[發明專利]一種公眾聯盟鏈共識方法及系統

有效

• 申請號: 202110189819.7
• 申請日: 2021-02-18
• 公開（公告）號: CN112884580B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 孫毅;賈林鵬;王鑫;王柯元;于雷;張瀚文
• 申請（專利權）人: 中國科學院計算技術研究所
• 主分類號: G06Q40/04
• 分類號: G06Q40/04;G06F21/31;G06F16/27
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 祁建國

本發明提出一種公眾聯盟鏈共識方法，包括：當公眾聯盟鏈的一共識節點產生一個區塊后，將該共識節點在后續多個出塊周期內的出塊難度調整為第一值，該第一值高于全網基礎出塊難度；若該共識節點在該多個出塊周期內未產生新的區塊，則將該共識節點進行區塊挖掘的出塊難度調整為第二值，該第二值的低于該第一值。本發明還提出一種公眾聯盟鏈共識系統以及一種數據處理裝置。本發明的公眾聯盟鏈共識方法，從共識節點出塊難度動態調節機制入手，獨立動態地調整各共識節點出塊難度，能夠在顯著提升算法公平性、降低共識節點計算開銷與交易處理延遲的同時，保證公眾聯盟鏈其他指標評價效果基本持平。

技術領域

本發明屬于計算機網絡研究技術領域，具體涉及一種公眾聯盟鏈共識方法和系統。

背景技術

區塊鏈技術自2008年問世以來，其共識方法一直是學術界與產業界的熱門研究方向。隨著區塊鏈技術應用領域不斷擴展，將其作為“價值互聯網”底層基礎設施的呼聲也愈發強烈。為了將區塊鏈應用于基礎設施建設，并且滿足不同場景下的事務處理需求，國內外研究團隊提出了一系列共識方法。根據區塊數據是否滿足最終一致性，現有共識方法可以分為概率性共識與確定性共識兩類。

概率性共識中區塊數據以一定概率達成一致，隨著時間推移概率逐漸提高，但不能保證區塊數據將來不可更改，屬于弱一致性共識，代表共識方法有工作量證明(Proof-of-Work，PoW)、權益證明(Proof-of-Stack，PoS)。概率性共識大多應用在公有鏈系統當中，參與共識的節點通過求解難題、質押權益等方式競爭獲得出塊權(產生合法區塊)，并依據最長鏈、GHOST等規則基于節點本地數據確定主鏈，完成區塊共識過程。運行概率性共識的系統共識節點可以自由進出，且允許大規模節點參與共識過程；共識過程通信復雜度為線性，開銷較??；出塊權的歸屬隨機且不可預測；能夠在特定假設下避免雙花、共謀等攻擊行為，保證共識過程安全、穩定進行。但是，概率性共識往往交易處理性能較低、系統計算開銷較大。為此，Eyal?I等人提出Bitcoin-NG，通過“關鍵區塊+微區塊”的方式，將出塊權與交易排序過程分開，提升共識方法性能；Larimer?D提出委托權益證明(Delegated?Proof-of-Stake，DPoS)，通過投票機制縮小共識節點范圍，提升交易處理性能。

確定性共識中區塊數據一旦達成一致便不可更改，屬于強一致性共識，代表共識方法有實用拜占庭容錯協議(Practical?Byzantine?Fault?Tolerance，PBFT)、HoneyBadgerBFT與Algorand。確定性共識大多應用在包含身份認證機制的許可鏈系統(聯盟鏈、私有鏈)當中，其每輪共識過程開始后，共識節點集合便不可更新，集合內節點基于固定規則獲取出塊權，并通過“節點通信+數字簽名”的方式確定當輪共識結果，完成區塊共識過程。運行確定性共識的系統交易處理性能較高，計算開銷較?。煌ㄟ^身份認證、數字簽名，能夠在特定假設下避免一系列拜占庭攻擊行為。但是，共識過程通信復雜度很高且往往需要在網絡同步的環境下，嚴重限制參與共識節點規模擴大與應用場景擴展。為此，Miller?A等人提出HoneyBadgerBFT，實現網絡異步環境下的BFT共識；GiladY等人提出Algorand，基于BA*方法，結合“可驗證隨機函數+權益證明”，擴大共識參與節點數量，并保證共識確定性。

現有概率性共識方法，共識通信開銷低且節點自由進出共識集合，從而具有較高可擴展性；出塊權的歸屬隨機能夠一定程度保證出塊節點不可預測，從而提升對于拒絕服務攻擊、日食攻擊的抵抗能力。但是，概率類共識普遍計算開銷較大，吞吐量、延遲等性能無法滿足公眾聯盟鏈設計需求。與此同時，出塊權的歸屬通過競爭證明的方式獲取，將增加中心化風險，降低共識方法公平性；還將使得出塊間隔方差較大，降低共識方法穩定性。