一种面向物联网的区块链节点低成本部署方法技术

本发明专利技术公开了一种面向物联网的区块链节点低成本部署方法，其特征在于，包括S1、根据物联网预设参数，计算最小区块链节点个数；S2、基于最小区块链节点个数及恶意节点个数，计算区块链在满足PBFT共识时区块链节点所需的发射功率；S3、按照最小区块链节点个数及其发射功率，对区块链节点进行部署。本发明专利技术方法以在满足协议安全性和节点活动性的同时降低节点部署成本。同时，考虑了物联网环境下区块链节点间达成共识等实际问题，为物联网中区块链应用的实际部署提供有益的参考。的实际部署提供有益的参考。的实际部署提供有益的参考。

【技术实现步骤摘要】
一种面向物联网的区块链节点低成本部署方法


[0001]本专利技术属于区块链节点部署
，具体涉及一种面向物联网的区块链节点低成本部署方法。

技术介绍

[0002]随着物联网技术的发展，越来越多的研究开始探索区块链在物联网中的应用。研究人员们提出了各种应用方案，如基于区块链的物联网安全方案、基于区块链的物联网设备管理方案等等。区块链和物联网的结合带来了巨大的希望，但也带来了挑战。物联网发展将带来百亿级设备，而这些设备将分属于不同的平台，形成中心化的设备连接结构。不同的设备获得用户的状态信息都是片面的，而由于分属不同的业务提供商、不同的平台，因此设备之间无法直接进行信息的交换或交易。在现有的物联网信息交互模型下，设备之间的信息交互需要通过设备所属平台进行，这种信息交换模式不仅效率低，而且需要业务提供商之间达成一致，并需要平台之间互联互通技术的支持。
[0003]区块链作为记录系统的一次革命，被认为是解决物联网信任和安全问题以及高维护成本问题的一项有前途的技术。利用区块链技术在物联网节点层面的部署，能够快速、有效地建立设备之间的互信和交易网络，推动物联网信息交换模式从平台之间的交换，向设备之间进行对等的信息交换或交易的方式转变。去中心化的数据信息流动将能够快速、准确地将相关信息进行关联，碎片化的信息将形成系统化的信息，能够更准确地反应客观世界的运行状态，促进业务和应用创新，为物联网发展开辟新的空间。然而目前区块链技术的实施，特别是那些基于工作量证明的技术，需要大量的计算和能源消耗，这可能超出了大多数物联网设备在计算能力、内存空间和电源方面的能力。
[0004]尽管在无线网络建模方面已经有很多研究，但缺乏对区块链的考虑。一方面是目前专注于传统无线网络的性能分析还无法直接适用于基于区块链的物联网系统。现有的研究集中在物联网通信领域，没有考虑区块链网络中共识的需求。另一方面，在区块链网络优化部署的研究中，现有的部署方案主要侧重于优化共识节点的分布，以提高网络性能。如蛾焰算法来改善空洞的覆盖率，并降低传感器节点部署过程中的能量消耗。或使用DK融合算法降低终端传感器与区块链全节点之间的通信功耗，提高全覆盖率。
[0005]现有的两种区块链节点部署方法如下：
[0006]第一类算法为传统上层节点部署算法。传统物联网系统中，上层节点部署算法的原理是基于节点的分布和通信质量，采用随机选择或贪心算法等策略来确定哪些节点应该被选为上层节点，并将它们部署在网络拓扑结构的合适位置上。这些上层节点通常具有较高的计算和通信能力，能够提供较高质量的通信服务，从而帮助普通的物联网节点进行信息的收集、处理和传输。而传统的使用区块链节点的部署方法通常是以一种或几种指标作为判断共识状态的条件，针对共识条件设计节点和算力或代币数量的投入策略。如PoW、PoS算法，通过竞争节点的算力或代币数量来决定记账权，从而保证整个网络的安全性。
[0007]在不考虑区块链和共识机制的情况下，传统算法可能导致数据的可靠性和一致性
无法得到保证，尤其是在多个节点同时对数据进行修改或访问时，可能会出现数据冲突或篡改等问题。此外，传统算法往往采用中心化的架构，节点之间的通信必须经过中心节点，容易造成单点故障和拥塞等问题。而传统的使用区块链节点的部署方法的缺点在于需要大量的算力或通信带宽投入，这对小型物联网节点来说是不可承受的。同时，静态的节点数量和功率设置也难以适应物联网节点数量和TPS需求的动态变化，因此无法保证网络的可扩展性和高效性，并且大量的算力或通信带宽投入使得网络的运行成本非常高昂。
[0008]第二类算法为分层共识算法，如DPoS、FBA等。这类算法将整个网络分成多个层级，每个层级中的节点具有不同的角色和权限，通过节点之间的协调和通信来完成共识过程，这种设计使得网络中节点的分布更加灵活和动态，同时也提高了系统的可扩展性。其中，DPoS共识算法采用超级节点和非超级节点相结合的方式，通过快速投票和交易确认，实现快速共识。而FBA共识算法则采用联邦式共识的方式，将节点划分为若干个共识组，组内节点通过投票来确定共识结果，组间通过跨链交易实现数据共享。
[0009]虽然DPoS和FBA共识算法等分层共识算法使得网络中节点分布更加灵活和动态，但它们仍然需要数量较多的节点来保证网络的安全性和可信性，需要设计和实现多个层级的节点和通信协议，这增加了系统的复杂度和实现难度。同时，这些算法需要大量的计算资源来处理快速的共识过程，因此对于小型物联网节点来说，其运行成本可能过高。此外，由于DPoS共识算法使用超级节点和非超级节点相结合的方式，需要一定的信任度来保证超级节点的公正性，而FBA共识算法则需要跨链交易来实现数据共享，存在数据隐私和安全问题。
[0010]总体而言，现有关于低成本区块链节点部署方案的研究较为分散，大多数研究集中在对区块链节点的性能评估和部署策略优化方面，较少考虑物联网环境下的节点资源有限、资源成本高等实际问题。

技术实现思路

[0011]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的面向物联网的区块链节点低成本部署方法从现有的区块链节点部署过程中，较少考虑物联网环境下的节点资源有限、资源成本高等实际问题的角度，解决了降低区块链网络需覆盖一定数量物联网节点和满足吞吐需求的节点部署的成本问题。
[0012]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种面向物联网的区块链节点低成本部署方法，包括以下步骤：
[0013]S1、根据物联网预设参数，计算最小区块链节点个数；
[0014]S2、基于最小区块链节点个数及恶意节点个数，计算区块链在满足PBFT共识时区块链节点所需的发射功率；
[0015]S3、按照最小区块链节点个数及其发射功率，对区块链节点进行部署。
[0016]进一步地，所述步骤S1具体为：
[0017]S11、预设物联网TPS需求W和物联网节点的数量N0；
[0018]S12、定义环境为以头节点为圆心覆盖面积为Ω的圆形区域，交易数据包长度L，交易到达率为λa，进而计算μ
M
＝N0λ
a
T；其中，μ
M
为中间参数；
[0019]S13、以μ
M
LPr＝W为条件，根据计算最小区块链节点个数k；
[0020]其中，Pr为区块链节点可以成功接收到的信息的概率，其为常数，π为圆周率，d0为物联网节点到相距最近的区块链节点距离的均值。
[0021]进一步地，所述步骤S13具体为：
[0022]S13
‑
1、设定迭代步数t＝1，初始区块链节点个数k0，当前区块链节点个数k'＝k0；
[0023]S13
‑
2、将当前区块链节点个数代入中计算Pr；
[0024]S13
‑
3、判断μ
M
LPr0<W是否成立；
[0025]若是，则进入步骤S13
‑
4；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向物联网的区块链节点低成本部署方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据物联网预设参数，计算最小区块链节点个数；S2、基于最小区块链节点个数及恶意节点个数，计算区块链在满足PBFT共识时区块链节点所需的发射功率；S3、按照最小区块链节点个数及其发射功率，对区块链节点进行部署。2.根据权利要求1所述的面向物联网的区块链节点低成本部署方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：S11、预设物联网TPS需求W和物联网节点的数量N0；S12、定义环境为以头节点为圆心覆盖面积为Ω的圆形区域，交易数据包长度L，交易到达率为λa，进而计算μ
M
＝N0λ
a
T；其中，μ
M
为中间参数；S13、以μ
M
LPr＝W为条件，根据计算最小区块链节点个数k；其中，Pr为区块链节点可以成功接收到的信息的概率，其为常数，π为圆周率，d0为物联网节点到相距最近的区块链节点距离的均值。3.根据权利要求2所述的面向物联网的区块链节点低成本部署方法，其特征在于，所述步骤S13具体为：S13
‑
1、设定迭代步数t＝1，初始区块链节点个数k0，当前区块链节点个数k'＝k0；S13
‑
2、将当前区块链节点个数代入中计算Pr；S13
‑
3、判断μ
M
LPr0&lt;W是否成立；若是，则进入步骤S13
‑
4；若否，则进入步骤S13
‑
5；S13
‑
4、令迭代步数t的值加1，修改当前区块链节...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙罡，张有弛，罗德宇，虞红芳，罗龙，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：