基于分片技术和博弈论的区块链事务验证扩容方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于分片技术和博弈论的区块链事务验证扩容方法及装置，包括：通过选举为事务配置根委员会和分片委员会；对事务的激励和保证金及冲突事务进行检测，检测通过后在分片委员会中随机选择一个验证节点，在验证时限内对事务进行验证，将验证结果发送给根委员会开启事务的挑战时限，任一节点向验证结果发起挑战，若在挑战时限内没有节点进行挑战，则认同验证节点的验证结果，若有，则在发起挑战的节点随机选取一个合法节点进行下一轮次的验证，若在限定轮次内未结束挑战，则将事务送至争议解决模块直接得到正确验证结果，最后对参与验证的节点的验证结果进行清算。该方法实现了对任意复杂度验证事务的经济验证与线性扩容。

Blockchain transaction verification and expansion method and device based on fragmentation technology and game theory

【技术实现步骤摘要】
基于分片技术和博弈论的区块链事务验证扩容方法及装置
本专利技术涉及信息安全
，特别涉及一种基于分片技术和博弈论的区块链事务验证扩容方法及装置。
技术介绍
随着信息领域的发展，人们对于事务处理的公平性与鲁棒性的需求逐渐提高，而区块链技术完美契合了这一趋势，其通过融合抗女巫算法与激励机制构建去中心化的共识网络，既能维持公开透明、不可篡改、可追溯的分布式账本，作为价值互联网的基础设施；又可以创建图灵完备的智能合约完成任意复杂度事务的分布式计算、存储，通过虚拟网络信用驱动现实社会信用。在此基础上，基于委员会的共识技术通过引入传统的拜占庭共识协议作为区块链的共识内核，以抗女巫算法作为委员会公开竞选/轮换的安全保障，该类共识技术完全消除了分叉带来的不一致问题，极大降低了事务的确认延迟同时提升了服务的鲁棒性。但以上共识方案要求生态内所有在任的验证者或矿工承担全部事务的验证、存储与通信开销，这极大的限制了方案的可拓展性：一方面，这导致验证节点需要承担庞大的验证压力，该过程算力浪费，效率低下，生态不得不通过限制区块容量和事务复杂度来保证服务的稳定性与安全性；另一方面，用户需要为此付出昂贵的事务验证费用，并承担由于容量限制带来的高用户延迟。该问题导致现有的区块链系统承受糟糕的性能与可用性。现有的解决方案包括两类：基于分片的共识协议和链下的挑战响应协议。其中，基于分片的共识协议依旧采用传统的重复验证模式，不过该协议容许多个委员会(即分片)并行处理事务，并设计了相应的片间协议保证验证的一致性，遗憾的是，由于验证在委员会内部依然具有较高的重复性以及缺乏对于验证者公平的激励机制，这类协议无法处理复杂度高的事务，其对于吞吐量的扩容也无法达到线性。而部署于链下的挑战响应协议采用了单节点背书的事务验证模式，验证者发布验证结果并对该结果进行背书，而事务的相关者可以对该结果进行挑战，双方通过交互式的二分验证协议进行争议判决，并将整个过程产生的数据锚定到区块链上。虽然这类协议拥有高效的验证模式，但其依赖于参与协议节点的交互合作，一旦诚实节点出现离线情况，将会造成不可估量的损失；另外，该类协议缺乏抗女巫机制的保护，恶意节点可以通过创建多个身份，破坏验证的正确性和验证激励分配的公平性；更糟的是，协议缺乏可行的激励方案设计，规定的背书惩罚往往依赖于交互的节点具备无限充分的保证金，然而这点在现实中并不具备实用性，从而导致挑战者无动力发起挑战，验证者不足以支付惩罚，事务验证的终结缺乏明确的期限，导致恶意节点可以依赖资产优势无限延迟合法交易的入块。综上，现有的技术与方案均无法实现一个通用的区块链验证方案，在保证验证正确性与可拓展性的同时满足激励相容性，经济性以及非交互性的要求，这也极大限制了区块链本身的发展与可用性。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于分片技术和博弈论的区块链事务验证扩容方法，该方法消除了传统验证机制造成的不可拓展、算力浪费与费用高昂等问题，实现了对任意复杂度验证事务的经济验证与线性扩容，并保障事务的验证具备激励相容性和正确性，极大增强了现有区块链系统的可拓展性与可用性。本专利技术的另一个目的在于提出一种基于分片技术和博弈论的区块链事务验证扩容装置。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种基于分片技术和博弈论的区块链事务验证扩容方法，包括：S1，获取待验证事务，通过抗女巫算法选举多个节点组成根委员会，所述根委员会每隔预设时间运行分布式随机数生成协议生成随机数种子，利用随机数种子选举多个节点配置多个分片委员会；S2，对所述待验证事务进行链下推演得到所述待验证事务的验证难度和最终状态，利用所述验证难度确定所述待验证事务的验证时限、挑战时限、激励额度与保证金额度，为所述待验证事务添加抵押资产，将所述验证时限、所述挑战时限、所述激励与所述保证金，所述抵押资产随所述待验证事务广播至所述多个分片委员会；S3，对所述待验证事务对应的所述保证金额度和所述激励额度及所述待验证事务的冲突事务进行检测，若检测通过，所述待验证事务进行验证阶段；S4，随机选取所述多个分片委员会中的一个节点在所述验证时限内对所述待验证事务标注的最终状态进行验证生成验证结果，并将所述验证结果发送至所述根委员会，所述待验证事务进行见证阶段；S5，在见证阶段，所述根委员会接收所述验证结果后，记录所述验证结果并开启所述挑战时限以使任一节点在所述挑战时限内缴纳保证金对所述待验证事务的验证结果发起挑战生成挑战事务，所述待验证事务进行挑战阶段；S6，若在所述挑战时限内接收到大于等于一个的节点发起的所述挑战事务，则执行S7，在所述挑战时限内未收到节点发起的所述挑战事务，则认定所述S4中生成的所述验证结果为正确验证结果，执行S8；S7，在发起挑战的节点中随机选取一个合法节点作为挑战节点对所述待验证事务标注的最终状态进行验证，启动下一轮次的验证-挑战过程，若在预设上限轮次内挑战未结束，则将所述待验证事务发送至争议解决模块获取正确验证结果；S8，通过清算模块对参与验证的节点的验证结果进行清算。本专利技术实施例的基于分片技术和博弈论的区块链事务验证扩容方法，通过选举为事务配置根委员会和分片委员会；对事务的激励和保证金及冲突事务进行检测，检测通过后在分片委员会中随机选择一个验证节点，在验证时限内对事务进行验证，将验证结果发送给根委员会开启事务的挑战时限，任一节点向验证结果发起挑战，若在挑战时限内没有节点进行挑战，则认同验证节点的验证结果，若有，则在发起挑战的节点随机选取一个合法节点进行下一轮次的验证，若在限定轮次内未结束挑战，则将事务送至争议解决模块直接得到正确验证结果，最后对参与验证的节点的验证结果进行清算。由此，消除了传统验证机制造成的不可拓展、算力浪费与费用高昂等问题，实现了对任意复杂度验证事务的经济验证与线性扩容，并保障事务的验证具备激励相容性和正确性，极大增强了现有区块链系统的可拓展性与可用性。另外，根据本专利技术上述实施例的基于分片技术和博弈论的区块链事务验证扩容方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述S1进一步包括：所述根委员会每隔所述预设时间通过运行所述分布式随机数生成协议生成并广播随机数种子，以随机数种子作为分片委员会内节点生成选举证明的随机启动参数，配合密码学排序算法在本轮次内选举出固定数目的节点配置所述多个分片委员会。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述S2进一步包括：在所述待验证事务发布前，所述待验证事务的发布者通过链下运算推演所述待验证事务执行后的最终状态，根据所述待验证事务的验证程序运行中的指令复杂度加权指令数目之和作为所述待验证事务的所述验证难度；通过所述验证难度、资金转化参数和时限转化参数确定所述待验证事务对应的所述验证时限、所述挑战时限、所述保证金额度和所述激励额度。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述S3进一步包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分片技术和博弈论的区块链事务验证扩容方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，获取待验证事务，通过抗女巫算法选举多个节点组成根委员会，所述根委员会每隔预设时间运行分布式随机数生成协议生成随机数种子，利用随机数种子选举多个节点配置多个分片委员会；/nS2，对所述待验证事务进行链下推演得到所述待验证事务的验证难度和最终状态，利用所述验证难度确定所述待验证事务的验证时限、挑战时限、激励额度与保证金额度，为所述待验证事务添加抵押资产，将所述验证时限、所述挑战时限、所述激励与所述保证金，所述抵押资产随所述待验证事务广播至所述多个分片委员会；/nS3，对所述待验证事务对应的所述保证金额度和所述激励额度及所述待验证事务的冲突事务进行检测，若检测通过，所述待验证事务进行验证阶段；/nS4，随机选取所述多个分片委员会中的一个节点在所述验证时限内对所述待验证事务标注的最终状态进行验证生成验证结果，并将所述验证结果发送至所述根委员会，所述待验证事务进行见证阶段；/nS5，在见证阶段，所述根委员会接收所述验证结果后，记录所述验证结果并开启所述挑战时限以使任一节点在所述挑战时限内缴纳保证金对所述待验证事务的验证结果发起挑战生成挑战事务，所述待验证事务进行挑战阶段；/nS6，若在所述挑战时限内接收到大于等于一个的节点发起的所述挑战事务，则执行S7，在所述挑战时限内未收到节点发起的所述挑战事务，则认定所述S4中生成的所述验证结果为正确验证结果，执行S8；/nS7，在发起挑战的节点中随机选取一个合法节点作为挑战节点对所述待验证事务标注的最终状态进行验证，启动下一轮次的验证-挑战过程，若在预设上限轮次内挑战未结束，则将所述待验证事务发送至争议解决模块获取正确验证结果；/nS8，通过清算模块对参与验证的节点的验证结果进行清算。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于分片技术和博弈论的区块链事务验证扩容方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取待验证事务，通过抗女巫算法选举多个节点组成根委员会，所述根委员会每隔预设时间运行分布式随机数生成协议生成随机数种子，利用随机数种子选举多个节点配置多个分片委员会；
S2，对所述待验证事务进行链下推演得到所述待验证事务的验证难度和最终状态，利用所述验证难度确定所述待验证事务的验证时限、挑战时限、激励额度与保证金额度，为所述待验证事务添加抵押资产，将所述验证时限、所述挑战时限、所述激励与所述保证金，所述抵押资产随所述待验证事务广播至所述多个分片委员会；
S3，对所述待验证事务对应的所述保证金额度和所述激励额度及所述待验证事务的冲突事务进行检测，若检测通过，所述待验证事务进行验证阶段；
S4，随机选取所述多个分片委员会中的一个节点在所述验证时限内对所述待验证事务标注的最终状态进行验证生成验证结果，并将所述验证结果发送至所述根委员会，所述待验证事务进行见证阶段；
S5，在见证阶段，所述根委员会接收所述验证结果后，记录所述验证结果并开启所述挑战时限以使任一节点在所述挑战时限内缴纳保证金对所述待验证事务的验证结果发起挑战生成挑战事务，所述待验证事务进行挑战阶段；
S6，若在所述挑战时限内接收到大于等于一个的节点发起的所述挑战事务，则执行S7，在所述挑战时限内未收到节点发起的所述挑战事务，则认定所述S4中生成的所述验证结果为正确验证结果，执行S8；
S7，在发起挑战的节点中随机选取一个合法节点作为挑战节点对所述待验证事务标注的最终状态进行验证，启动下一轮次的验证-挑战过程，若在预设上限轮次内挑战未结束，则将所述待验证事务发送至争议解决模块获取正确验证结果；
S8，通过清算模块对参与验证的节点的验证结果进行清算。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1进一步包括：
所述根委员会每隔所述预设时间通过运行所述分布式随机数生成协议生成并广播随机数种子，以随机数种子作为分片委员会内节点生成选举证明的随机启动参数，配合密码学排序算法在本轮次内选举出固定数目的节点配置所述多个分片委员会。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2进一步包括：
在所述待验证事务发布前，所述待验证事务的发布者通过链下运算推演所述待验证事务执行后的最终状态，根据所述待验证事务的验证程序运行中的指令复杂度加权指令数目之和作为所述待验证事务的所述验证难度；
通过所述验证难度、资金转化参数和时限转化参数确定所述待验证事务对应的所述验证时限、所述挑战时限、所述保证金额度和所述激励额度。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3进一步包括：
判断所述待验证事务是否为跨片事务，若是，则通过所述待验证事务的多个相关分片委员会分别对所述待验证事务对应的所述保证金额度和所述激励额度以及是否存在所述待验证事务的冲突事务进行独立检测，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍前红，王明明，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11