；客戶端的計(jì)算應(yīng)用程序采用并行的連續(xù)型隨機(jī)取樣離散型共識(shí)提升異步系統(tǒng)的運(yùn)行效率，配合異步系統(tǒng)多節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的并發(fā)性能；不需在共識(shí)過程中與大多數(shù)節(jié)點(diǎn)連接，并獲取投票，節(jié)省系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸，降低低級(jí)節(jié)點(diǎn)、代理節(jié)點(diǎn)、全通態(tài)節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)體依賴，低級(jí)節(jié)點(diǎn)、代理節(jié)點(diǎn)、全通態(tài)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇，使用隨機(jī)可計(jì)算函數(shù)，客戶端的計(jì)算應(yīng)用程序根據(jù)計(jì)算得知其是否被選擇中，并將結(jié)果反饋和廣播給其它低級(jí)節(jié)點(diǎn)、代理節(jié)點(diǎn)、全通態(tài)節(jié)點(diǎn)。