[發明專利]一種基于權益證明機制的區塊鏈共識協議

在審

• 申請號: 202310166713.4
• 申請日: 2023-02-24
• 公開（公告）號: CN116366293A
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 杜志強;劉亮鑫;傅妍芳;黃牧鴻;李鄆梁;李佳臻;馬益帆;張嘉恒;張文東;蔣文隆
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: H04L9/40
• 分類號: H04L9/40;H04L9/00;H04L67/104
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 勾慧敏

本發明涉及一種基于權益證明機制的區塊鏈共識協議，提出了一種新的分布式隨機信標(DRBs)來選擇產生區塊的領導者，可以抵御惡意節點的攻擊，保證領導人選舉的隨機性和公平性。提出了一個新的最長鏈規則，使誠實的節點能夠選擇相同的主鏈進行區塊同步，提高共識的效率和降低鏈分叉率，支持動態可用性。本發明的基于權益證明機制的區塊鏈共識協議，相對于以往的一些區塊鏈共識協議，有著更高的吞吐量、安全性和共識效率。

技術領域

本發明屬于區塊鏈共識系統技術領域，具體涉及一種基于權益證明機制的區塊鏈共識協議。

背景技術

區塊鏈作為加密數字貨幣的底層技術，是一個由所有節點共同維護、共同記賬的分布式數據庫系統，具有匿名、去中心化、可追溯、不可篡改等特性。區塊鏈技術是以數據庫作為數據存儲載體，以P2P網絡作為通信載體，依賴密碼學確定所有權和保障隱私，依賴分布式系統共識框架保障一致性，旨在構建價值交換系統的技術。區塊鏈系統中的角色按功能分為兩類，分別為參與節點和維護節點。參與節點為使用系統的客戶端節點，該類節點用于與用戶交互，用戶在客戶端節點發起自己的請求，并廣播到網絡；維護節點就是維護系統數據記錄的節點，該類節點用于驗證用戶請求、創建區塊、生成區塊鏈和保存區塊鏈，是區塊鏈系統中核心角色。

在區塊鏈系統中，區塊鏈共識協議會制定一組每個節點必須遵守的規則，保證分布式系統中各節點區塊鏈數據備份的一致性。共識協議是區塊鏈整體架構中的核心組件，它對區塊鏈的性能、安全性、可擴展性和出塊效率起著至關重要的作用。區塊鏈共識協議分為兩個主要步驟：出塊節點選舉和區塊共識。在出塊節點選舉階段，某個節點(或多個節點)通過某種選舉機制選舉成為出塊節點，進而提出新區塊；由于分布式網絡中可能存在的惡意節點及分叉塊的影響，其他節點在收到新區塊以后不能直接將其加入自己的本地區塊鏈系統中，所有節點需要利用主鏈共識對新區塊及其構成的主鏈達成一致。出塊節點選舉機制和區塊共識共同保證了區塊鏈數據的正確性和一致性，從而為分布式環境中的不可信主體間建立信任關系提供技術支撐。

在現有的技術中，出塊節點選舉過程的隨機選舉函數具有弱不可預測性，而且選舉流程會比較復雜，會消耗比較多的通信資源，降低產生隨機數的效率，從而降低共識效率。主鏈共識階段大部分根據最長鏈規則制定，簡單、高效但是交易吞吐量較低，而且存在較多的孤塊，交易吞吐量高的流程會比較復雜，比較適用于許可鏈。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種基于權益證明機制的區塊鏈共識協議。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

本發明提供了一種基于權益證明機制的區塊鏈共識協議，包括：

對區塊鏈系統中每個節點進行注冊，生成節點信息；

利用分布式隨機信標隨機選擇區塊鏈的領導者節點；

領導者節點將交易打包生成新區塊，并廣播到區塊鏈系統中，其它節點對新區塊進行驗證；

對于通過驗證的新區塊通過鏈選擇規則實現區塊鏈主鏈共識。

在本發明的一個實施例中，所述節點信息包括：節點編號U_i、節點狀態值sid，分布式隨機信標密鑰和節點權益值s，其中，所述分布式隨機信標密鑰包括公鑰cpk和私鑰sk。

在本發明的一個實施例中，所述分布式隨機信標為五元組的多項式算法，表示為：R＝(CmteGen,PartialRand,CombRand,VerifyRand,Updstate)，CmteGen表示密鑰生成函數，PartialRand表示部分評估函數，CombRand表示總評估函數，VerifyRand表示節點驗證函數，Updstate表示更新領導者函數；