一种网络可扩展性区块链实现方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种网络可扩展性区块链实现方法，所述实现方法包括：分片和领导选举、基于分片领导的共识同步、信誉评价机制和全局同步算法。本发明专利技术实施例提出并行链的结构，将交易和共识分离为两条链，以提高区块链网络的可扩展性；共识部分在信誉链进行，信誉链网络关注安全性，以适当的速度支撑交易链网络的高速交易；基于信誉评价机制的各项优点，本发明专利技术实施例提出基于信誉评价机制的网络分片方法，网络切片后诚实和性能优异的节点有更大几率成为分片的领导，从而实现网络高吞吐量的同时不降低区块链网络的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种网络可扩展性区块链实现方法
本专利技术涉及区块链
，具体涉及一种网络可扩展性区块链实现方法。
技术介绍
区块链是一个公开的分布式账本系统，由多个参与方通过共识机制共同维护一套账本。以比特币系统为例，全球任意一台电子计算机无须授权，都可以接入比特币网络；每一个比特币节点都又一份完整的全网统一的公共账簿备份，记录着所有比特币交易信息，任何一个节点进行交易都需要将信息同步至网络种的每一个节点，所有节点上的账簿都能验证这一笔交易的行为并及时更新。在区块链网络中，记账权的分配是通过共识机制的方式进行。目前比较常见的区块链共识机制包括工作量证明(POW)、权益证明(POS)等方式，其中工作量证明(POW)通过哈希运算和枚举的方式，计算出一个满足规则的随机数，获得本轮周期的记账权，全网验证后所有节点一起存储。工作量证明(POW)的优点是完全去中心化，所有网络节点可以任意进出网络；缺点是需要消耗大量的计算资源以获得记账权，达成共识的周期较长，无法大规模商用。权益证明(POS)也是目前非常有代表性的一种分配记账权的方法，网络节点在产生新区块记账的同时，将自己的地址附在区块网络中，证明其占有的相应权益比重，节点同时用该地址对应的私钥对该区块信息签名，用以证明其确实拥有该地址对应的资产。如果一个人在网络种占有的权益越多，那么在理性人的假设下他将更加积极地维护网络的正常运行，因此长久看来，一个节点的期望记账权比例，应当与其所占有的权益比例相等。权益证明的缺点也很明显，首先这会导致网络的中心化倾向；其次，目前的权益证明机制无法抵御算力攻击，一个权益比较少的用户，可以通过投入大量算力获得远高于其权益比例的记账权。由于传统公共区块链可扩展性非常弱，交易处理缓慢，给用户体验带来了诸多不便。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种网络可扩展性区块链实现方法，用以解决传统公共区块链网络可扩展性非常弱的技术问题。为实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种网络可扩展性区块链实现方法，所述实现方法包括：所有的验证节点在每一轮共识周期开始的时候将被分配到不同的组中形成若干分片；每个分片根据对应组中节点的由历史行为产生的信誉积分以正相关的概率选举出领导；交易发起者向负责处理该交易的分片发送交易，随后该分片运行基于分片领导的共识同步算法，生成交易区块和信誉区块；基于共识所有验证者的行为，所有网络验证节点均通过信誉评价机制进行信誉评分计算并针对信誉分数达成共识；在信誉评分计算完成后，网络验证节点使用共同签名生成所述信誉区块，所述信誉区块包含信誉评分、已确认的交易区块列表、先前的信誉区块和共同签名；及在每一个共识周期结束时，每个分片组均生成一个状态区块，将交易区块链和信誉区块链的记录打包，随后网络验证节点基于来自所有分片的状态区块，同步和更新存储的信誉值，结束之后开始下一个共识周期。优选地，所述验证节点使用前一个共识周期的状态区块的哈希值来产生随机数从而引入随机性，随后验证节点被随机分配到各个分片中。优选地，所述领导的选举机制中，高于信誉积分排序中位数的验证节点以信誉积分正相关的概率成为分片领导。优选地，每笔交易具有唯一标识，输入UTXO列表和输出UTXO列表；所有网络验证节点均将交易发送到负责输入UTXO的分片，并输出这些交易中列出的UTXO。优选地，在所述基于分片领导的共识同步算法中，对于分片i，用来验证交易ID除以分片组数的余数加1后为i的交易。优选地，对于片内交易，所述基于分片领导的共识同步算法包括：片内的领导将包含交易ID的列表签名发送给所有片内的节点；每一个网络验证节点检查交易列表中的交易ID并决定接受、拒绝还是无法确认该笔交易；网络验证节点将他们的决定签名后传递给片内领导；领导在收集验证节点的决定后产生交易区块，该交易区块包含所有网络验证者的签名和领导的签名；每一个网络验证节点对相关区块的信息进行检查；如果超过半数验证节点发出警报，那么片内领导将会被剔除出网络，同时该分片重新产生领导；当若干个交易区块产生，并且没有收到警报，网络验证节点将计算相应节点的信誉值，共同签名后生成信誉区块。优选地，对于跨片交易，所述基于分片领导的共识同步算法中，输入分片将交易列表和交易决定列表发送到相关的输出分片和另外的输入分片。优选地，所述网络验证节点的交易决定列表包含多个签名，每个签名都用于签署交易列表的一个子集，一个子集中的交易被发送到相同的输出分片以降低带宽成本。优选地，所述基于分片领导的共识同步算法采用并行处理的方式，如果不同的交易彼此不冲突，则将在不同的块中并行处理事务；所述并行处理的方法包括：每个交易列表、交易决定列表和交易区块包含用于指示该轮共识周期的迭代次数；及领导者一旦从网络验证节点接收到前一轮的所有交易决定，就可以发送新的交易列表。优选地，所述信誉评分计算的公式为：其中，l为前一个信誉评价周期信誉区块之后生成的交易数量；T(j)为交易j的交易额；S(j)为交易j的缩放因子，用于差异地奖励或惩罚验证节点的行为；所述信誉评分计算中为不同的行为设置不同的缩放因子，使不诚实行为的惩罚大于诚实行为的奖励，对于“未知”决策，网络验证节点既不会获得信誉分数也不会损失信誉分数。本专利技术实施例具有如下优点：1)本专利技术实施例提出并行链的结构，将交易和共识分离为两条链，以提高区块链网络的可扩展性；共识部分在信誉链进行，信誉链网络关注安全性，以适当的速度支撑交易链网络的高速交易；2)本专利技术实施例使用信誉评价机制来增强区块链网络的安全性和提高激励，基于节点历史表现的信誉共识机制一方面筛选出诚实和处理性能优异的网络节点，同时给予它们更多的期望网络贡献和奖励；另一方面更容易发现潜在的网络破坏者和恶意节点并及时将其剔除网络，确保区块链网络的安全性。3)基于信誉评价机制的各项优点，本专利技术实施例提出基于信誉评价机制的网络分片方法，网络切片后诚实和性能优异的节点有更大几率成为分片的领导，从而实现网络高吞吐量的同时不降低区块链网络的安全性。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种网络可扩展性区块链实现方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的一种网络可扩展性区块链实现方法的区块链网络系统结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种网络可扩展性区块链实现方法中信誉区块(RB)和状态区块(SB)的数据结构以及多方签名在同步过程中的工作方式示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种网络可扩展性区块链实现方法中交易列表(TxList)、交易决定(TxDec)和交易决定列表(TxDecSet)的数据结构示意图。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。实施例1分片技术是目前提高区块链可扩展性最有前景的方向之一。通过将网络上的交易分为不同碎片，网络上的每个节点只需处理一小部分的交易，与其他网络节点并行验证交易，即可完成大量工作。目本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种网络可扩展性区块链实现方法，其特征在于，所述实现方法包括：所有的验证节点在每一轮共识周期开始的时候将被分配到不同的组中形成若干分片；每个分片根据对应组中节点的由历史行为产生的信誉积分以正相关的概率选举出领导；交易发起者向负责处理该交易的分片发送交易，随后该分片运行基于分片领导的共识同步算法，生成交易区块和信誉区块；基于共识所有验证者的行为，所有网络验证节点均通过信誉评价机制进行信誉评分计算并针对信誉分数达成共识；在信誉评分计算完成后，网络验证节点使用共同签名生成所述信誉区块，所述信誉区块包含信誉评分、已确认的交易区块列表、先前的信誉区块和共同签名；及在每一个共识周期结束时，每个分片组均生成一个状态区块，将交易区块链和信誉区块链的记录打包，随后网络验证节点基于来自所有分片的状态区块，同步和更新存储的信誉值，结束之后开始下一个共识周期。

【技术特征摘要】
1.一种网络可扩展性区块链实现方法，其特征在于，所述实现方法包括：所有的验证节点在每一轮共识周期开始的时候将被分配到不同的组中形成若干分片；每个分片根据对应组中节点的由历史行为产生的信誉积分以正相关的概率选举出领导；交易发起者向负责处理该交易的分片发送交易，随后该分片运行基于分片领导的共识同步算法，生成交易区块和信誉区块；基于共识所有验证者的行为，所有网络验证节点均通过信誉评价机制进行信誉评分计算并针对信誉分数达成共识；在信誉评分计算完成后，网络验证节点使用共同签名生成所述信誉区块，所述信誉区块包含信誉评分、已确认的交易区块列表、先前的信誉区块和共同签名；及在每一个共识周期结束时，每个分片组均生成一个状态区块，将交易区块链和信誉区块链的记录打包，随后网络验证节点基于来自所有分片的状态区块，同步和更新存储的信誉值，结束之后开始下一个共识周期。2.根据权利要求1所述的一种网络可扩展性区块链实现方法，其特征在于，所述验证节点使用前一个共识周期的状态区块的哈希值来产生随机数从而引入随机性，随后验证节点被随机分配到各个分片中。3.根据权利要求1所述的一种网络可扩展性区块链实现方法，其特征在于，所述领导的选举机制中，高于信誉积分排序中位数的验证节点以信誉积分正相关的概率成为分片领导。4.根据权利要求1所述的一种网络可扩展性区块链实现方法，其特征在于，每笔交易具有唯一标识，输入UTXO列表和输出UTXO列表；所有网络验证节点均将交易发送到负责输入UTXO的分片，并输出这些交易中列出的UTXO。5.根据权利要求1所述的一种网络可扩展性区块链实现方法，其特征在于，在所述基于分片领导的共识同步算法中，对于分片i，用来验证交易ID除以分片组数的余数加1后为i的交易。6.根据权利要求5所述的一种网络可扩展性区块链实现方法，其特征在于，对于片内交易，所述基于分片领导的共识同步算法包括：片内的领导将包含交易ID的列...

【专利技术属性】
技术研发人员：王泽宇，管侠，
申请(专利权)人：绿州蔚来深圳控股有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44