基于PoW区分大小额交易的混合区块链方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术提供基于PoW区分大小额交易的混合区块链方法、系统、设备及介质，包括在系统中设置传统区块链作为主链，DAG型分布式账本作为DAG辅助链，两者共同组成混合链；预设交易价值阈值；节点选择主链共识或DAG辅助链维稳，发布新的区块或交易，让全网的节点接受并与其达成共识；预设每个交易的自身权重均为1，则得到包括epoch排序和单位排序两部分，通过epoch排序，得到epoch和区块的严格排序，通过对每个epoch中的单位根据其高度、前向累积权重和后向累积权重来得到每个epoch的严格单位排序，通过整合单位排序和epoch排序的结果得到混合区块链的交易全排序；为系统用户提供一个高效且安全的支付平台。且安全的支付平台。且安全的支付平台。

【技术实现步骤摘要】
基于PoW区分大小额交易的混合区块链方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术属于密码学与信息安全
，具体涉及基于PoW区分大小额交易的混合区块链方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]物联网技术已经广泛应用于工业自动化、电子健康和物流等领域的复杂智能系统；这些系统依赖于大规模的复杂工业物联网实现自动化和高效性，通过这种方式，逐步提高系统的服务质量和资源利用率；然而，由于物联网是由网关和各种不同类型的传感器组成的分布式网络，在同步设备信息和处理非结构化的数据方面产生了新的挑战；因此，需要建立一个具有自治能力的智能设备管理系统，实现分布式设备之间的同步性和互操作性，从而提高系统的整体效率。
[0003]区块链技术不仅成为实现复杂的智能系统自治管理的关键技术，并成为促使学术界和工业界改革的革命性技术；区块链是一个以点对点形式存在的用于存储的分布式系统，并且由带有时间戳的区块一个接一个的组成，从而具有去中心化、不可篡改、可追溯和透明的特点；凭借这些特点的支持，区块链技术能够充分用于物联网的智能系统中，实现数据的设备之间的信息同步和授权访问；区块链通过一套共识机制来实现去中心化的自治操作，目前使用最广泛的共识是工作量证明(Proof of Work,PoW)机制和权益证明(Proof of Stake,PoS)机制；PoW单纯依赖于网络节点以竞争的形式达成共识来获取新区块的写入权利；尽管可以保证较高的安全属性，但它是一种计算密集型算法，从而限制了工作效率并带来了巨大的功能消耗。为了降低PoW的功能消耗，通过在求解随机数的过程中加入了币龄(Coinage)权重提出了POS机制，但是由于它主张拥有的代币数量越多，时间越长，获得区块的写入权利的概率越大，容易造成写入权垄断的不公平性问题；BFT机制在上述共识的基础上有了新的改进，它可以容忍部分故障节点，最终在全网达成一致，但依然面临效率较低的问题。PBFT是BFT机制改进的结果，它缓解了原始BFT低效的问题，但由于高的通信复杂度，容易导致内存过载。此外，甚至有人将这些算法结合起来形成混合共识机制，通过优势互补来提高交易吞吐量，像文献是将PoS和PBFT共识进行结合，克服了吞吐量低和不公平的问题，然而这些尝试对效率的影响却不是很大。
[0004]但是迄今为止，现存的区块链方案都无法解决效率与安全性共存的问题；同时，现有的大多数DAG分布式账本的实现没有对交易进行全排序，由于DAG分布式账本的异步并发模型，从而无法避免双花攻击的影响。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供基于PoW区分大小额交易的混合区块链方法、系统、设备及介质，在运算过程中具有高效性和高安全性。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]基于PoW区分大小额交易的混合区块链方法，包括以下步骤：
[0008]S1：系统中设置传统区块链作为主链，DAG型分布式账本作为DAG辅助链，两者共同组成混合链，预设交易价值阈值，大于等于价值阈值的交易为重要交易，否则为普通交易，主链用于处理重要交易，DAG辅助链用于处理普通交易；
[0009]S2：节点选择主链共识或DAG辅助链维稳，并发布新的区块或交易，且让全网的节点接受并与其达成共识；
[0010]S3：预设每个交易的自身权重均为1，则得到包括epoch排序和单位排序两部分，通过epoch排序，得到epoch和区块的严格排序，通过对每个epoch中的单位根据其高度、前向累积权重和后向累积权重来得到每个epoch的严格单位排序，通过整合单位排序和epoch排序的结果得到混合区块链的交易全排序。
[0011]进一步的，所述步骤S1中系统根据混合区块链的初始参数生成创世区块，初始化主链和DAG辅助链，混合链根据主链节点创建区块的平均时间划分了时段epoch，当第一个区块成功创建时，则第一个时段epoch结束。
[0012]进一步的，所述步骤S2中DAG辅助链维稳过程包括以下步骤：
[0013]对于来自系统或者自己产生的普通交易，节点会创建一个存储单元来存储这个新的普通交易；
[0014]节点根据马尔科夫链蒙特卡洛tips选择算法，选择当前网络中的两个不存在冲突的tips进行确认，并将所选tips的哈希值加入节点的存储单元；
[0015]节点使用PoW机制，找到一个随机数来解决一个满足预设难度目标的密码谜题，可以有效避免垃圾信息的产生；
[0016]节点使用自己的私钥对新交易进行签名，并将其通过gossip网络广播给其他节点；
[0017]其他节点收到后，根据数字签名和随机数来判断该单位是否合法；
[0018]所述单位是否合法的判断标准为其需要满足如下条件：
[0019]该单位只花费未花费的输出；
[0020]该单位输入之和大于或等于输出之和；
[0021]该单位确认两个或两个以上tips交易；
[0022]该单位解决了一个具有有效权重的PoW。
[0023]进一步的，所述步骤S2中发布新的区块或交易且让全网的节点接受并与其达成共识的过程包括以下步骤：
[0024]将价值大于价值阈值的重要交易向全网公布，并更新所有主链节点的交易池，以便于这些交易的打包处理；
[0025]对于交易池中重要交易，主链节点会创建一个区块来打包多个重要交易，这个区块中包含的交易是由主链节点交易池中随机选择的，并将所选交易的哈希值加入主链节点的区块体，将交易的默克尔根加入区块头部；
[0026]主链节点找到一个随机数来解决一个满足预设难度目标的加密难题，即工作量证明；
[0027]主链节点利用新创建的区块对当前DAG辅助链中的tips进行验证，并将所有合法的tips的哈希值加入区块体，将合法tips的默克尔根加入区块头部；
[0028]主链节点将新区块通过gossip网络广播给全网；
[0029]其他节点收到后，判断该区块的合法性，如果合法，则继续在该块后面达成共识，如果不合法，则摒弃该块，重新打包交易达成共识；
[0030]所述区块的合法性判断标准为其需要满足如下条件：
[0031]该区块的父区块存在并有效；
[0032]该区块的时间戳大于父区块的时间戳；
[0033]该区块的交易输入之和大于或等于输出之和；
[0034]确认当前DAG辅助链中所有有效的tips；
[0035]该区块解决了有效的PoW。
[0036]进一步的，所述步骤S3中epoch排序为：epoch级别越低，则该epoch中的区块和交易就越优先；若在每一个时段内部，单位总是先于区块，对于任意时段Epoch
i
,Epoch
i+1
∈H
c
＝(B,U,E)，且区块B∈Epoch
i
顶点顶点那么这些顶点按照时段排序为：
[0037][0038]其中，单位到创世顶点的最长本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于PoW区分大小额交易的混合区块链方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：系统中设置传统区块链作为主链，DAG型分布式账本作为DAG辅助链，两者共同组成混合链，预设交易价值阈值，大于等于价值阈值的交易为重要交易，否则为普通交易，主链用于处理重要交易，DAG辅助链用于处理普通交易；S2：节点选择主链共识或DAG辅助链维稳，并发布新的区块或交易，且让全网的节点接受并与其达成共识；S3：预设每个交易的自身权重均为1，则得到包括epoch排序和单位排序两部分，通过epoch排序，得到epoch和区块的严格排序，通过对每个epoch中的单位根据其高度、前向累积权重和后向累积权重来得到每个epoch的严格单位排序，通过整合单位排序和epoch排序的结果得到混合区块链的交易全排序。2.根据权利要求1所述基于PoW区分大小额交易的混合区块链方法，其特征在于，所述步骤S1中系统根据混合区块链的初始参数生成创世区块，初始化主链和DAG辅助链，混合链根据主链节点创建区块的平均时间划分了时段epoch，当第一个区块成功创建时，则第一个时段epoch结束。3.根据权利要求1所述基于PoW区分大小额交易的混合区块链方法，其特征在于，所述步骤S2中DAG辅助链维稳过程包括以下步骤：对于来自系统或者自己产生的普通交易，节点会创建一个存储单元来存储这个新的普通交易；节点根据马尔科夫链蒙特卡洛tips选择算法，选择当前网络中的两个不存在冲突的tips进行确认，并将所选tips的哈希值加入节点的存储单元；节点使用PoW机制，找到一个随机数来解决一个满足预设难度目标的密码谜题，可以有效避免垃圾信息的产生；节点使用自己的私钥对新交易进行签名，并将其通过gossip网络广播给其他节点；其他节点收到后，根据数字签名和随机数来判断该单位是否合法；所述单位是否合法的判断标准为其需要满足如下条件：该单位只花费未花费的输出；该单位输入之和大于或等于输出之和；该单位确认两个或两个以上tips交易；该单位解决了一个具有有效权重的PoW。4.根据权利要求1所述基于PoW区分大小额交易的混合区块链方法，其特征在于，所述步骤S2中发布新的区块或交易且让全网的节点接受并与其达成共识的过程包括以下步骤：将价值大于价值阈值的重要交易向全网公布，并更新所有主链节点的交易池，以便于这些交易的打包处理；对于交易池中重要交易，主链节点会创建一个区块来打包多个重要交易，这个区块中包含的交易是由主链节点交易池中随机选择的，并将所选交易的哈希值加入主链节点的区块体，将交易的默克尔根加入区块头部；主链节点找到一个随机数来解决一个满足预设难度目标的加密难题，即工作量证明；主链节点利用新创建的区块对当前DAG辅助链中的tips进行验证，并将所有合法的tips的哈希值加入区块体，将合法tips的默克尔根加入区块头部；
主链节点将新区块通过gossip网络广播给全网；其他节点收到后，判断该区块的合法性，如果合法，则继续在该块后面达成共识，如果不合法，则摒弃该块，重新打包交易达成共识；所述区块的合法性判断标准为其需要满足如下条件：该区块的父区块存在并有效；该区块的时间戳大于父区块的时间戳；该区块的交易输入之和大于或等于输出之和；确认当前DAG辅助链中所有有效的tips；该区块解决了有效的PoW。5.根据权利要求1所述基于PoW区分大小额交易的混合区块链方法，其特征在于，所述步骤S3中epoch排序为：epoch级别越低，则该epoch中的区块和交易就越优先；若在每一个时段内部，单位总是先于区块，对于任意时段Epoch
i
,Epoch
i...

【专利技术属性】
技术研发人员：王尚平，李蓉，张亚玲，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：