[發明專利]一種分片區塊鏈下安全可監管的權益證明方法及系統

有效

• 申請號: 202111045873.0
• 申請日: 2021-09-07
• 公開（公告）號: CN113783700B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 馬建峰;馮曉琴;劉少彬;苗銀賓;楊騰飛;李穎瑩;馬卓然
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L9/32
• 分類號: H04L9/32;H04L9/08;G06Q20/38;G06Q40/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 房鑫

1.一種分片區塊鏈下安全可監管的權益證明方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、新節點請求加入公有鏈，監管聯盟鏈中的監管服務器授權區塊鏈注冊證書并認證節點身份；

S2、如果用戶發起交易，監管聯盟鏈中的監管代理驗證交易，利用基于PBFT的一致性協議實現有效交易的一致性序列達成，并將交易序列發送至分片公有鏈網絡；

S21、所述的基于PBFT的一致性協議建立過程如下：

向區塊鏈網絡發起交易，一個完整的交易記為Tx_cp，監管代理執行交易處理；

參與一致性協議的主副本利用產生的秘密為所有備份副本產生3f+1個秘密份額，當針對當前交易至少有f+1個備份副本揭露了正確的秘密份額，主副本利用f+1個秘密份額恢復出秘密并且將達成一致的交易發送至所有備份副本；其中，f表示一致性協議的容錯；

S22、所述監管聯盟鏈將交易序列發送至分片公有鏈網絡的具體方法如下：

公有鏈網絡分片為Sr₁，…，Sr_r，單個分片內的節點為其中，N表示公有鏈網絡大小，|N|表示網絡總節點數；

所有副本達成當前輪一致的交易序列主副本將發送至分片公有鏈網絡，其中，d表示系統執行區塊生成的輪數；

公有鏈將按序列平均分配至r個網絡分片，構成單個分片內的交易序列/

S3、監管代理和公有鏈節點利用基于PBFT的一致性協議以及基于硬件的權益證明機制對交易序列和正確性達成一致，并分別在監管聯盟鏈和公有鏈存儲交易內容；

所述分別在監管聯盟鏈和公有鏈存儲交易內容的表達式如下：

Tx_cp＝sn||bt_m…bt_j+1bt_j…bt₀

Tx₁＝sn||bt_m…bt_j+1；Tx₂＝sn||bt_j…bt₀

監管代理將從完整交易截斷的交易Tx₁和Tx₂存儲于聯盟鏈，記賬者將包括完整交易Tx_cp的區塊存儲于公有鏈；其中，sn表示交易的唯一序列號，bt_m…bt_j+1bt_j…bt₀表示交易的二進制比特串；

S31、利用所述的基于硬件的權益證明機制，公有鏈的r個分片并行執行交易一致性和正確性驗證，分片內部執行記賬者競爭并驗證交易；

記賬者競爭規則的表達式如下：

其中，n_i表示分片內的第i個節點，SU₁，…，SU_d-1表示1，…，d-1輪所有公有鏈節點及其權益值狀態，SU^maxblk6roo是d輪開始時分片內權益值最大的節點，H_ω(d，0，R_i，d，0，Ω_d)表示用于競爭記賬者的SHA256哈希，0是第d輪共識競爭的第0步，R_i，d，0是節點n_i通過向其硬件模塊輸入(d，0)時硬件模塊隨機數生成器輸出的隨機數且只能由本節點獲取一次，硬件模塊利用私鑰簽名(d，0，R_i，d，0，(d，0，R_{i，d，0}))向n_i發送認證的隨機性，γ_i表示n_i的權益持有，利用/代表參與競爭的實際權益以實現分片區塊鏈網絡和完整區塊鏈網絡同樣的安全性保證；所述Ω_d的表達式如下：Ω₀＝H(SU₀)；Ω_j＝H(n^j-1，Ω_j-1)(0＜j≤d)；/

其中，n^j表示第j輪根據權益證明機制記賬者競爭勝出的記賬者；

所述p_w表示一個預先設定的概率使得至少有一個活躍的誠實節點競爭成為記賬者；

參與記賬者競爭的節點將生成的區塊發送至分片網絡內部進行驗證；所述將生成的區塊發送至分片網絡的方法如下：節點n_i將消息發送至整個分片網絡內部驗證，其中，/表示節點n_i在當前輪記錄的區塊；

S32、利用基于硬件的權益證明機制，公有鏈的r個分片并行執行交易區塊一致性和正確性驗證，分片內部執行區塊驗證者競爭并驗證區塊；

所述區塊驗證者競爭和區塊驗證方法如下：

所述驗證者競爭規則的表達式如下：

其中，δ表示節點n_i競爭的簽名權利，即n_i成為驗證者后擁有的投票數，p_v表示一個預先設定的概率使得至少有個活躍的節點競爭成為驗證者，H_v(d，1，R_i，d，1，Ω_d)表示用于競爭驗證者的SHA256哈希，1是第d輪共識競爭的第1步，R_{i，d，1}是節點n_i通過向其硬件模塊輸入(d，1)時硬件模塊隨機數生成器輸出的隨機數且只能由本節點獲取一次，是n_i進入驗證者團體并擁有j個投票權的概率；

所述驗證者團體執行基于PBFT的一致性協議根據消息驗證區塊，剩余節點被動地同步相關狀態；

所述區塊驗證的表達式如下：

其中，表示區塊的內容，h(B^d-1)是前一區塊哈希值，/是時間戳，π^d是驗證者簽名的有效性證明，驗證者驗證記賬者的合法性和區塊內容的正確性，添加簽名的區塊有效性證明并且提交所擁有的投票數對區塊投票；

當惡意節點同時成為記賬者和驗證者時才能發起長程攻擊，此時通過長程攻擊產生一個新區塊的概率最大為10^-3；

S4、硬件模塊利用隨機數產生器的計數器執行交易最終確認，實現交易轉賬；硬件模塊確認交易的具體方法如下：根據n_i在若干區塊B₀，…，B_d中的交易，n_i向其硬件模塊輸入(0，…，d)以在所有區塊中完成其對應交易的最終確認，若交易得到硬件模塊驗證，則硬件模塊輸出并且將檢查點設為C_i＝d，檢查點的初始值為C_i＝0，任何在C_i＝d輪及之前產生的區塊中的交易將會被拒絕再次驗證，防止惡意節點的雙重支付攻擊，其中C_i表示硬件模塊計數器的值；

S5、利用交易檢索監管具有無利害關系的惡意公有鏈節點，具體方法如下：

公有鏈對可疑交易ST_x＝sn_s||string發起交易檢索請求，聯盟鏈監管代理開展一致性協議；當備份副本至少揭露Th_tr≥f+1個秘密份額并且對應備份副本同意ST_x為可疑交易，聯盟鏈通過交易檢索請求并且一致決定ST_n為惡意交易；

根據唯一交易序列號sn_s監管代理在當地聯盟鏈查找截斷交易和并向公有鏈下載包含完整交易的區塊和區塊鏈，獲得對應區塊記賬者和存儲無利害攻擊區塊和區塊鏈的節點身份，吊銷無利害關系節點區塊鏈注冊證書。