基于CPE-BFT算法的区块链共识机制性能优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于CPE

【技术实现步骤摘要】
基于CPE
‑
BFT算法的区块链共识机制性能优化方法


[0001]本专利技术属于区块链共识机制
，尤其涉及一种基于CPE
‑
BFT算法的区块链共识机制性能优化方法。

技术介绍

[0002]在工业背景下，智能工厂中涌现出大量IoT设备，各式各样的智能设备遍布在整个工业生产环境中。但是随着大量智能传感器设备的涌现，这些设备既包含拥有丰富计算、带宽、存储资源的专业服务器设备，同时也包含很多资源受限的智能传感器设备。导致系统资源的分布失衡。
[0003]这些物联网场景常出现节点资源分布不平衡的情况，系统内的部分节点因其受限的磁盘空间，而无法存储完整的账本数据。现有的存储方案中，大多采用不保存完整区块的方式，降低节点存储压力。
[0004]区块链作为一种分布式账本技术(Distributed Ledger Technologies，DLTs)的存储系统，具有去中心化、透明性、开放性、自治性、匿名性和信息不可篡改等特点。区块链系统不依赖权威中心机构，可以为工业物联网、车联网、智能家居等场景的数据信息提供去中心化管理，提供安全性和一致性的保证。有助于消除各类繁杂设备的信息壁垒，提高数据的应用价值，可以说区块链是万物互联时代安全高效管理数据的利器。
[0005]区块链的性能主要取决于在区块链系统的共识速度与账本数据的存取速度，在资源分布不平衡场景下，资源受限节点作为整个系统的性能短板，严重制约着系统整体对于交易的共识速度和账本数据存取速度。
[0006]现有技术中，在共识过程方面、拜占庭环境下，区块链的分布式共识要求所有节点均需参与到共识过程中。但在资源分布不平衡场景下，节点间的计算与通信等决定自身共识能力强弱的资源差距极大，资源受限设备的计算、带宽等资源主要用于其核心业务功能，难以有额外的资源运行区块链的共识机制，导致系统对于交易的共识速度下降，进而降低区块链系统的性能。

技术实现思路

[0007]本专利技术提出了一种基于CPE
‑
BFT算法的区块链共识机制性能优化方法，以解决上述现有技术中存在的技术问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于CPE
‑
BFT算法的区块链共识机制性能优化方法，包括：
[0009]构建共识性能评价模块，基于所述共识性能评价模块，评价区块链节点的共识能力；
[0010]基于所述共识能力，选出资源受限节点；
[0011]基于CPE
‑
BFT算法，在所述资源受限节点中选举出节点委员会，基于所述节点委员会，对所述资源受限节点中常规节点进行领导共识。
[0012]优选地，评价区块链节点的共识能力的过程包括：
[0013]选取区块链节点在共识过程中的性能指标作为节点评价指标；
[0014]基于所述节点评价指标，通过熵权法得到评价指标权重；
[0015]基于所述节点评价指标和所述评价指标权重，通过节点共识性能评价算法，评价区块链节点的共识能力。
[0016]优选地，通过熵权法得到评价指标权重的过程包括：
[0017]对所述节点评价指标进行标准化处理，得到标准化指标，基于标准化指标，计算得到标准化指标熵权值，基于标准化指标熵权值，计算得到评价指标权重。
[0018]优选地，通过节点共识性能评价算法，评价区块链节点的共识能力的过程包括：
[0019]获取节点评价指标的最优解、最劣解，基于最优解、最劣解，采用优劣解距离法，得到节点排序，基于节点排序，得到节点的共识能力。
[0020]优选地，在所述资源受限节点中选举出节点委员会的过程包括：
[0021]基于节点的共识能力，计算得到节点评价分数，基于节点评价分数，计算得到选取权重，基于选取权重，通过节点委员会选举算法，选举出节点委员会。
[0022]优选地，基于所述节点委员会，对所述资源受限节点中常规节点进行领导共识的过程包括：
[0023]获取节点委员会中的主节点，基于主节点对预准备消息进行广播；
[0024]获取节点委员会中的根委员会副本，基于根委员会副本制定BFT协议，基于所述BFT协议，对预准备消息进行有效判断；
[0025]若所述预准备消息有效，则广播预准备消息，对根委员会是否收到预准备消息进行判断，基于判断结果，采取不同操作。
[0026]优选地，基于判断结果，采取不同操作的过程包括：
[0027]若根委员会收到预准备消息，则根委员会副本广播预提交消息；基于所述预提交消息，对根委员会中故障节点数量进行判断，若所述故障节点数量超过根委员会成员数量的半数时，则根委员会成员收到常规节点对预提交消息中区块的超时投诉，否则不进行超时投诉；基于超时投诉的超时消息，根委员会副本转发缺失区块的丢失消息；
[0028]若根委员会成员未收到预准备消息时，则根委员会副本通过询问常规节点恢复区块的丢失消息。
[0029]优选地，还包括：
[0030]在发生视图切换情况下，触发节点委员会、普通节点的视图更改，视图更改成功后，重新选举新的节点委员会，基于新的节点委员会，对所述常规节点进行领导共识。
[0031]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0032]本专利技术提出了一种基于CPE
‑
BFT算法的区块链共识机制性能优化方法，构建共识性能评价模块，基于所述共识性能评价模块，评价区块链节点的共识能力；基于所述共识能力，选出资源受限节点，其中所述资源受限节点包括：节点委员会和常规节点；基于CPE
‑
BFT算法，在所述资源受限节点中选举出节点委员会，基于所述节点委员会，对所述常规节点进行领导共识。
[0033]本专利技术通过节点共识性能评价模型，根据共识过程中的节点性能表现，利用熵权
‑
优劣解距离法进行节点共识性能评分，确定所有节点的贡献度评分，量化并区分出资源受
限节点。本专利技术通过CPE
‑
BFT算法模型，选举出一个高性能的节点委员会来领导所有节点进行共识，将共识的运行范围限制在高性能节点委员会内部，由高性能节点委员会来领导其他节点进行对交易的共识，提高整个系统的共识速度。本专利技术在资源分布不平衡场景下，比现有技术算法拥有更高的系统吞吐量和更低的延时，即拥有更高的共识效率。
附图说明
[0034]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0035]图1为本专利技术实施例的CPE
‑
BFT系统流程图；
[0036]图2为本专利技术实施例的区块大小对系统吞吐量影响的示意图；
[0037]图3为本专利技术实施例的区块大小对时延影响的示意图；
[0038]图4为本专利技术实施例的运行时间对系统吞吐量影响的示意图；
[0039]图5为本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CPE
‑
BFT算法的区块链共识机制性能优化方法，其特征在于，包括以下步骤：构建共识性能评价模块，基于所述共识性能评价模块，评价区块链节点的共识能力；基于所述共识能力，选出资源受限节点；基于CPE
‑
BFT算法，在所述资源受限节点中选举出节点委员会，基于所述节点委员会，对所述资源受限节点中常规节点进行领导共识。2.根据权利要求1所述的基于CPE
‑
BFT算法的区块链共识机制性能优化方法，其特征在于，评价区块链节点的共识能力的过程包括：选取区块链节点在共识过程中的性能指标作为节点评价指标；基于所述节点评价指标，通过熵权法得到评价指标权重；基于所述节点评价指标和所述评价指标权重，通过节点共识性能评价算法，评价区块链节点的共识能力。3.根据权利要求2所述的基于CPE
‑
BFT算法的区块链共识机制性能优化方法，其特征在于，通过熵权法得到评价指标权重的过程包括：对所述节点评价指标进行标准化处理，得到标准化指标，基于标准化指标，计算得到标准化指标熵权值，基于标准化指标熵权值，计算得到评价指标权重。4.根据权利要求2所述的基于CPE
‑
BFT算法的区块链共识机制性能优化方法，其特征在于，通过节点共识性能评价算法，评价区块链节点的共识能力的过程包括：获取节点评价指标的最优解、最劣解，基于最优解、最劣解，采用优劣解距离法，得到节点排序，基于节点排序，得到节点的共识能力。5.根据权利要求1所述的基于CPE
‑
BFT算法的区块链共识机制性能优化方法，其特征在于，在所述资源受限节点中选举出节点委员会...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟宇龙，王聚军，徐东，赵佳媛，卢中玉，张新峰，李凤鸣，蔡成涛，王巍，王小芳，陆蓓婷，贺玉珍，蒋文创，刘书勇，付小晶，徐丽，高伟，李超，宁慧，唐立群，王宇华，刘成刚，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学三亚南海创新发展基地价值链技术深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：