基于时间证明的去中心化共识方法、系统及区块链系统技术方案

本发明专利技术提供的基于时间证明的去中心化共识方法，包括0～t1时间内，若干用户利用私钥对包含有当前时间戳的时间证明数据进行签名，用户所属的对等节点接收签名；在t1～t2时间内，每个对等节点选出自己接收的签名中最佳的签名打包成签名数据块并进行广播，对等节点在收到广播的签名后跟该对等节点已知的最佳签名进行比较，如果收到的签名更佳就替换已知的最佳签名并广播，最后所有对等节点选出一个全网唯一的最佳签名；在t2～T时间内，最佳签名所属的对等节点打包待记录数据块并广播，其他节点验证通过接受该待记录数据块。该发明专利技术解决了现有的拜占庭容错、工作量证明、权益证明、委托权益证明等共识方法及其区块链的缺陷，达到公平、高效、节能、易用的效果。

De centralized consensus method, system and block chain system based on time proof

A time-proof based de-centralized consensus method is provided in the invention, which comprises a number of users signing the time-proof data containing the current timestamp with a private key within 0-t1 time, and the peer node to which the user belongs receives the signature, and each peer node selects the best signature to receive within T1-T2 time. The signature is packaged into a signature data block and broadcast. The peer node receives the broadcast signature and compares it with the best known signature of the peer node. If the received signature is better, it replaces the best known signature and broadcasts. Finally, all peer nodes select a unique best signature of the whole network. The peer node to which the best signature belongs packages the block of data to be recorded and broadcasts it. The other nodes verify that they accept the block of data to be recorded. The invention solves the defects of the existing Byzantine consensus methods such as fault tolerance, workload certification, rights and interests certification, entrusted rights and interests certification and block chain, and achieves the effects of fairness, high efficiency, energy saving and easy use.

【技术实现步骤摘要】
基于时间证明的去中心化共识方法、系统及区块链系统
本专利技术涉及区块链
，尤其涉及一种基于时间证明的去中心化共识方法、系统及区块链系统。
技术介绍
区块链从狭义来讲，是将数据区块以不可逆的哈希ID相连的方式组合成的一种链式数据结构，以密码学方式保证了不可篡改和不可伪造的安全性；从广义来讲，区块链是利用哈希块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与数据生成方式。区块链实质是基于分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。所谓共识机制是区块链系统中实现去中心化的节点集合之间建立信任、获取权益的数学算法，如何高效、安全达成共识的共识机制一直是拥有众多自由节点的分布式系统中的重难点问题。通常，人们采用让计算机节点模仿“人选”的方法来达成共识，例如设置中心化节点，或者去中心的拜占庭容错算法。直到2008年中本聪发表比特币白皮书，创造性的采用了工作量证明(POW)的共识机制，利用哈希计算的随机性、算力难度、可证性来“天选”并证明共识的获胜者，从而在去中心化、去人力的系统中使得各个节点独立、统一的达成共识，建立公平、安全、和去中心化的区块链。但是工作量证明(POW)也存在非常显著的缺陷，其用哈希难度计算来证明的工作量具有数学上的不唯一性，导致必须人为设置相当慢的出块速度，来避免频繁的共识分叉；又导致矿工展开算力军备竞赛，来争夺记账的利益，造成了极大的电力资源浪费；最后还导致算力的中心化，动摇了去中心、公平的根基，造成51％算力攻击的风险。2012年，SunnyKing和ScottNadal提出了权益证明(POS)共识机制，通过股东权益证明取代工作量证明来达成共识，节点的股东权益(币龄)越高可获得的“利息”越多，共识过程不需要消耗巨大算力资源，解决了工作量证明(POW)共识机制中算力竞赛、浪费电力、51％攻击的问题，但是也存在着高权益的节点被恶意滥用、权益证明算法可以预测给系统带来安全隐患、只对股东开放对外部封闭等问题，被称作“财阀治理”模式。2014年，DanielLarimer提出了委托权益证明(DPOS)的共识机制，股东进行投票，选出票数最多的若干代表生成区块，可称作“民选投票”模式。由于极大缩减了有权记账的节点数量，能够极大提高共识速度，但是也存在着投票人为操纵、代表团恶意串谋、中心化等问题。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术提供的一种基于时间证明的去中心化共识方法、系统及区块链系统，以解决现有技术中存在的缺陷，借助加密签名的随机性、唯一性，哈希函数的不可逆性、竞选方法的全网唯一性，时间的物理稳定性、全球公认性，更彻底地实现了去中心化、去人力的公平性，实现了高效的共识速度、吞吐量，并且节能环保、简单易用。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：本专利技术提供的基于时间证明的去中心化共识方法，在时间周期为T的时间段内，包括：S1：0～t1时间内，若干用户利用私钥对包含有当前时间戳的时间证明数据进行签名，用户所属的对等节点接收签名；S2：在t1～t2时间内，每个对等节点选出自己接收的签名中最佳的签名打包成签名数据块并进行广播，对等节点在收到广播的签名后跟该对等节点已知的最佳签名进行比较，如果收到的广播的签名更佳就替换已知的最佳签名并进行广播，最后所有对等节点选出一个全网唯一的最佳签名；S3：在t2～T时间内，全网最佳签名所属的对等节点打包待记录数据块并广播到全网，其他节点验证通过后接受该待记录数据块。本专利技术提供的基于时间证明的去中心化共识方法，优选地，所述S3包括：在t2～T时间内，最佳签名所属的对等节点公认获得待记录数据块的记账权利，打包待记录数据块并广播到全网；其他对等节点验证打包的待记录数据块的有效性，验证通过后，全网最佳签名所属的用户和/或对等节点获得奖励，若待记录数据块验证不通过或广播失败，其他对等节点就使用签名数据块代替待记录数据块，全网最佳签名所属的用户和/或对等节点获得惩罚。本专利技术提供的基于时间证明的去中心化共识方法，优选地，所述S1中“用户所属的对等节点接收签名”包括：用户所属的对等节点接收签名、时间证明数据和与签名私钥相对应的公钥，通过时间证明数据、与签名私钥相对应的公钥对接收的签名进行验证，若验证通过，则存入该对等节点的签名池，若验证不通过则放弃接收的签名。本专利技术提供的基于时间证明的去中心化共识方法，优选地，所述S2包括：在t1～t2时间内，每个对等节点在该节点的签名池中通过具有唯一性的比较排序方法选出最佳签名，将最佳签名、时间证明数据和与签名私钥相对应的公钥打包成签名数据块并进行广播，对等节点在收到广播的签名数据块后，通过提取签名数据块中的信息对收到的广播的签名、时间证明数据和与签名私钥相对应的公钥进行验证，验证通过后跟该对等节点已知的最佳签名进行比较，通过比较排序方法选出更佳的签名，如果收到的广播的签名为更佳签名就替换已知的最佳签名对应的签名数据块，并将更佳签名的签名数据块进行广播，最后所有对等节点选出一个全网唯一的最佳签名。本专利技术提供的基于时间证明的去中心化共识方法，优选地，所述S1中“时间证明数据”包括：当前时间戳、上一数据块哈希值、待记录数据块的信息。本专利技术提供的基于时间证明的去中心化共识方法，优选地，包括：所述的S1中的“待记录数据块信息”为待记录数据块高度。本专利技术提供的基于时间证明的去中心化共识方法，优选地，所述S2中“每个对等节点选出自己接收的签名中最佳的签名打包成签名数据块并进行广播”中包括：每个对等节点选出自己接收的签名中最佳的签名打包成签名数据块，并用该对等节点的私钥对签名数据块进行签名后得到签名二，将签名二、与对等节点私钥对应的公钥及签名数据块进行广播，供其余对等节点验证签名数据块的正确性。本专利技术提供的一种采用上述的基于时间证明的去中心化共识方法实现的基于时间证明的去中心化共识系统，其特征在于，所述基于时间证明的去中心化共识系统包括去中心化分层对等网络；所述去中心化分层对等网络包括通过P2P连接并准确计时的若干对等节点构成的对等网络层、连接某一所述对等节点的若干终端设备与所述对等节点的构成的非对等网络层。本专利技术提供的基于时间证明的去中心化共识系统，优选地，每个对等节点连接到一个可信时间源系统，以准确计时和同步。本专利技术提供的一种区块链系统，优选地，包括权利要求8～9中任意一项所述的去中心化共识系统；所述区块链系统每个时间周期T内执行基于时间证明的去中心化共识方法，随机地产生唯一的获胜区块链节点来打包待记录区块；每个区块中至少包括上一区块哈希值、最佳签名、最佳签名对应的时间戳和获胜区块链节点。上述技术方案具有如下优点或者有益效果：综上所述，本专利技术提供的基于时间证明的去中心化共识方法及区块链系统，通过加密签名的随机性、唯一性，哈希函数的不可逆性、竞选方法的全网唯一性，时间的物理稳定性、全球公认性，巧妙、有效地解决了工作量证明(POW)的哈希难度证明不唯一性而导致的高能耗、低速度、算力中心化缺陷，解决了股东权益证明(POS)的财阀中心化治理、恶意滥用大股东权利的风险，解决了委托权益证明(DPO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时间证明的去中心化共识方法，其特征在于，在时间周期为T的时间段内，包括：S1：0～t1时间内，若干用户利用私钥对包含有当前时间戳的时间证明数据进行签名，用户所属的对等节点接收签名；S2：在t1～t2时间内，每个对等节点选出自己接收的签名中最佳的签名打包成签名数据块并进行广播，对等节点在收到广播的签名后跟该对等节点已知的最佳签名进行比较，如果收到的广播的签名更佳就替换已知的最佳签名并进行广播，最后所有对等节点选出一个全网唯一的最佳签名；S3：在t2～T时间内，全网最佳签名所属的对等节点打包待记录数据块并广播到全网，其他节点验证通过后接受该待记录数据块。

【技术特征摘要】
1.一种基于时间证明的去中心化共识方法，其特征在于，在时间周期为T的时间段内，包括：S1：0～t1时间内，若干用户利用私钥对包含有当前时间戳的时间证明数据进行签名，用户所属的对等节点接收签名；S2：在t1～t2时间内，每个对等节点选出自己接收的签名中最佳的签名打包成签名数据块并进行广播，对等节点在收到广播的签名后跟该对等节点已知的最佳签名进行比较，如果收到的广播的签名更佳就替换已知的最佳签名并进行广播，最后所有对等节点选出一个全网唯一的最佳签名；S3：在t2～T时间内，全网最佳签名所属的对等节点打包待记录数据块并广播到全网，其他节点验证通过后接受该待记录数据块。2.如权利要求1所述的基于时间证明的去中心化共识方法，其特征在于，所述S3包括：在t2～T时间内，最佳签名所属的对等节点公认获得待记录数据块的记账权利，打包待记录数据块并广播到全网；其他对等节点验证打包的待记录数据块的有效性，验证通过后，全网最佳签名所属的用户和/或对等节点获得奖励，若待记录数据块验证不通过或广播失败，其他对等节点就使用签名数据块代替待记录数据块，全网最佳签名所属的用户和/或对等节点获得惩罚。3.如权利要求1所述的基于时间证明的去中心化共识方法，其特征在于，所述S1中“用户所属的对等节点接收签名”包括：用户所属的对等节点接收签名、时间证明数据和与签名私钥相对应的公钥，通过时间证明数据、与签名私钥相对应的公钥对接收的签名进行验证，若验证通过，则存入该对等节点的签名池，若验证不通过则放弃接收的签名。4.如权利要求3所述的基于时间证明的去中心化共识方法，其特征在于，所述S2包括：在t1～t2时间内，每个对等节点在该节点的签名池中通过具有唯一性的比较排序方法选出最佳签名，将最佳签名、时间证明数据和与签名私钥相对应的公钥打包成签名数据块并进行广播，对等节点在收到广播的签名数据块后，通过提取签名数据块中的信息对收到的广播的签名、时间证明数据和与签名私钥相...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆雷钦，
申请(专利权)人：陆雷钦，
类型：发明
国别省市：江苏,32