[發明專利]基于無線空中計算的區塊鏈共識協議的實現方法

有效

• 申請號: 202011030241.2
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112202868B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 化存卿;顧鵬文龍;吳越
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04L9/32;H04L9/06
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種基于無線空中計算的區塊鏈共識協議的實現方法，在無線區塊鏈網絡中包括一個基站和N個無線終端節點，基站與終端節點間通過無線信道通信。該方法包括：步驟1.在每一輪共識的開始，基站將更新請求信息廣播到所有終端節點；步驟2.各終端節點打包出塊，計算生成區塊哈希值并將其編碼發送至基站；步驟3.基站接收到所有終端節點的線性疊加信號，通過計算轉發技術進行處理并廣播給所有參與共識節點；步驟4.終端節點采用兩階段哈希驗證方法確定是否達成共識；步驟5.各終端節點將確認信息發送到基站以完成本輪共識。本發明通過編碼和無線空中計算技術，降低無線信道中傳輸的噪聲影響，實現高效可靠的區塊鏈共識協議。

技術領域

本發明涉及無線網絡區塊驗證及共識技術領域，具體是一種基于無線空中計算(AirComp)的區塊鏈共識協議的實現方法。

背景技術

區塊鏈技術因為其分布式、加密安全性高、可追溯不可抵賴的特點近年來在數據及網絡空間安全領域受到越來越多的關注，為網絡安全控制及入侵檢測提供了全新的思路。隨著研究討論越來越深入，如何在無線網絡的物理層實現高效可靠的共識，將區塊鏈技術的優勢發揮出來并避免其短板就成為了網絡空間安全領域現階段必須面對和解決的問題。

江蘇恒為信息科技有限公司于2016年提出了一種區塊鏈數據對比及共識方法并申請了專利(申請號：201611133352.X)。其中提出計算每筆交易內容的哈希值，并將其作為編號使用，可以按一定的規則放入類梅克爾樹中。從而能夠非常快的找出不同區塊間的差別，減少了數據的傳送量，大大降低了共識所需要的時間。在大多數這些共識協議中，對新生成的塊的共識依賴于不同用戶之間對哈希值的交叉驗證。但是，在此過程中，哈希值的編碼，解碼和傳輸將涉及較高的計算和傳輸開銷。特別是在無線網絡中，不同節點生成的哈希值需通過正交無線信道傳輸至基站端，然后再廣播到所有節點，這兩個階段中的無線資源使用率隨參與節點的數量線性增加，在大規模網絡場景下，會導致高傳輸延遲并影響共識協議的效率。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，針對一個由一個基站和N個無線終端節點組成的無線區塊鏈網絡，本發明提出一種基于無線空中計算的區塊鏈共識協議和裝置，該方法包括如下步驟：

步驟1.在每一輪共識的開始，基站將更新請求信息廣播到所有終端節點；所述的請求消息中包含共識輪數序號、時間戳和時間窗口大小信息。

步驟2.各終端節點根據基站發出的請求完成打包出塊，計算生成區塊哈希值并將其編碼發送至基站；

步驟3.基站通過計算轉發方式，將接收到的哈希值的線性疊加信號處理后廣播至所有參與共識的節點；

步驟4.節點從基站接收到所有哈希編碼的線性疊加λ之后，通過其對應的粗粒度lattice信息還原原始線性疊加并采用兩階段哈希驗證方法確定是否達成共識；

步驟5.如果達成共識，則新生成的區塊將分布式存儲在各終端節點上，各終端節點將確認信息發送到基站以完成本輪共識。

所述的步驟2中各終端節點根據基站發出的請求完成打包出塊，計算生成區塊哈希值并將其編碼發送至基站，具體步驟如下：

(2-1)各終端節點根據基站請求中的時間窗口信息，各自在其交易池中提取相應的交易并打包成新區塊，在區塊頭部加入輪次、時間戳以及上一個區塊哈希值，并計算新生成區塊的哈希值；

(2-2)各終端節點采用如下的lattice編碼技術完成對新生成區塊的哈希值編碼：

首先，定義歐幾里得空間中的k維lattice碼的生成方式如下：

C＝{uG mod p：u∈Z^k}，

其中G是一個完整的生成器矩陣，而p是質數；