[發明專利]一種基于共識參與度和交易活躍度的改進PBFT共識方法

在審

• 申請號: 202011152332.3
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112532581A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 毛志來;孫惠平;傅玉峰;陳鐘;虞麗;朱俊
• 申請（專利權）人: 南京辰闊網絡科技有限公司;北京大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04L29/08;G06Q20/40
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明屬于區塊鏈、共識機制、PBFT應用技術領域，具體公開了一種基于共識參與度和交易活躍度的改進PBFT共識方法，包括以下步驟，步驟1、進行節點的初始化工作，給節點編號并設置節點的可信度初始值為0；步驟2、客戶端向主節點發送交易請求，直到到達第一次的主節點切換；步驟3、運行優化的視圖切換協議選舉出主節點；步驟4、基于優化的視圖切換協議和優化的一致性共識協議處理客戶端請求。本發明的有益效果在于：增強了主節點選舉的隨機性和安全性，有效抵御惡意節點攻擊；根據主節點的可信度來簡化節點通信的復雜度；設置窗口期，提高了誠實節點參與共識過程的公平性；將節點交易活躍度作為節點權益，激勵活躍節點維護區塊鏈網絡安全穩定。

技術領域

本發明屬于區塊鏈、共識機制、PBFT應用技術領域，具體涉及一種基于共識參與度和交易活躍度的改進PBFT共識方法，定義了區塊鏈節點共識過程參與度指標和交易活躍度指標，并綜合上述兩個指標計算區塊鏈節點的可信度值，作為衡量節點誠實度的重要依據，基于節點可信度，通過加權的概率密碼學抽簽算法的方式在視圖切換中產生主節點，同時根據選舉所得的主節點的可信度優化了一致性協議共識過程，解決了節點進行一致性協商過程中消息數量過多帶來復雜的網絡開銷的問題。

背景技術

中本聰在2008 年初次提出了區塊鏈技術概念，區塊鏈采用了密碼學、計算機和通信領域的各項技術，使用非對稱加密、時間戳、共識機制和點對點通信，解決現有的中心化信用機構的效率低、成本高和數據所有權被壟斷的問題，其本質是分布式系統，具有去中心化與安全可信的特點。區塊鏈技術被認為是移動互聯網之后新的信息技術發展方向，將促進信用社會的建立，促使目前的信息互聯網向價值互聯網轉變。

隨著區塊鏈技術不斷發展，共識算法也逐漸被研究人員所重視，其中共識算法如何選擇是區塊鏈設計的核心部分。共識算法是區塊鏈最為核心的技術,影響著區 塊鏈系統的性能，目前共識算法按照區塊鏈的類型，可以分為公有鏈共識、私有鏈共識和聯盟鏈共識三類。共識算法的研究很早便已經開始，例如工作量證明 （ Proof of Work，POW）、權益證明 （ Proof of Stake，POS）、實用性拜占庭容錯算法PBFT 以及Ｒaft算法等，PBFT是應用最為廣泛重要的聯盟鏈共識機制。

PBFT算法旨在解決如何在整個系統中存在作惡節點的情況下依然能保證最終決策的一致性和正確性的問題，該算法是基于狀態機副本復制的算法，每個狀態機副本都能保存服務狀態，滿足用戶的合法請求，不僅可以完成交易，還能夠實現不同類型的操作，該算法給傳輸來的消息進行共識，得到一個全局的序。在惡意節點不高于總數1/3的情況下，該算法能夠同時保證安全性和活性，該算法首次將拜占庭容錯算法復雜度從指數級降低到了多項式級 O（N²）。PBFT 算法中所有節點被分為客戶端、主節點和副本節點三種類型，流程被分為一致性協議、視圖變更協議和檢查點協議，其中一致性協議又被分為三個階段：預準備階段（PRE-PREPARE）、準備階段(PREPARE)和確認階段(COMMIT)。

PBFT 算法中主節點的選舉方式是按編號依次輪流作主節點，這種主節點的選舉方式較為隨意，在選舉成功主節點后也沒有對主節點的真偽性進行驗證，使得選舉出來的主節點很有可能是惡意節點，具有一定的安全隱患，盡管在后續的共識過程中主節點的惡意性有可能被從屬節點識破并通過視圖變更將其推翻，但是仍然會造成一定的損失，假如連續選取的主節點都是惡意節點，頻繁的視圖變更也會增加系統開銷，降低系統效率，將會導致系統資源的極大浪費并且降低系統安全性。PBFT對于作惡的主節點并不存在懲罰機制，僅僅是切換視圖更換主節點，而拜占庭節點仍然停留在網絡中，因此在區塊鏈的實際應用中需要進行改進，另外PBFT一致性協議三階段協商中高強度的網絡通信和網絡傳輸開銷同樣需要進一步的改進優化。

因此，基于上述問題，本發明提供一種基于共識參與度和交易活躍度的改進PBFT共識方法。

發明內容