[發明專利]一種區塊鏈共識系統及其控制方法

在審

• 申請號: 202210010651.3
• 申請日: 2022-01-05
• 公開（公告）號: CN115423472A
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 林飛龍;陳中育;齊嘉浩;王曉虎;馬永進
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: G06Q20/38
• 分類號: G06Q20/38
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 張曉博

本發明屬于區塊鏈技術領域，公開了一種區塊鏈共識系統及其控制方法，PoPB共識機制使用計劃行為理論對去中心化環境下個體參與共識的決策過程進行建模，分析主觀意愿、社會信用和工作匯報因素對決策行為的影響；利用統計概率模型對參與共識機制群體數量進行估計，實現對參與共識的群體規模的可控；構建去中心化和可信程度衡量指標體系，實現兩個指標可調諧的信用門限設置與參與共識群體規模的優化控制；提出動態授權組機制，強化共識機制的動態適應性。PoPB共識機制通過引入信用閾值確定算法和動態授權者組機制，實現去中心化和信用性的良好平衡，是具有良好的可靠性、去中心化性、可信性以及資源節約性的區塊鏈共識機制。

技術領域

本發明屬于區塊鏈技術領域，尤其涉及一種區塊鏈共識系統及其控制方法。

背景技術

目前，區塊鏈技術，又名分布式賬本技術。區別于傳統的中心化服務，區 塊鏈在實現了在節點無需互相信任的分布式系統中，進行去中心化的點對點事 務，從而解決了傳統的中心化系統中普遍存在的單點故障問題。在傳統的去中 心化場景下，如果中心服務器發生了故障，那么整個系統都將受到極大的甚至 是毀滅性的打擊。而區塊鏈通過去中心化的技術讓節點共同維護系統的運作， 即使部分節點出現故障，也不會影響整個系統的運行。除此之外，區塊鏈還因 其特殊的數據結構，實現了不可篡改、可追溯的安全屬性。區塊鏈本質上是一 條由哈希值鏈接在一起的鏈表。每一個當前的區塊都引用了上一個區塊的區塊頭的哈希值。這種設計使得整條區塊鏈中任意一個地方發生了篡改都會被發現。

區塊鏈中最具有代表性的應用是數字加密貨幣。一旦某個節點成功尋找到 這個隨機數，其將被授權將生成的新區塊添加到區塊鏈中并獲得獎勵。這種使 節點承認新的區塊合法的方式被稱為區塊鏈的共識機制。

如今已有的共識機制包括工作量證明、權益證明(Proof-of-stake，PoS)、 權威證明(Proof-of-authority，PoA)以及拜占庭共識算法(Practical byzantine faulttolerance，PBFT)等。PoW共識機制具有極高的去中心化程度和安全性，但是 也因浪費大量的計算資源和能源而被詬病。PoS提出了“權益”的概念，權益越 高被授權獲得上傳區塊的機會越大。PoS一定程度上解決了PoW的高資源消耗 問題，但是卻存在個別節點的權益過高導致的中心化問題。權威證明(PoA)則 通過選舉出眾多節點中的具有權威性的節點，由它來進行統一上傳新的區塊。 這種當時雖然極大地提高開了效率但是也嚴重損害了區塊鏈的去中心化程度。 拜占庭容錯共識算法(PBFT)雖然解決了異步環境下的拜占庭問題，但是由于 其性能較差，更常用于私有網絡或者許可網絡中，在公有網絡環境中擴展性不 足。因此，亟需設計一種新的區塊鏈共識系統及其控制方法。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：

(1)現有PoW共識機制會浪費大量的計算資源和能源。

(2)現有PoS存在個別節點的權益過高導致的中心化問題。

(3)現有權威證明(PoA)嚴重損害了區塊鏈的去中心化程度。

(4)現有拜占庭容錯共識算法(PBFT)由于其性能較差，更常用于私有 網絡或者許可網絡中，在公有網絡環境中擴展性不足。

解決以上問題及缺陷的難度為：(1)對去中心化的區塊鏈共識機制，從計 劃行為理論的角度對個體行為建模；

(2)基于計劃行為理論模型，利用統計概率工具，提出區塊鏈共識機制的 可控性，并給出控制理論與方法；

(3)構建區塊鏈共識機制的性能指標，給出性能指標平衡的共識機制參數 優化設計理論與方法；

(4)考慮共識機制的可靠性，設計基于動態授權組的共識機制實現方法。

解決以上問題及缺陷的意義為：