一种用于物联网环境的区块链跨链共识方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于物联网环境的区块链跨链共识方法和系统，其方法包括步骤：S1、设置多个物联网终端设备，将各个物联网终端设备感知的数据上传至各自不同的区块链中；S2、为每条区块链配备一台边缘设备作为公证人节点，所有公证人节点互相连通，组成公证人边缘计算网络；S3、进行跨链任务，将需要进行共识验证的区块链数据通过自己的公证人节点向网络发送共识验证请求；由网络其他公证人节点完成共识验证计算任务；将计算结果反馈给请求跨链验证的公证人节点，完成跨链任务。本发明专利技术通过构建多个公证人节点的公证人边缘计算机网络，挖掘网络节点的计算能力互相进行共识认证，支持多个任务的同时认证，大大加快多任务跨链共识的处理速度。理速度。理速度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于物联网环境的区块链跨链共识方法和系统


[0001]本专利技术涉及物联网
，尤其涉及一种用于物联网环境的区块链跨链共识方法和系统。

技术介绍

[0002]随着区块链理论和关键技术的飞速发展，区块链与物联网技术深度融合，在智慧城市、智能交通、智慧医疗等众多领域广泛落地。考虑到物联网系统的高复杂性和多个设备的实时数据交互，单条区块链已经难以满足物联网的实时数据感知和数据处理的需求，因而涌现出多条区块链共同协作的模式，通常被称为多链结构。在多链结构中，传统的单链共识机制方法已经无法适用，亟需多链结构的跨链共识技术，用于确认某条区块链的物联网数据是否有效。
[0003]从现有工作来看，物联网场景的区块链跨链共识方法主要包括如下几类。第一类是经典的POW(Proof of Work，工作量证明)共识机制，其基本原理是物联网区块数据进行SHA
‑
256密码散列函数运算，以确定数据有效性。然而，这类方法需要求解密码学中的哈希随机数，对设备性能要求极高，即便是高性能的专用挖矿设备也要几分钟才能确认一个区块，几乎无法用于高实时性的物联网环境。
[0004]第二类方法是PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance，实用拜占庭容错)技术，希望众多区块链网络节点进行投票机制，如果多数节点认为区块数据是有效的，则认为达成共识。一个完整的PBFT确认流程包括request(请求)、pre
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prepare(预准备)、prepare(准备)、commit(委托确认)、reply(回复)五个阶段。对于每个区块数据的跨链共识，均需网络所有节点参与上述五个阶段，并分别在内部传输各个阶段的中间结果。显然，一个完整的PBFT流程内部通信开销极大。而且，如果有连续不断的物联网区块数据(例如视频监控)，各个区块数据均需等待前置区块数据的共识确认，其延时是难以接受的。
[0005]第三类方法是对PBFT技术的改进，其中，以G
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PBFT、Zyzzyva技术为代表技术。G
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PBFT的基本思路是选取部分节点参与PBFT共识，但是仍执行PBFT的五个阶段全过程，无法解决内部通信开销和区块数据等待确认的问题。Zyzzyva假设各个节点都是可靠的，在跨链共识中不会恶意伪造消息，因此，各节点只需返回自己的确认信息即可，从而极大地减少了节点内部通信开销。如果存在节点故障或恶意节点，则进行二次确认。然而，Zyzzyva也不支持多个区块数据的同时处理，仍存在后续区块数据等待确认的问题。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术所存在的技术问题，本专利技术提供一种用于物联网环境的区块链跨链共识方法，通过构建多个公证人节点的公证人边缘计算机网络，挖掘网络节点的计算能力互相进行共识认证，支持多个任务的同时认证，大大加快多任务跨链共识的处理速度。
[0007]本专利技术方法采用以下技术方案来实现：一种用于物联网环境的区块链跨链共识方法，包括以下步骤：
[0008]S1、设置多个物联网终端设备，将各个物联网终端设备感知的数据分别上传至各自不同的区块链中；
[0009]S2、为每条区块链配备一台边缘设备作为公证人节点，所有公证人节点互相连通，组成一个公证人边缘计算网络；
[0010]S3、进行跨链任务，将需要进行共识验证的区块链数据通过自己的公证人节点向公证人边缘计算机网络发送共识验证请求；由公证人边缘计算机网络其他公证人节点完成共识验证计算任务；将计算结果反馈给请求跨链验证的公证人节点，完成跨链任务。
[0011]本专利技术系统采用以下技术方案来实现：一种用于物联网环境的区块链跨链共识系统，包括终端设备、区块链、公证人节点和公证人边缘计算机网络；
[0012]区块链分别与终端设备、公证人节点连接；通过设置多个物联网终端设备，将各个物联网终端设备感知的数据分别上传至各自不同的区块链中；为每条区块链都配备一台边缘设备作为公证人节点，所有公证人节点互相连通，组成一个公证人边缘计算网络，支持区块链之间的互相协作；
[0013]将需要进行共识验证的区块链数据通过自己的公证人节点向公证人边缘计算机网络发送共识验证请求；由公证人边缘计算机网络其他公证人节点完成共识验证计算任务；将计算结果反馈给请求跨链验证的公证人节点，完成跨链任务。
[0014]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0015]1、本专利技术通过构建多个公证人节点的公证人边缘计算机网络，挖掘网络节点的计算能力互相进行共识认证，支持多个任务的同时认证，大大加快多任务跨链共识的处理速度。
[0016]2、本专利技术提出三分之二公证人广播机制，提出先来先处理、最小包优先的优化策略，大大降低通信延迟、减少网络拥塞。
[0017]3、本专利技术提出遗传算法，从网络节点中搜索发现最优的三分之二个公证人节点，参与本公证人节点任务的验证计算，保证整个网络所有任务的完成时间最小。
附图说明
[0018]图1是本专利技术方法的流程图；
[0019]图2是本专利技术系统的模型示意图；
[0020]图3是跨链验证的过程示意图；
[0021]其中，1为终端设备，2为区块链，3为公证人节点，4为公证人边缘计算机网络。
具体实施方式
[0022]下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0023]实施例
[0024]如图1所示，本实施例一种用于物联网环境的区块链跨链共识方法，包括以下步骤：
[0025]S1、设置多个物联网终端设备，例如手机、摄像头和智能家电，将各个物联网终端设备感知的数据分别上传至各自不同的区块链中；
[0026]S2、为每条区块链都配备一台边缘设备作为公证人节点，所有公证人节点互相连通，组成一个公证人边缘计算网络，支持区块链之间的互相协作；
[0027]S3、进行跨链任务，将需要进行共识验证的区块链数据通过自己的公证人节点向公证人边缘计算机网络发送共识验证请求；由公证人边缘计算机网络其他公证人节点完成共识验证计算任务；将计算结果反馈给请求跨链验证的公证人节点，完成跨链任务。
[0028]本实施例中，步骤S3中每个公证人节点均可为所在区块链提出跨链请求，也需要为公证人边缘计算机网络其他公证人节点提供验证计算服务；即每个公证人节点有两种身份：作为跨链任务的提出者，任何公证人节点均可为其区块链内部节点向其他公证人节点提出跨链验证请求；作为跨链任务的验证者，任何公证人节点均需为他人验证。
[0029]如图3所示，本实施例中，一个完整的跨链任务包括验证请求任务、验证计算任务和验证回传任务，这三个任务依次执行，其具体过程分别如下：
[0030]验证请求任务：公证人节点所在区块链提出数据需要被共识认证，该需求被提交给公证人节点，公证人节点将该任务广播至其他公证人节点。即：跨链验证任务到达其他公证人节点之前，均属于验证本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于物联网环境的区块链跨链共识方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、设置多个物联网终端设备，将各个物联网终端设备感知的数据分别上传至各自不同的区块链中；S2、为每条区块链配备一台边缘设备作为公证人节点，所有公证人节点互相连通，组成一个公证人边缘计算网络；S3、进行跨链任务，将需要进行共识验证的区块链数据通过自己的公证人节点向公证人边缘计算机网络发送共识验证请求；由公证人边缘计算机网络其他公证人节点完成共识验证计算任务；将计算结果反馈给请求跨链验证的公证人节点，完成跨链任务。2.根据权利要求1所述的一种用于物联网环境的区块链跨链共识方法，其特征在于，步骤S3中每个公证人节点具备两种身份：作为跨链任务的提出者或跨链任务的验证者；任何公证人节点均为其区块链内部节点向其他公证人节点提出跨链验证请求；或作为跨链任务的验证者为他人验证。3.根据权利要求1所述的一种用于物联网环境的区块链跨链共识方法，其特征在于，完成跨链任务利用三分之二公证人广播机制，选取三分之二的空闲公证人节点协助验证，一个公证人节点收集到超过三分之二其他公证人节点回传的验证通过结果，则完成跨链任务。4.根据权利要求3所述的一种用于物联网环境的区块链跨链共识方法，其特征在于，三分之二公证人广播机制通过利用先来先执行FCFS以及最小数据包优先MDPF两种优先级规则执行跨链任务，其具体规则如下：若网络为两个跨链任务，均在同一个公证人节点处理时，根据先来先执行FCFS原则，先达到公证人的任务，优先被执行；若两个任务同时到达，则任务数据包较小的任务，优先被执行；若网络有两个跨链任务，均占用同一公证人节点通信链路时，根据先来先执行FCFS和最小数据包优先MDPF，优先选择开始时间最早、数据包最小的任务，优先被执行。5.根据权利要求4所述的一种用于物联网环境的区块链跨链共识方法，其特征在于，基于先来先执行FCFS和最小数据包优先MDPF规则，通过对公证人边缘计算机网络进行建模分析，获取最合适的跨链共识传输路径，具体建模分析情况如下：分析1：同时发送数据流会产生冲突；若某个区块链网络有多个任务的数据，需要传输到区块链所在的公证人节点，并等待被网络共识认证；先设置N个连续的区块链数据块，即公证人节点有N个跨链任务；设整个网络有M个公证人节点；A
i
表示跨链任务A的验证请求任务或验证回传任务；A
j
表示跨链任务A的验证计算任务，NT
task
表示执行任务task的节点，则是执行任务A的验证请求任务或验证回传任务，是执行任务A的验证计算任务，表示在请求任务中，任务A的请求节点将数据发送到任务A的计算节点的数据流传输开始时间，或者在回传任务中，任务A的计算节点将验证结果回传的数据流传输开始时间；表示相应的数据流传输结束时间；同一时刻最多传输一个任务的数据，则对于任意的跨链任务A和B，必须等前一个数据流传输完成，即：
其中，A,B∈[1,N]，为两个不同的跨链任务；i,j,u,v＝{rt,vt}，为不同的任务类型；NT∈[1,M]，为网络公证人节点；分析2：公正人节点的多个任务不能同时执行；一个公证人节点在同一时刻只能执行一个跨链验证任务；其中，NT
task
表示执行任务task的节点，即执行任务A
i
的公证人节点；TS
task
表示任务A的开始执行时刻，TE
task
表示任务A的执行结束时刻，则对于两个不同任务A和B，需要满足：分析3：多个任务需要排队执行；节点的多个任务排队执行；设公证人节点有N个验证...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈孔阳，邱丽娟，郑杰，张洪发，杨曦，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：