[發明專利]一種基于分片技術提升區塊鏈吞吐量的方法

在審

• 申請號: 202011039365.7
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112260836A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 楊挺;王宇;曾友露
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04L9/32
• 分類號: H04L9/32;H04L9/08;H04L9/06;H04L29/08;G06Q40/04
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 冉鵬程

本發明公開了一種基于分片技術的區塊鏈交易吞吐量提升方法，屬于區塊鏈網絡技術領域，通過分片技術將區塊鏈劃分為多個子網，并將待記錄的交易也劃分到不同分片中，以實現不同分片處理不同交易的效果，最終各個分片將各自的Merkleroot提交給領導節點，讓核心節點整合為一個完整的Merkleroot，并打包到新區塊，提升區塊鏈的交易吞吐量，同時在算法的隨機性和權益證明能夠有效抵御女巫攻擊和“雙花”攻擊。

技術領域

本發明屬于區塊鏈網絡技術領域，具體涉及一種基于分片技術提升區塊鏈吞吐量的方法。

背景技術

區塊鏈是一個信息技術領域的術語，從本質上講，它是一個共享數據庫，存儲于其中的數據或信息，具有“不可偽造”、“全程留痕”、“可以追溯”、“公開透明”、“集體維護”等特征，基于這些特征，區塊鏈技術奠定了堅實的“信任”基礎，創造了可靠的“合作”機制，具有廣闊的運用前景。

區塊鏈技術在近些年有著突飛猛進的發展，但是也有著許許多多的局限性。區塊鏈技術的主要特點有去中心化、防篡改、交易公開透明化以及可追溯等，基于這些特點，區塊鏈正在被越來越多的用戶所關注，但區塊鏈技術也是存在問題的，其中最受到關注的有兩個方面：存儲容量問題、交易吞吐量問題。

吞吐量是指對網絡、設備、端口、虛電路或其他設施，單位時間內成功地傳送數據的數量，在虛擬貨幣中即每秒交易的處理量（TPS，Transaction per Second），對于最開始的比特幣來說，它的交易吞吐量為每秒7筆交易（TPS），而以太坊為每秒15筆交易（TPS），而和現有的付款系統相比，如國際貿易支付工具Paypal，它們的平均吞吐量都為115筆交易每秒，即，現有常規的區塊鏈吞吐量已經不足以滿足貿易支付結算時所需要的吞吐量要求了，所以如何提升區塊鏈的吞吐量是一個急需要解決的問題。

發明內容

本發明針對上述時間同步需求，提供了一種將分片技術應用到區塊鏈中、將區塊鏈網絡分為多個子網絡，每個子網絡代表一個片，根據片的不同分別處理交易從而提高交易吞吐量的方法。

本發明所公開的一種基于分片技術提升區塊鏈吞吐量的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，區塊鏈中每個節點在加入區塊鏈時，均在區塊鏈創建新節點源碼中加入非對稱加密算法，從而在本地生成一對非對稱密鑰，分別為公鑰Pk和私鑰Sk；

步驟2，將步驟1中每個節點生成的公鑰Pk和私鑰Sk，匯合節點在區塊鏈中可驗證的參數信息輸入到VRF_Pos算法中，VRF_Pos算法中的VRF算法隨機函數按照設定的隨機數值范圍，為每個節點生成一個中間結果proof和一個隨機數res，然后通過VRF_Pos算法中的POS權益證明算法的來證明每一個節點的隨機數res是正確的，以達成加入區塊鏈的所有節點對其他節點的隨機數res形成共識；

步驟3，整個區塊鏈中只允許有一個領導節點，一級節點和二級節點都有多個，通過步驟2中得到的每個節點的隨機數res，結合對整個區塊鏈網絡的分片數，對應判斷每個節點屬于哪個分片以及是二級節點還是一級節點還是領導節點，完成子網絡分片；

步驟4，完成子網絡分片后，每個二級節點負責打包交易生成merkle子樹，并將merkle子樹的根提交給一級節點；一級節點繼續打包merkle子樹根，并生成各自分片的merkle根，并提交給領導節點；領導節點則負責整合每個分片所提交的merkle根并打包生成完整的merkle根并寫入新區塊。merkle樹和merkle根都是原區塊鏈中的數據結構，所以打包和生成方式根據原區塊鏈中的方法即可，唯一不同的就是原區塊鏈全節點都只構建一棵merkle樹，而經過分片后，每個分片中都會生成merkle樹，最終每個分片的merkle根提交給領導節點進行匯總。