[發(fā)明專利]基于優(yōu)化PAXOS的食品溯源分布式數(shù)據(jù)同步方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911336572.6
• 申請(qǐng)日: 2019-12-23
• 公開（公告）號(hào): CN111092896B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王朝陽;左敏;張青川
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工商大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L67/1095
• 分類號(hào): H04L67/1095;H04L67/1097;H04L9/40;H04L9/32
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 鄧治平

1.一種基于優(yōu)化PAXOS的食品溯源分布式數(shù)據(jù)同步方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、基于食品溯源業(yè)務(wù)流程構(gòu)建基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈的食品溯源模型，所述溯源模型的功能包括：用戶獲取token、溯源信息上鏈、溯源信息查詢；客戶端基于API接口進(jìn)行溯源相關(guān)信息的錄入與查詢；所述溯源模型包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)；

步驟2、在溯源模型中，定義token為用戶身份認(rèn)證標(biāo)識(shí)，后續(xù)發(fā)起業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)、查詢溯源信息時(shí)輸入該token，獲取token后，節(jié)點(diǎn)將本業(yè)務(wù)流程的溯源信息上傳溯源系統(tǒng)，當(dāng)客戶端API接口接收到信息上鏈請(qǐng)求時(shí)，校驗(yàn)是否是初始節(jié)點(diǎn)；

步驟3、在聯(lián)盟區(qū)塊鏈內(nèi)部署動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)；選取部分節(jié)點(diǎn)作為動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)，在業(yè)務(wù)輪轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行部署；如果上述步驟2中經(jīng)校驗(yàn)是初始節(jié)點(diǎn)，則判斷該初始節(jié)點(diǎn)的類型，若該初始節(jié)點(diǎn)為養(yǎng)殖廠，轉(zhuǎn)步驟4；若該初始節(jié)點(diǎn)為非養(yǎng)殖廠，轉(zhuǎn)步驟5；所述步驟3中，在聯(lián)盟區(qū)塊鏈內(nèi)部署動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)，其步驟如下：

步驟3.1：新增節(jié)點(diǎn)，線下獲取角色證書RCert、準(zhǔn)入證書ECert后，新節(jié)點(diǎn)連接成聯(lián)盟鏈內(nèi)節(jié)點(diǎn)，新請(qǐng)求接入的節(jié)點(diǎn)提供證書簽證機(jī)關(guān)(CA)提供的證書，被聯(lián)盟鏈上各節(jié)點(diǎn)認(rèn)證通過后，即開始形成共識(shí)；

步驟3.2：新節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證，已通過CA認(rèn)證的新節(jié)點(diǎn)發(fā)送的加入請(qǐng)求被接收，并給全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送廣播AddNode消息，在原節(jié)點(diǎn)收到的AddNode請(qǐng)求滿足數(shù)量條件并進(jìn)行驗(yàn)證后，在路由表中加入新的節(jié)點(diǎn)信息，并與當(dāng)前的新節(jié)點(diǎn)進(jìn)行反向連接；

步驟3.3：全網(wǎng)廣播，發(fā)現(xiàn)全網(wǎng)中與自身建立連接的節(jié)點(diǎn)達(dá)到N-f個(gè)節(jié)點(diǎn)后，初始化新節(jié)點(diǎn)后進(jìn)入Recovery狀態(tài)，即一個(gè)索引的分片分配到另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)的過程，并請(qǐng)求將未加入前的區(qū)塊數(shù)據(jù)加入節(jié)點(diǎn)，在完成Recovery后，即新節(jié)點(diǎn)通過更新寫入最新的系統(tǒng)區(qū)塊數(shù)據(jù)，并將ReadyForN消息廣播自全網(wǎng)，表明已同步化賬本，可在系統(tǒng)加入已完備的新節(jié)點(diǎn)；其中N為節(jié)點(diǎn)總數(shù)，f為拜占庭節(jié)點(diǎn)總數(shù)；

步驟3.4：全局更新，新節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的新節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備完備ReadyForN消息已經(jīng)送達(dá)現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)，在驗(yàn)證通過后執(zhí)行本地計(jì)算，并全網(wǎng)廣播AgreeUpdateN消息；表明系統(tǒng)將暫停三階段的交易處理流程,為更新N,視圖view做準(zhǔn)備；節(jié)點(diǎn)收到AgreeUpdateN即同意對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行更新的消息大于等于N-f個(gè)，主節(jié)點(diǎn)廣播Update消息，此時(shí)各節(jié)點(diǎn)更新系統(tǒng)狀態(tài)；

步驟4、若該節(jié)點(diǎn)為養(yǎng)殖廠，則需監(jiān)管系統(tǒng)執(zhí)行監(jiān)管智能合約進(jìn)行監(jiān)管，校驗(yàn)該節(jié)點(diǎn)資質(zhì)信息，只有資質(zhì)信息通過后，才允許將該條初始信息上傳至溯源區(qū)塊鏈上進(jìn)行同步存儲(chǔ)；所述的步驟4中的同步存儲(chǔ)是基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈技術(shù)的食品溯源切分存儲(chǔ)，采用分層多鏈的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法以及基于PAXOS算法的數(shù)據(jù)處理方法，分層多鏈的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過程如下：

步驟4.1、首先對(duì)區(qū)塊進(jìn)行分組，由主節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)完整的食品流轉(zhuǎn)行為數(shù)據(jù)，副節(jié)點(diǎn)則根據(jù)一致性哈希原理分片存儲(chǔ)食品溯源數(shù)據(jù)；

步驟4.2、每個(gè)區(qū)塊組中有K+1個(gè)區(qū)塊節(jié)點(diǎn)，首先采用基于位置的分組設(shè)計(jì)，每個(gè)組中根據(jù)節(jié)點(diǎn)區(qū)塊的性能以及可靠性選出一個(gè)節(jié)點(diǎn)區(qū)塊擔(dān)任主區(qū)塊節(jié)點(diǎn)，令其存儲(chǔ)完整的溯源數(shù)據(jù)，使除主節(jié)點(diǎn)外的其他區(qū)塊節(jié)點(diǎn)共同存儲(chǔ)分片區(qū)塊數(shù)據(jù)，隨后對(duì)2^32取模，2^32個(gè)點(diǎn)組成的圓環(huán)稱為哈希環(huán)，根據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)的IP或者機(jī)器名稱進(jìn)行哈希，確定每臺(tái)機(jī)器在哈希環(huán)上的位置；

步驟4.3、另外，將一致的哈希環(huán)劃分為相同大小的W區(qū)域以對(duì)應(yīng)于W個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)，并結(jié)合各節(jié)點(diǎn)的性能情況對(duì)虛擬節(jié)點(diǎn)的總量進(jìn)行調(diào)配；

步驟4.4、結(jié)合各節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的性能值，推出各節(jié)點(diǎn)的虛擬節(jié)點(diǎn)分配狀況公式：

其中，V(n_i)表示第i個(gè)區(qū)塊節(jié)點(diǎn)應(yīng)分配的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，W表示虛擬節(jié)點(diǎn)總數(shù)，表示第i個(gè)節(jié)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)塊組中的總節(jié)點(diǎn)比重，其中，p(n_i)代表區(qū)塊節(jié)點(diǎn)i的性能值；

步驟4.5、執(zhí)行信息上鏈智能合約，通過優(yōu)化后的PAXOS算法校驗(yàn)時(shí)間、業(yè)務(wù)流程、追溯ID信息與上一次流轉(zhuǎn)是否匹配，校驗(yàn)通過后，數(shù)據(jù)將通過聯(lián)盟區(qū)塊鏈在所有追溯環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，具體包括：

將議案和議案編號(hào)實(shí)現(xiàn)有效的分離，從而促使提案者proposer提出若干個(gè)議案的編號(hào)，并將其充當(dāng)原議案，構(gòu)建分布式時(shí)鐘中心，之后按照既定的流程，備份若干副本，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品追溯數(shù)據(jù)上鏈請(qǐng)求的并行處理，利用全局時(shí)鐘來讓進(jìn)程能夠向前執(zhí)行，對(duì)提交的C號(hào)碼進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)，從而對(duì)所需的提案進(jìn)行良好的提交；對(duì)PAXOS算法的公式展開標(biāo)準(zhǔn)化的驗(yàn)證，設(shè)定最為適用的C號(hào)碼；其采用的時(shí)鐘系統(tǒng)算法與投票流程包括：

1)系統(tǒng)準(zhǔn)備階段，在學(xué)習(xí)者learner初始化的過程中，其對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘值I＝0；

2)提案者proposer在獲取request請(qǐng)求之后，將定時(shí)器timer有效的開啟，同時(shí)把它壓縮為提案摘要P并等待計(jì)時(shí)器到期以前將完整提案PR提交給接受者；議案提交者proposer可以提交議案，acceptor進(jìn)入承諾狀態(tài)promise；

3)投票表決，當(dāng)learner通過一個(gè)PR的時(shí)候，解析PR并提取推入的ID；投票表決，在接受者收到動(dòng)作后，它進(jìn)入接受狀態(tài)；然后取出動(dòng)作編號(hào)，同意并忽略受約人持有的最大數(shù)量的動(dòng)作；在多于二分之一的acceptor選擇同意時(shí)把數(shù)值傳輸至learner，acceptor的狀態(tài)也會(huì)調(diào)整至accepted；所有學(xué)習(xí)者都會(huì)收到查詢并增加編號(hào)以實(shí)現(xiàn)同步；如果ID未被批準(zhǔn)，則將其寫入執(zhí)行代表exe_project_T，并且更新時(shí)鐘I＝I+1；

4)學(xué)習(xí)議案，當(dāng)賬單被接受時(shí)，賬單將被發(fā)送給學(xué)習(xí)者，一旦該議案被學(xué)習(xí)便可以進(jìn)行下一議案的審批；直到下一條議案提出的是停止提出議案的要求時(shí)，系統(tǒng)才終止運(yùn)行。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于優(yōu)化PAXOS的食品溯源分布式數(shù)據(jù)同步方法，其特征在于：

所述步驟4中，對(duì)PAXOS算法處理的事件進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)時(shí)鐘系統(tǒng)和事件系統(tǒng)進(jìn)行界定；

針對(duì)初始階段的PAXOS算法，只能實(shí)現(xiàn)對(duì)單條追溯信息上鏈請(qǐng)求議案的通過，為了讓算法通過若干個(gè)上鏈請(qǐng)求，使用最鄰近算法對(duì)時(shí)鐘和事件進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，并根據(jù)關(guān)聯(lián)對(duì)時(shí)間與事件進(jìn)行關(guān)聯(lián)和分組，通過加權(quán)計(jì)算確定提交順序，采用分組提交的方式發(fā)送信息上鏈請(qǐng)求，系統(tǒng)將同時(shí)對(duì)一組中的若干條上鏈請(qǐng)求進(jìn)行判定。