[發(fā)明專利]一種基于H-Algorand的多塊輸出公有鏈共識(shí)機(jī)制

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911147805.8
• 申請(qǐng)日: 2019-11-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110838947B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王波;任英琦;黃冬艷;李劍;馮彤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L12/24
• 分類號(hào): H04L12/24;H04L12/18
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標(biāo)事務(wù)所有限責(zé)任公司 45112
• 代理人: 楊雪梅

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于H?Algorand的多塊輸出公有鏈共識(shí)機(jī)制，首先提出，一種多塊輸出的公有鏈共識(shí)機(jī)制MB?Algorand，該機(jī)制的領(lǐng)導(dǎo)者可以連續(xù)出塊，從而有效地提升了出塊效率；其次在公有鏈委員會(huì)受到DDOS攻擊的場(chǎng)景下，提出融合了Algorand和MB?Algorand兩者優(yōu)點(diǎn)的H?Algorand機(jī)制，該機(jī)制兼顧了共識(shí)效率與安全性兩方面的性能，將H?Algorand機(jī)制與Algorand機(jī)制進(jìn)行仿真對(duì)比發(fā)現(xiàn)，H?Algorand機(jī)制能在惡意攻擊成功率為1%~4%的條件下，以犧牲少量安全性為代價(jià)換取共識(shí)效率的有效提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于H-Algorand的多塊輸出公有鏈共識(shí)機(jī)制。

背景技術(shù)

Algorand機(jī)制由SilvioMicali教授提出，該算法之后由Yossi Gilad、SilvioMicali等人實(shí)現(xiàn)。其使用到的可驗(yàn)證的隨機(jī)函數(shù)(verifiable random functions，VRFs)抽簽算法，使每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有機(jī)會(huì)參與到共識(shí)中，提高了共識(shí)的可拓展性。其使用到的拜占庭協(xié)議(Byzantine Agreement，BA★)令節(jié)點(diǎn)只在當(dāng)前區(qū)塊和空白塊之間做二元共識(shí)，使得鏈條分叉概率僅為10-18，即使在惡意節(jié)點(diǎn)能力很強(qiáng)的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下依舊能保持良好的性能。2Mbyte的區(qū)塊使用Algorand機(jī)制在50000用戶的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中從提出到完成共識(shí)只需22秒。

但是公有鏈允許任意成員加入，日后隨著區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模推廣，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互頻率和數(shù)據(jù)量都會(huì)增大，并且有可能呈現(xiàn)出一定的周期性。如果將Algorand機(jī)制用于銀行等大規(guī)模交易系統(tǒng)，交易延遲將會(huì)累積爆發(fā)，造成銀行系統(tǒng)癱瘓，Algorand機(jī)制的共識(shí)效率仍有待提高。因此，需要提出一種能夠兼顧出塊效率和安全性的共識(shí)算法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種基于H-Algorand的多塊輸出公有鏈共識(shí)機(jī)制，首先提出多塊Algorand共識(shí)機(jī)制(multi block-Algorand，MB-Algorand)，以有效提升出塊效率；其次針對(duì)DDOS攻擊，結(jié)合Algorand與MB-Algorand兩者的優(yōu)勢(shì)提出H-Algorand(Hybid-Algorand)機(jī)制，該機(jī)制以犧牲一定的安全性能為代價(jià)，以換取區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)共識(shí)效率的顯著提升。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：

一種基于H-Algorand的多塊輸出公有鏈共識(shí)機(jī)制，包括如下步驟：

1)提出多塊輸出的公有鏈機(jī)制MB-Algorand，包括如下步驟：

1-1)交易廣播：區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)gossip通信協(xié)議向網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)廣播消息，每個(gè)消息都簽署始發(fā)節(jié)點(diǎn)的私鑰以防止消息被偽造，其它節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)這些消息前檢查簽名，對(duì)于相同的消息，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只轉(zhuǎn)發(fā)一次；

1-2)委員會(huì)選舉：區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)通過(guò)抽簽機(jī)制選舉出委員會(huì)，委員會(huì)代表整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)新生成的區(qū)塊進(jìn)行共識(shí)；

1-3)領(lǐng)導(dǎo)者提議區(qū)塊：委員會(huì)通過(guò)優(yōu)先級(jí)機(jī)制選舉出領(lǐng)導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)，領(lǐng)導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將它收集到的消息，打包到待共識(shí)的區(qū)塊里，在委員會(huì)里轉(zhuǎn)發(fā)N個(gè)待共識(shí)的區(qū)塊；

1-4)委員會(huì)共識(shí)：委員會(huì)利用BA★共識(shí)機(jī)制，對(duì)領(lǐng)導(dǎo)者提出的區(qū)塊進(jìn)行共識(shí)；

1-5)共識(shí)成功寫(xiě)入?yún)^(qū)塊：共識(shí)成功的區(qū)塊在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)，被各個(gè)節(jié)點(diǎn)添加到各自維護(hù)的賬本中；

2)將MB-Algorand機(jī)制與Algorand機(jī)制結(jié)合，得到H-Algorand機(jī)制，包括如下步驟：

2-1)判斷網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)是否正常，若網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)正常，則執(zhí)行2-2)；若網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不正常，則執(zhí)行步驟2-3)；

2-2)在MB-Algorand機(jī)制中，領(lǐng)導(dǎo)者以多塊方式提議N個(gè)區(qū)塊，步驟為：