[發明專利]一種基于信用的動態分層拜占庭容錯共識方法

有效

• 申請號: 201910938171.1
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN110677485B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 李鳳岐;劉克猛;張璐鵬
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04L29/06;H04L9/32;G06Q20/38
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 隋秀文;溫福雪

本發明屬于區塊鏈共識機制技術領域，涉及一種基于信用的動態分層拜占庭容錯共識方法，可用于提升區塊鏈系統中共識機制的穩定性、可靠性以及系統性能。本發明設計了分層?并行機制，將節點為共識節點、候選節點以及普通節點。共識節點負責參與共識寫交易，候選節點負責參與共識讀交易，這一過程可以提升系統整體性能；建立了信用?懲罰機制，通過獎勵可靠的節點并懲罰出錯的節點來保證擁有更高信任值的節點有更高概率成為主節點；取消了視圖轉換協議并且實時監控共識節點的狀態；提出了動態升降機制，根據節點的信用值，通過操縱共識節點集合、候選集合以及普通節點集合之間的良性循環，實現了系統的動態去中心化并保證了系統的穩定性。

技術領域

本發明屬于區塊鏈共識機制技術領域，涉及到改進的區塊鏈共識機制，其中包括分層-并行機制、信用-懲罰機制以及節點動態升降機制，具體是一種基于信用的動態分層拜占庭容錯共識方法，可用于提升區塊鏈系統中共識機制的穩定性、可靠性以及系統性能。

背景技術

區塊鏈技術是一個安全、可靠、分散的網絡系統。它解決了沒有第三方授權的多個實體間的信任問題，并通過智能合約實現交易，通過共識機制保障系統中的一致性。共識機制是保證區塊鏈順利運行的關鍵。目前主要有基于證明、基于權益和基于投票的三類共識機制。基于證明的共識機制常用于公有鏈中，通過算力搜索隨機數，競爭生成區塊的權利，既浪費算力資源，也導致系統吞吐量低、時延大。基于權益的共識機制通過數字貨幣的持有量來決定節點的權益大小，通過權益競爭生成區塊的權利，雖然能夠在一定程度上增加吞吐量、降低時延，但是數字貨幣的存在，導致其不適用于聯盟鏈。對于聯盟鏈來說，共識機制應能滿足高吞吐量、低時延和拜占庭式容錯的要求。因此，能夠實現拜占庭容錯的共識算法開始大規模應用于聯盟鏈系統。第一種能夠實際應用的拜占庭容錯共識算法-實用拜占庭容錯算法(Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT)(如圖1所示)是由Castro在1995年提出。但在PBFT共識算法實際應用于區塊鏈中時，仍然存在許多問題。

首先，在PBFT中，“讀”和“寫”類型操作都需要達成共識。在區塊鏈中，“讀”操作并沒有改變賬本中的數據狀態，因此并不需要共識。如果“讀”和“寫”操作混合在一起，就會降低系統的共識效率。同時，主節點和副本節點的串行操作驗證過程占用了共識過程的大部分時間，這也增加了延遲。

其次，在PBFT中，所有的共識節點都是平等的，并且有相同的機會成為主節點，這并沒有鼓勵誠實的共識節點的積極性。此外，主節點是在輪轉中生成的，這使得主節點更易受到攻擊。

第三，在PBFT中，共識節點是固定的。系統只能通過視圖轉換協議“懲罰”主節點，不能檢測副本節點是否可靠，也不能剔除錯誤的共識節點。這降低了系統的安全性和穩定性。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種基于信用的動態分層拜占庭容錯共識方法(Dynamic Hierarchical Byzantine Fault Tolerant Consensus Mechanism Based onCredit，DHBFT)，應用于去中心化系統中，提升共識性能、增加系統的穩定性和安全性。

本發明的技術方案是：

一種基于信用的動態分層拜占庭容錯共識方法，具體如下：

(1)請求階段：客戶端直接發送交易請求REQUEST,tx,s,[ver],c_jσ_cj給候選節點或者通過普通節點，其中,tx是交易信息，s是交易操作類型，以區分讀和寫類型交易操作,[ver]是此項交易依賴的版本號，是一個可選項，c_j是客戶端序列號，σ_cj是客戶端簽名。