改进的基于声誉因子与社区化管理的区块链共识算法制造技术

本发明专利技术属于互联网和区块链领域，特别涉及一种改进的基于声誉因子与社区化管理的区块链共识算法，包括初始化新节点，新节点加入网络选择社区加入，并在满足参选条件之后有权参与选举；有权参与选举的节点成为候选人参与竞选或者成为选民为候选人投票；竞选成功的节点履行记账操作，并对上一次轮选举的赏金进行分配，社区中其他节点对社区代表进行监督操作；本发明专利技术一方面依据声誉因子与节点行为的关联性，声誉因子作为节点行为指征可以在投票选举辅助选民投票，将声誉因子跟节点权益、记账赏金联结；另一方面采用社区化管理，不仅可以使记账节点的个数随着网络体量的变化自动调节，也可以让记账节点作为不同利益团体的代表参与决策。

Improved block chain consensus algorithm based on reputation factor and community management

The invention belongs to the field of Internet and block chain, and particularly relates to an improved block chain consensus algorithm based on reputation factor and community management, which includes initializing new nodes, joining the network to select the community to join, and having the right to participate in elections after meeting the election conditions; the node that has the right to participate in elections becomes a candidate to participate in elections or voters to vote for candidates; The successful node performs the accounting operation and distributes the reward of the last round of elections, and other nodes in the community supervise the community representatives.On the one hand, according to the correlation between reputation factor and node behavior, reputation factor as the indicator of node behavior can assist voters in voting elections, and link reputation factor with node rights and interests and accounting reward; On the one hand, community management can not only automatically adjust the number of accounting nodes with the change of network volume, but also enable accounting nodes to participate in decision-making as representatives of different interest groups.

【技术实现步骤摘要】
改进的基于声誉因子与社区化管理的区块链共识算法
本专利技术属于互联网和区块链领域，特别涉及一种改进的基于声誉因子与社区化管理的区块链共识算法。
技术介绍
在区块链技术中，共识算法作为其底层技术发挥着至关重要的作用。目前，区块链DPoS共识算法虽然摆脱了如PoW算法与PoS算法中的挖矿过程，但由于社区代表需要由全网投票决定，而投票本身是人工投票，投票需要时间、精力的投入，更需要对网络有一定的了解。而在目前的DPoS算法中，首先，选民在选举过程中选票的数量，等于币龄(或持币量)，致使一些持有高币龄(或代币)的节点权益过大而左右选举结果；第二，目前并没有一种可以对网络节点行为倾向有较为直观的量化表示方式，使选民惫于对大量参选节点进行了解；其次，网络激励只针对社区代表，而选民缺乏相应的激励，导致选民投票意愿的降低，与社区代表对选民的贿赂选票行为；第四，在很多实际应用场景中并不需要代币，使DPoS共识算法的使用场景受限；第五，该算法中，网络的记账代表数量往往提前设定，不能根据网络体量的变化和实际需要进行动态调整。为了解决这些问题，需要对算法的选举机制进行改进，故提出了基于声誉因子的选举机制；并将有利益相关的节点组成社区，对网络进行社区化管理，不仅加强了节点对网络的责任感和归属感，也使社区代表的数量可以随网络体量的变化而动态增减。将选举与监督跟激励机制相挂钩，从声誉和经济两方面激励节点对共识过程的参与和监督。该方法摆脱了区块链DPoS共识算法中代币的束缚，加强了网络节点行为倾向与实际利益的关联度，提高了算法的鲁棒性和其在实际应用场景的可行性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有的不足，提供一种改进的基于声誉因子与社区化管理的区块链共识算法，包括以下步骤：S1：在网络链路上线前成立默认社区，网络链路上线后根据网络链路中节点的活动建立新的社区，当社区不满足社区成立条件时，该社区进入社区消亡过程；S2：当新节点加入网络链路中时，初始化新节点，新节点选择一个社区加入，并在满足参选条件之后有权参与选举；S3：在可进行选举的社区的选举期间内，有权参与选举的节点成为候选人参与竞选或者成为选民为候选人投票；S4：竞选成功的节点成为社区代表，社区代表缴纳保证金并履行记账操作，并对上一轮选举的赏金进行分配，社区中其他节点对社区代表进行监督操作；S5：监督操作中，当当前社区代表不合法记账达n次或者代表的节点声誉降低到RI-min之后，返回步骤S3重新选举一个社区代表替换当前社区代表；否则当前社区代表一直记账直到本轮任期结束。进一步的，网络中的社区必须满足以下社区成立条件：社区节点数量需在min到max+min之间，其中max为满员警示线，min为社区节点数量下限；社区声誉需保持在R'以上；社区内有选举权的节点比例需达到r％，且选举参与率需达到r*％。进一步的，网络中社区的成立与消亡包括：在链路上线前设置一个默认社区；当链路上线后，链路中的节点可通过申请创建社区，通过申请创建社区需要当前所有社区代表决策，且通过申请创建的社区的初始声誉值为0；若社区达到满员警戒线max，社区可进行社区分裂创建新社区，分裂创建的社区的与原社区的声誉一致；当社区主动解散或者不满足社区成立条件时，该社区开始消亡，若该社区为通过分裂创建的社区，则将该社区中的节点划归到其他由原社区分裂的社区中，否则社区中的节点划归到默认社区。进一步的，默认社区为尚未被其他社区接纳的节点提供临时停靠点，当默认社区的节点数量达到min时，社区中的节点进行选举操作、记账操作和监督操作；否则默认社区不参与选举操作和记账操作，仅为节点提供临时停靠点。进一步的，所述初始化新节点包括：当新节点加入网络，节点停靠在默认社区，且该节点可请加入其他社区，若申请不成功t时间后重新申请；当节点提出加入社区时，社区需向当前社区代表提交申请意向，申请意向包括申请缘由、是否符合该社区属性、情况简述，且节点成功加入该社区后，T*时间内不允许退出。进一步的于，所述选举条件包括：节点加入该社区的时间不小于T0，且声誉因子达到R*；其中声誉因子分为节点声誉和社区声誉，取值范围均为[0，R]；新节点和新社区的声誉初始值为0，根据对网络影响程度为不同网络活动设置不同的声誉分值，依据节点参加的网络活动的分值为该节点的节点声誉加分或扣分，且保持在线但未参加网络活动或离线的节点，节点声誉将随时间衰减；社区声誉由社区代表的记账表现和选民对该代表的监督状况决定。进一步的，所述社区代表选举包括：当节点的声誉因子未达到R*时节点权益为0，当达到R*获得节点权益1，当节点的声誉因子大于R*后，节点的声誉因子每升高R0，节点权益加1；节点在作为选民为候选节点投票时，只能填写一份选票，候选节点获得的选票数量为所有选民的节点权益值之和；其中以节点提交选票的时间戳为依据，时间戳不在选举时间范围内的票将被丢弃；若该节点在投票期间内退出社区，则该节点选票权益值减半。进一步的，记账操作包括：S41：记账权交接，新社区代表缴纳保证金，同步账本信息，并对原社区代表账本进行确认。S42：上一轮记账赏金的分配，新社区代表开始行使记账权后，新社区代表则开始对上一届记账获得的赏金进行分配，每次社区代表完成记账则网络发放赏金B，每轮记账社区可最多获得赏金Bonus，每个社区可分配的B为Bonus乘以新社区选举交接完成时该社区的社区声誉Rc，即Bonus＝B*Rc；其中Bonus的P％给社区代表，共Bc；将Bonus的Q％分配给社区选民，区中Q％＝1-P％，共BI；每个选民实得赏金Bi；S43：选民节点对社区代表行为进行监督，若发现社区代表声誉值持续跌落到阈值，则该选民节点自发投票选择替换。进一步的，对上一次轮选举的赏金进行分配包括：若上一轮中，该社区代表全程合法记账，则它将获得全部Bc；若社区代表因声誉降低被选民罚下，则不分配任何赏金；若社区代表因声誉降低应被替换而由于选民投票不足而未被替换的，得Bc/2；选民节点赏金的分配将依据上一轮该节点参与选举投票和替换投票的情况进行分配，若所有选民节点将共同分割总量为BI(BI＝B*Q)的赏金，在选举和替换时共收到有效选票X张，则每张选票可分摊BI/X的赏金，该节点在选举时投了a张选票，替换时投了b张选票，则该节点可分得赏金(a+b)*(BI/X)。需要注意的是选票数量等于提交投票时该节点的节点声誉换算得到的节点权益值。进一步的，所述社区中其他节点对社区代表进行监督操作包括当社区代表不合法记账达n次或代表的节点声誉降低到RI-min之后，其他节点从上一轮的候选人中重新投票选举社区代表；该重新选举的区域代表的有效期为本轮任期，若在任期内，该重新选举的社区代表不合法记账达n次或社区代表的声誉降低到RI-min，需有至少全网50％的节点参与投票才能启动替换程序；若社区代表在任期结束前被替换，则保证金被罚没。本专利技术是一种基于声誉因子与社区化管理的区块链DPoS共识算法改进方法，主要适用与应用与公链和联盟链中。首先，依据声誉因子与节点行为的关联性，声誉因子作为节点行为指征可以在投票选举辅助选民投票；其次，将声誉因子跟节点权益、记账赏金联结，从声誉和经济两方面协同激励节点参与社区选举和代表监督，维护共识过程的安全稳定；第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.改进的基于声誉因子与社区化管理的区块链共识算法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在网络链路上线前成立默认社区，网络链路上线后根据网络链路中节点的活动建立新的社区，当网络链路中的社区不满足社区成立条件时，该社区进入社区消亡过程；S2：当新节点加入网络链路中时，初始化新节点，新节点选择一个社区加入，并在满足参选条件之后有权参与选举；S3：在可进行选举的社区的选举期间内，有权参与选举的节点成为候选人参与竞选或者成为选民为候选人投票；S4：竞选成功的节点成为社区代表，社区代表缴纳保证金并履行记账操作，并对上一轮选举的赏金进行分配，社区中其他节点对社区代表进行监督操作；S5：在监督操作中，当当前社区代表不合法记账达n次或者代表的节点声誉降低到RI‑min之后，返回步骤S3重新选举一个社区代表替换当前社区代表；否则当前社区代表一直记账直到本轮任期结束。

【技术特征摘要】
1.改进的基于声誉因子与社区化管理的区块链共识算法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在网络链路上线前成立默认社区，网络链路上线后根据网络链路中节点的活动建立新的社区，当网络链路中的社区不满足社区成立条件时，该社区进入社区消亡过程；S2：当新节点加入网络链路中时，初始化新节点，新节点选择一个社区加入，并在满足参选条件之后有权参与选举；S3：在可进行选举的社区的选举期间内，有权参与选举的节点成为候选人参与竞选或者成为选民为候选人投票；S4：竞选成功的节点成为社区代表，社区代表缴纳保证金并履行记账操作，并对上一轮选举的赏金进行分配，社区中其他节点对社区代表进行监督操作；S5：在监督操作中，当当前社区代表不合法记账达n次或者代表的节点声誉降低到RI-min之后，返回步骤S3重新选举一个社区代表替换当前社区代表；否则当前社区代表一直记账直到本轮任期结束。2.根据权利要求1所述的改进的基于声誉因子与社区化管理的区块链共识算法，其特征在于，所述步骤S1包括：在网络链路上线前成立的默认社区中，当节点达到满员警戒线max时，默认社区通过分裂形成两个默认社区；当默认社区的节点数量达到min时，社区中的节点进行选举操作、记账操作和监督操作；若默认社区的节点数量达到min，默认社区不参与选举操作和记账操作，仅为节点提供临时停靠点；当链路上线后，链路中的节点通过申请创建社区，且通过申请创建的社区的初始声誉值为0；若社区达到满员警戒线max，社区进行社区分裂创建新的社区，分裂创建的社区的与原社区的声誉一致；当有节点提出申请成立新的社区或者申请分裂成立新的社区时，网络中其他社区代表开始投票决定是否同意申请，若投票率达到成立条件则进入社区拟成立或者拟分裂阶段；在拟成立或者拟分裂开始伴随记账，拟成立或者拟分裂阶段结束时，若该社区达到社区成立条件，则正式成立，否则取消成立；当社区主动解散或者不满足社区成立条件时，该社区进入社区消亡消亡，若该社区为通过分裂创建的社区，则将该社区中的节点划归到其他由原社区分裂的社区中，否则社区中的节点划归到默认社区。3.根据权利要求1所述的改进的基于声誉因子与社区化管理的区块链共识算法，其特征在于，社区成立条件包括：社区节点数量需在min到max+min之间；且社区声誉需保持在社区选举声誉阈值R'以上；且社区内有选举权的节点比例需达到节点选举权百分比r％，且参加选举的节点需达到竞选节点百分比r*％。4.根据权利要求3所述的改进的基于声誉因子与社区化管理的区块链共识算法，其特征在于，社区声誉的增减包括：当前社区在选举期间不同的投票率对应不同的社区声誉，设定一个最低声誉标准，当小于最低声誉标准时，对应的声誉值为负数，且声誉值的绝对值与投票率成反比；当大于最低声誉标准时，对应的声誉值为正数，且声誉值的绝对值与投票率成正比；当社区代表进行记账时，每当社区代表非法记账时，社区声誉将被减分，且被减分数与本轮非法记账的总次数成正比；当本社区当轮未出现非法记账以至于被替换时，则奖励该社区的社区声誉为X，X为正数；若出现但在规定替换时间Tcg内重新选举社区代表替换出现问题的社区代表，将奖励该社区的社区声誉为X1，且X1<X，X1与Tcg成负相关；若超过Tcg完成替换，但是替补的社区代表尚未开始记账本轮任期已经结束，当X1为正数时，奖励该社区声誉值为X1/2，当X1为负数时，奖励该社区的社区声誉值为0。5.根据权利要求1所述的改进的基于声誉因子与社区化管理的区块链共识算法，其特征在于，所述初始化新节点包括：当新节点加入网络，节点停靠在默认社区，且该节点申请...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐宏，毛梦晴，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50