基于双链结构的非许可区块链节点检测和激励方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于双链结构的非许可区块链节点检测和激励方法及系统，所述双链结构包括交易链和信誉链，所述方法中通过交易链共识形成本轮共识中各区块链节点的共识结果，再通过信誉链共识形成该区块链在本轮共识中的共识结果；根据所述区块链的共识结果对其中区块链节点进行分类；并基于所述区块链的共识结果，制定每一类区块链节点的出块奖励分配方式。本发明专利技术通过交易链共识维护基本的区块链交易，通过信誉链共识来检测区块链中的静默节点；并通过制定针对性的激励机制，来保证正确节点的出块奖励收益永远大于静默节点和错误节点；避免了对共识组内所有节点的信誉值同步调整，提高了对于错误节点和静默节点的奖惩精确度。确度。确度。

【技术实现步骤摘要】
基于双链结构的非许可区块链节点检测和激励方法及系统


[0001]本专利技术涉及区块链
，尤其涉及一种基于双链结构的非许可区块链节点检测和激励方法及系统。

技术介绍

[0002]区块链是一个去中心化的网络，用户以一个网络节点的形式，通过公式算法参与应用数据的处理，每个节点都有区块链中所有应用数据的完整备份，能够保证拜占庭环境下应用数据不会被恶意篡改。自从比特币。以太坊诞生以来，为了建立多个机构间的信任关系，区块链目前得到了广泛应用。
[0003]区块链中最重要的技术之一便是通过公式算法保证节点服务器之间数据的一致性：联盟链一般采用投票类共识算法，这类算法大多基于PBFT共识算法，该算法能够达到较高的吞吐量，但节点间通信复杂度为O(n2)，只能用于节点数量较少的联盟网络，在节点数量较大时性能不佳，目前很多研究致力于在节点数量较多的公链中应用投票类共识。这类研究的思路包括通过VRF从所有节点中选举一部分作为共识组，再通过选举出的共识组进行投票类共识，还包括将节点随机分配至多个分片中，利用分片中的各节点进行投票类共识；这两种思路都可以保证投票类共识只在少数节点中进行，从而使网络节点的数量不会影响区块链中投票类共识的共识效率。当前区块链的投票类共识算法中都没有考虑到非许可环境下节点参与共识的激励问题，传统的投票类共识应用于联盟链时，节点接入网络的权限被严格控制，且不存在出块奖励，因此节点一般不会恶意破坏系统的可用性。但是在公链中，任何节点够可以接入网络，节点参与共识的主要目的就是为了获取出块奖励，而出块奖励一般是被所有节点平均分配，但是参与共识会消耗节点的自身资源，这就会是有某些节点为了节约自身硬件资源，不参与共识或在共识中只向部分节点发送协议消息，但是若整轮共识成功，这些节点仍可以获取出块奖励，这可能会影响到共识的可用性。
[0004]现有技术中一般通过记录节点信誉的方法来激励节点参与共识，根据不同的信誉值来源调整该信誉值的计算依据，并根据每个节点的信誉值来分配对应的出块奖励或调整选取主节点和共识组的概率。例如：基于众包的应用场景，多个区块链节点会计算同一个没有基准答案的问题的结果，信誉来源于其计算结果的准确度；此种信誉值计算函数可以设置为：初始信誉值为平均值，并按照节点共识正确率调整信誉值，并且在节点共识正确率相通的情况下，更近出现拜占庭行为的节点信誉值越低，出现拜占庭行为后该节点的信誉值恢复更慢；通过设计算法检测节点发送不一致消息的行为，信誉来源于检测到的节点发送消息不一致的情况；此种信誉值的计算函数可以设置为：被检测到发送消息不一致的拜占庭节点信誉值会直接被设置为0，而对于投票与多数节点不一致的节点，在信誉值高时，奖惩都更高；基于选举共识组的共识算法，共识来源于每轮共识整体的成功或失败，此种信誉值会根据每轮共识整体的成功或失败进行调整，节点在信誉值低时更容易提高，在信誉值高时更容易降低。目前对于拜占庭行为的检测问题，由于FLP不可能原理，区块链节点之间很难对其他节点是否参与共识达成一致，因为自私节点可以诬陷其他节点没有发送协议消
息，而其他几点不能确定该节点是没有发送消息还是发送的消息还没有收到，因此上述采用信誉系统来建立的激励机制只能针对节点发送的不一致的消息来调整信誉值，却不能确定节点是否发送消息参与共识，因而不能根据节点是否参与共识来调整信誉值。
[0005]现有技术中采用故障检测器的方式可以记录本地节点接收到的信息及来源，并以此为依据设计了共识算法，但是在传统的研究中，检测静默节点的目的通常时保证共识算法的可用性，而不是确定静默节点具体是那些区块链节点，只能本地认为其他节点未发送消息而出现故障，但是却不能在所有节点间达成共识。因此本专利技术针对的技术问题就是如何在公链共识过程中检测静默节点，从而避免这些节点影响区块链系统的可用性。

技术实现思路

[0006]鉴于此，本专利技术实施例提供了一种基于双链结构的非许可区块链节点检测和激励方法及系统，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
[0007]本专利技术的一个方面提供了一种基于双链结构的非许可区块链节点检测方法，其特征在于，包括交易链共识步骤和信誉链共识步骤；
[0008]所述交易链共识步骤包括：在交易链中，参与共识的区块链节点向该区块链中其他节点发送协议消息，并接受来自于其他节点的协议消息，从而完成对应的交易链共识，形成参与共识的各区块链节点的本地观测结果和对应的本地观测结果证明；
[0009]所述信誉链共识步骤包括：本轮交易链共识完成后，将该区块链中所有区块链节点生成的本地观测结果在本轮信誉链上进行广播，并在本轮信誉链中形成共识，生成区块链的观测结果矩阵，所述观测结果矩阵中每一行表示对应区块链节点的本地观测结果和本地观测结果证明，每一列表示对应区块链节点在其他节点处的观测结果和观测结果证明；
[0010]根据所述观测结果矩阵对本轮共识过程中各区块链节点的节点状态进行分类。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述对本轮共识过程中各区块链节点的节点状态进行分类的步骤，包括：根据每一个区块链节点对应的观测结果矩阵中对应行中的本地观测结果和对应列中其他节点对该区块链节点的观测结果，将该区块链节点的节点状态分为正确节点、错误节点、交易链上的静默节点或信誉链上的静默节点。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述交易链共识选用实用拜占庭容错算法对区块链中各区块链节点发送的协议消息进行共识。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述信誉链共识选用异步共识算法对区块链中每个区块链节点在所述交易链中生成的本地观测结果进行共识；所述异步共识算法包括可靠广播协议阶段和二进制协议阶段；在所述可靠广播协议阶段对各区块链节点在所述交易链生成的本地观测结果进行广播交易，令各区块链节点就本地观测结果的数据信息达成共识；再通过所述二进制协议阶段根据各区块链节点的本地观测结果形成该区块链的观测结果矩阵。
[0014]本专利技术的另一方面提供了一种基于双链结构的非许可区块链节点激励方法，基于上述方法形成的所述区块链节点的分类结果，对各类型的区块链节点进行信誉值调整和出块奖励分配。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述信誉值的调整依据为：
[0016][0017]其中，表示区块链节点i第r轮交易链共识后的信誉值，α和β是增减信誉值的速率因子，c
i
和f
i
分别是区块链节点i在交易链共识轮次内该区块链节点被判定为正确和错误的次数，false指示错误节点的集合。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，，所述出块奖励包括交易链奖励和信誉链奖励，所述交易链奖励包括基本奖励和额外奖励；所述基本奖励平均分配至参与交易链共识的区块链节点，所述额外奖励根据各区块链节点在交易链共识中的参与比例进行分配，所述信誉链奖励根据各区块链节点在信誉链共识中的参与比例进行分配。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，所述出块奖励的分配原则为：
[0020][0021]其中表示区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双链结构的非许可区块链节点检测方法，其特征在于，包括交易链共识步骤和信誉链共识步骤；所述交易链共识步骤包括：在交易链中，参与共识的区块链节点向该区块链中其他节点发送协议消息，并接受来自于其他节点的协议消息，从而完成对应的交易链共识，形成参与共识的各区块链节点的本地观测结果和对应的本地观测结果证明；所述信誉链共识步骤包括：本轮交易链共识完成后，将该区块链中所有区块链节点生成的本地观测结果在本轮信誉链上进行广播，并在本轮信誉链中形成共识，生成区块链的观测结果矩阵，所述观测结果矩阵中每一行表示对应区块链节点的本地观测结果和本地观测结果证明，每一列表示对应区块链节点在其他节点处的观测结果和观测结果证明；根据所述观测结果矩阵对本轮共识过程中各区块链节点的节点状态进行分类。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对本轮共识过程中各区块链节点的节点状态进行分类的步骤，包括：根据每一个区块链节点对应的观测结果矩阵中对应行中的本地观测结果和对应列中其他节点对该区块链节点的观测结果，将该区块链节点的节点状态分为正确节点、错误节点、交易链上的静默节点或信誉链上的静默节点。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交易链共识选用实用拜占庭容错算法对区块链中发送的协议消息进行共识。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信誉链共识选用异步共识算法对区块链中每个区块链节点在所述交易链中生成的本地观测结果进行共识；所述异步共识算法包括可靠广播协议阶段和二进制协议阶段；在所述可靠广播协议阶段对各区块链节点在所述交易链生成的本地观测结果进行广播交易，令各区块链节点就本地观测结果的数据信息达成共识；再通过所述二进制协议阶段根据各区块链节点的本地观测结果形成该区块链的观测结果矩阵。5.一种基于双链结构的非许可区块链节点激励方法，其特征在于，基于权利要求1
‑
4任一所述方法形成的区块链节点的分类结果，对各类型的区块链节点进行信誉值调整和出块奖励分配。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述信誉值的调整依据为：其中，表示区块链节...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭莉，康天宇，裘牧非，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：