[發(fā)明專利]一種多聯(lián)盟鏈共識(shí)算法的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110591340.6
• 申請(qǐng)日: 2021-05-28
• 公開（公告）號(hào): CN113365229B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋彤雨;談雪彬;胡文昱;董劉楊;任婧;王雄;徐世中;王晟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W4/08
• 分類號(hào): H04W4/08;H04W24/02;H04W72/04;G06N3/08
• 代理公司: 四川鼎韜律師事務(wù)所 51332
• 代理人: 溫利平

本發(fā)明公開了一種多聯(lián)盟鏈共識(shí)算法的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延優(yōu)化方法，通過(guò)路由控制器利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)先為通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械拿織l聯(lián)盟鏈構(gòu)建一顆多播樹，其中，每棵多播樹以聯(lián)盟鏈的主節(jié)點(diǎn)作為根節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建出保證主節(jié)點(diǎn)至所有副節(jié)點(diǎn)都連通的多播樹，從而使得由主節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的區(qū)塊可以通過(guò)多播樹路由至所有成員節(jié)點(diǎn)處；另外，路由控制器為每棵多播樹上的每條路徑分配帶寬，帶寬分配過(guò)程中，需考慮每條邊上各條聯(lián)盟鏈的延遲指標(biāo)，同時(shí)同一邊上所有鏈的帶寬占用之和也不能超過(guò)該鏈路的可用總帶寬；最后，路由控制器將多播樹路由、帶寬分配結(jié)果部署到通信網(wǎng)絡(luò)中，從而完成通信網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延優(yōu)化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于區(qū)塊鏈技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種多聯(lián)盟鏈共識(shí)算法的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

作為區(qū)塊鏈技術(shù)中許可鏈的典型代表，聯(lián)盟鏈近年逐漸得到廣泛關(guān)注和運(yùn)用。聯(lián)盟鏈?zhǔn)怯啥鄠€(gè)機(jī)構(gòu)組成的聯(lián)盟構(gòu)建，其賬本的生成、共識(shí)、維護(hù)由聯(lián)盟指定的成員參與完成。聯(lián)盟鏈中最關(guān)鍵的技術(shù)是共識(shí)算法，它將區(qū)塊廣播至網(wǎng)絡(luò)中，全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)接收大量區(qū)塊后順序進(jìn)行共識(shí)過(guò)程從而驗(yàn)證內(nèi)容，形成賬本，即具有特定結(jié)構(gòu)的區(qū)塊集。對(duì)于交易量極為龐大的業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)共識(shí)過(guò)程的快慢變得尤為重要，只有更快完成共識(shí)才能保證更多的交易在短時(shí)間內(nèi)能被所有節(jié)點(diǎn)確認(rèn)。

共識(shí)算法的運(yùn)行需要依托共識(shí)協(xié)議。聯(lián)盟鏈中最常見的共識(shí)協(xié)議是實(shí)用拜占庭容錯(cuò)協(xié)議(Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT)。該協(xié)議將聯(lián)盟鏈上的節(jié)點(diǎn)分為主節(jié)點(diǎn)和副節(jié)點(diǎn)，其中主節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)從所有節(jié)點(diǎn)收集交易信息并將交易信息打包成區(qū)塊，副節(jié)點(diǎn)則參與驗(yàn)證和轉(zhuǎn)發(fā)。PBFT共識(shí)主要分為預(yù)準(zhǔn)備、準(zhǔn)備和接受3個(gè)階段：在預(yù)準(zhǔn)備階段中，主節(jié)點(diǎn)收集來(lái)自所有節(jié)點(diǎn)的交易信息后，排序并提出合法區(qū)塊提案，多播給所有副節(jié)點(diǎn)；在準(zhǔn)備階段中，所有副節(jié)點(diǎn)先驗(yàn)證所收到區(qū)塊提案的合法性，生成驗(yàn)證結(jié)果摘要，并將其組播給其他副節(jié)點(diǎn)；在接受階段中，每個(gè)副節(jié)點(diǎn)收到超過(guò)總副節(jié)點(diǎn)數(shù)量2/3的同意投票后，傳輸接受投票的信號(hào)給主節(jié)點(diǎn)，當(dāng)主節(jié)點(diǎn)收到超過(guò)2/3個(gè)接受信息時(shí)便存儲(chǔ)區(qū)塊并將其置為被驗(yàn)證狀態(tài)。整個(gè)過(guò)程中，在預(yù)準(zhǔn)備階段由于區(qū)塊由主節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生，數(shù)據(jù)量較大，從主節(jié)點(diǎn)處多播區(qū)塊內(nèi)容將成為共識(shí)算法中網(wǎng)絡(luò)耗時(shí)最多的步驟。

已有很多工作嘗試從共識(shí)機(jī)制上優(yōu)化共識(shí)過(guò)程的時(shí)延，但是這些工作都假設(shè)網(wǎng)絡(luò)層路由及帶寬資源相對(duì)穩(wěn)定。然而在實(shí)際場(chǎng)景中，同一網(wǎng)絡(luò)可能承載多條來(lái)自不同業(yè)務(wù)的聯(lián)盟鏈，如稅務(wù)賬本聯(lián)盟鏈、跨銀行轉(zhuǎn)賬業(yè)務(wù)聯(lián)盟鏈等。由于網(wǎng)絡(luò)資源有限且交易到達(dá)率波動(dòng)較大，有必要靈活地對(duì)每條聯(lián)盟鏈共識(shí)算法涉及的路由及帶寬進(jìn)行靈活地調(diào)整及分配，從而使得每條聯(lián)盟鏈的共識(shí)算法的網(wǎng)絡(luò)層傳播時(shí)延得以優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多聯(lián)盟鏈共識(shí)算法的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延優(yōu)化方法，通過(guò)為每條聯(lián)盟鏈構(gòu)建多播樹并設(shè)計(jì)帶寬分配，從而找到最優(yōu)帶寬分配，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延優(yōu)化。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明一種多聯(lián)盟鏈共識(shí)算法的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、設(shè)置待優(yōu)化的通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為G，拓?fù)渲泄?jié)點(diǎn)數(shù)量為N，連接邊數(shù)量為L(zhǎng)，各邊的可用帶寬向量E，共將部署M條聯(lián)盟鏈，每條聯(lián)盟鏈包含一個(gè)主節(jié)點(diǎn)；設(shè)置路由變更的決策間隔時(shí)隙T；

(2)、在路由變更的決策時(shí)隙T到來(lái)時(shí)，路由控制器向交換機(jī)和各聯(lián)盟鏈的主節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)收集請(qǐng)求；

(3)、采集通信網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息

(3.1)、交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)收集請(qǐng)求后，提取通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層信息，具體包括：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)G及各邊的可用帶寬向量E；

(3.2)、各聯(lián)盟鏈的主節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)收集請(qǐng)求后，提取通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層信息，具體包括：區(qū)塊大小、待驗(yàn)證區(qū)塊數(shù)量、區(qū)塊平均等待時(shí)間、當(dāng)前主節(jié)點(diǎn)編號(hào)以及前k個(gè)決策時(shí)隙內(nèi)的交易到達(dá)強(qiáng)度；

(3.3)、將以上的網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層信息合并成一維的狀態(tài)向量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化，作為狀態(tài)向量提供給決策網(wǎng)絡(luò)推斷模塊；