基于联盟链投票共识算法产生及管理多模标识网络的方法技术

本发明专利技术适用于区块链技术改进领域，提供了基于联盟链投票共识算法产生及管理多模标识网络的方法，所述方法包括以下步骤：S1、利用区块链技术将网络中的内容进行标识、寻址生成多模标识网络；S2、将多模标识网络进行域划分构成层级化区块系统并通过PoV投票共识算法对每个区块系统进行管理；S3、多模标识网络根据区块链架构形成多模标识网络系统；S4、利用联盟链的共识算法对多模标识网络系统进行全网共识管理。引入多层次、分片化的区块链模型架构从而大幅度提高了系统的处理性能。各层级内的区块链网络节点都可以通过相应域内的管家节点以及委员节点快速访问其余各层区块链的相关路由信息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于联盟链投票共识算法产生及管理多模标识网络的方法
本专利技术属于区块链技术改进领域，尤其涉及基于联盟链投票共识算法产生及管理多模标识网络的方法。
技术介绍
随着现代科学技术的发展，互联网已经成为当今社会发展不可缺失的一环，其作为信息的一种载体，已经渗透到包括政治、经济、文化、教育、医疗卫生等人类生活的各种领域。全球域名系统(DomainNameSystem，DNS)作为现今互联网最为核心的基础设施，对其发展起到了极大的推动作用，其主要功能是完成域名到IP地址之间的对应。因此，DNS是现在互联网体系架构中的“神经系统”，其根域名系统深刻影响着全球互联网的运行情况。近几年根服务器通过任播技术在全球广泛部署根服务器镜像，但其根服务器、域名、AS号等关键互联网资源管理权仍属于美国商务部下属国家电信和信息管理局(NationalTelecommunicationsandInformationAdministration，NTIA)。单一国家管理、中心化架构的DNS给全球互联网安全带来巨大威胁。2002年DNS根服务器遭受大规模DDoS攻击，导致全球域名寻址服务受到严重影响。同时，现有网络架构中IP层所存在的“细腰”结构问题，成为制约信息网络总体功能的瓶颈。针对现有DNS存在的中心化及IP性能瓶颈的问题，近年来学术界也尝试使用分布式技术及多模路由技术来搭建去中心化的未来网络体系架构，其中以区块链技术为首的分布式共识机制成为研究重点。2008年，中本聪提出比特币，随着近年来的快速发展，作为其底层技术核心的区块链也随之进入人们的视线中。作为区块链技术核心的共识机制目前已经引起政府部门、金融机构、科技企业和资本市场的高度重视与广泛关注。在相关共识算法的研究中，工作量证明(ProofofWork，PoW)自比特币问世以来现已成为P2P电子货币的主流思想，其通过算力竞争来保证全网信息的可靠性，但存在较为严重的算力浪费问题。因此，部分Bitcointalk论坛中的数字货币爱好者提出了权益证明(ProofofStake，PoS)，通过引入币龄来大幅度降低资源消耗，在此基础上，Larimer团队在2014年3月提出了股份授权证明(DelegateProofofStake，DPoS)算法进一步提升记账速度。但现阶段单一区块链的共识速度任然无法有效满足实际社会需求。相较于传统的中心化结算系统每秒万笔以上的吞吐量，区块链仍有较大的性能差距。因此，我们希望构建一种层级化的区块链网络，实现一个高通量、高内聚、低耦合的多模网络。其网络的核心在于层级化分片的区块链网络如何保证各层级区块链的连接以及数据的监护，并通过高效的共识机制来满足区块链网络所需求的庞大吞吐量。同时，维护分层区块链的层级化拓扑架构，让系统服务具有高效性、鲁棒性。2011年8月DanielKraft等人创立了Namecoin项目，提出了基于区块链的域名系统、分布式域名存储、合并挖矿等若干解决方案，并且在网络安全性、可用性、矿工管理等方面进行了尝试。但由于存在算力集中、矿工抵抗升级、恶意域名注册等无法解决的问题，随后在Namecoin的基础上建立了Blockstack项目。Blockstack系统维护一个独立的命名系统，作为一个逻辑层运行在底层的比特币区块链之上，且系统通过数据层和控制层的分离，提高区块链数据存储的限制。基于去中心化区块链技术的Blockstack比传统的中心化域名服务器更安全，能支持域名管理，防止域名服务器缓存投毒，而且无需审核。Blockstack通过它的网络节点把基础设施建立在区块链上。这些节点处理域名交易和域名所有人的密钥对，以及记录寻址后的域名。网络上的域名交易包括登记、转移和数据升级。这些域名操作通过交易加密存储在底层区块链上。如图1所示。Blockstack通过引入虚链层将原先DNS路由中的控制部分以及数据部分进行分离，保证了模块间的低耦合性。同时，其架构有效地降低了传输层的数据流量，并且通过将虚链架设在比特币之上，保证了系统整体的安全性。Blockstack的主要优点在于，第一，通过引入虚链层来保证了区块链的安全性以及稳定性；第二，提出了“验证上链，数据下链”的分布式存储思想，有效地降低了区块链节点的数据存储负载；Blockstack的主要缺点在于，第一，缺少必要的监管策略导致所有区块链节点都可以注册任意的网络域名标识，导致Blockstack域名抢注非常严重；第二，在比特币之上架设虚链导致其性能受到比特币限制严重，系统可拓展性差。随着区块链3.0的技术革新，在保证区块链本身公开、透明、防篡改特性的基础上，越来越多的科研机构和公司将研发重点放在了区块链性能上，期望其能够支持商业级别应用的高性能底层平台。因此，2018年迅雷网络技术有限公司推出了迅雷链业务。迅雷链在原先区块链的基础上提出了同构多链的系统框架，即通过增加复数条相同架构的区块链将不同用户的请求定位到不同的链上来增加系统整体的TPS。迅雷链认为，在单个区块链中，无论共识算法如何选择，其单链的性能总是有无法逾越的瓶颈。因此，如果想让区块链达到实际生产需求，多链是一个重要的发展方向。现阶段迅雷链的共享计算节点已有150万多个，迅雷将其中一些网速稳定、传输顺畅同时计算能力也够强的节点挑选出来，形成一个PBFT共识算法的备选池，并定期从中选择一些节点作为副本节点参与迅雷链的共识。当经过特定的系统设定时间区间后，系统将在PBFT备选池中重新随机选取若干个副本节点进行下一阶段的记账，由此规避了PBFT算法本身的一些短板。在数据存储方面，迅雷链通过引入冗余编码来规避传统区块链网络中全备份节点可能存在的数据存储压力，改为将存储数据拆分为若干份分别存储在分布式网络中。当用户需要恢复数据时，迅雷链系统将从分布式网络中抽取相应的冗余数据分片进行整合。迅雷链的主要优点在于，第一，通过引入同构多链技术来大幅度加速了区块链的TPS，使其能满足现实生产需求；第二，提出了区块链数据分片冗余的思想，有效地降低了区块链节点的数据存储负载；迅雷链的主要缺点在于，迅雷链的顶层链与下层链采取了不同的共识算法，同时，由于顶层使用PoW共识算法，其系统的整体性能受到限制。现阶段区块链技术的发展使得“去中心化”、“不可篡改”、“可溯源”的特性得以在众多系统中蓬勃发展，然而关于其核心共识算法的研究仍处于较为起步的阶段。现有的区块链共识机制在高效性和安全性之间的取舍无法取得很好的平衡。因此，2017年北京大学深圳研究生院提出了一个用于联盟链的基于投票的共识算法。该共识算法针对效率和安全性平衡的问题，结合PBFT类共识算法场景的安全性强以及代表类共识效率高的特点，设计了一个两段式提交的区块链共识算法，其核心思想在于将区块链生成区块过程中的记账权以及认证权相分离。第一阶段中，该共识算法中只有管家节点拥有提交区块链的权利，其提交的预区块需要经过全体委员节点对正确性的认证。第二阶段中，当前记账的管家节点只有在接收到超过半数的委员节点的认证之后才可将预区块打包成为正式区块在网络中发布。共识算法在一定范围内实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于联盟链投票共识算法产生及管理多模网络标识的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/nS1、利用区块链技术将网络中的内容进行标识、寻址生成多模标识网络；/nS2、将多模标识网络进行域划分构成层级化区块链系统并通过PoV投票共识算法对每个网络域进行管理；/nS3、多模标识网络根据区块链架构形成多模标识网络系统；/nS4、利用联盟链的共识算法对多模标识网络系统进行全网共识管理。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.基于联盟链投票共识算法产生及管理多模网络标识的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、利用区块链技术将网络中的内容进行标识、寻址生成多模标识网络；
S2、将多模标识网络进行域划分构成层级化区块链系统并通过PoV投票共识算法对每个网络域进行管理；
S3、多模标识网络根据区块链架构形成多模标识网络系统；
S4、利用联盟链的共识算法对多模标识网络系统进行全网共识管理。


2.根据权利要求1所述的基于联盟链投票共识算法产生及管理多模标识网络的方法，其特征在于，所述多模标识网络系统根据联盟链的共识算法的全网共识管理自上而下分为控制层、路由层及数据层；所述控制层包括区块链管理子层及区块链控制子层；
所述区块链控制子层，用于完成区块信息校验并达成区块链共识后以区块形式记录域内的路由状态以及完成域内多模网络标识注册请求的认证；
所述区块链管理子层，用于负责多模标识网络管理及寻址、系统权限管理及线下相结合的事务。


3.根据权利要求1或2所述的基于联盟链投票共识算法产生及管理多模标识网络的方法，其特征在于，所述路由层，用于完成对IP地址标识、内容标识、身份标识的多种网络标识的生成、管理及路由寻找并负责数据包的转发及过滤，同时各级节点依靠投票共识算法实现各层级区块链的数据一致性。


4.根据权利要求1-3任一项所述的基于联盟链投票共识算法产生及管理多模标识网络的方法，其特征在于，所述数据层包括区块链数据子层和云存储子层；
所述区块链数据子层，用于存放多模网络标识路由寻址必需的数据，称为链上数据，其数据存储格式采用区块链链式存储；
所述云存储子层，用于存放网络标识的全部信息，称为链下数据，其数据存储在本地数据库。


5.根据权利要求4所述的基于联盟链投票共识算法产生及管理多模标识网络的方法，其特征在于，所述链上数据及所述链下数据采用哈希校验来保证数据的正确性及不可篡改性。


6.根据权利要求5所述的基于联盟链投票共识算法产生及管理多模标识网络的方法，其特征在于，所述多模网络标识系统中顶层区块链作为下层区块链的数据交互入口。


7.根据权利要求6所述的基于联盟链投票共识算法产生及管理多模标识网络的方法，其特征在于，所述多模标识网络系统架构模型中控制功能是位于控制层的一个管理功能，为管理面中的业务承载管理提供分布式数据存储、多模网络标识管理、高性能路由寻址的服务，在区块链多模网络标识系统中多模网络标识路由寻址由域内管家节点或委员节点完成，获取的数据实体存放在区块链之外。


8.根据权利要求7所述的基于联盟链投票共识算法产生及管理多模标识网络的方法，其特征在于，所述多模网络标识系统中将转发平面与控制平面相分离，所述转发平面采用分域管理、逻辑分层及多模态重构完成数据包转发；所述控制平面由负责管理转发网元的智能代理组成，所述智能代理负责本域内转发网元的多维感知、资源管理、网络可重构及多模网络标识的生成，负责域间的智能协调，完成域间寻路、标识映射、资源调度、维护的工作。


9.根据权利要求1-8任一项所述的基于联盟链投票共识算法产生及管理多模标识网络的方法，其特征在于，所述多模网络标识系统中的标识注册包括以下步骤：
S11、能够被寻址的用户向就近的多模标识网络节点申请标识注册请求；
S12、本域联盟链对接收的用户标识注册请求进行审查认证注册标识区块并上传；
S13、上级区块链节点将接收的标识注册区块按照要求将其报文传输到其所在域控制器进行认证和注册；
S14、顶级联盟链节点接收下级区块链的标识注册区块后对数据进行校验并反馈原节点确认信号。


10.根据权利要求9所述的基于联盟链投票共识算法产生及管理多模标识网络的方法，其特征在于，所述节点请求网络资源包括以下步骤：
S21、标识注册节点向就近的路由器传送兴趣包；
S22、就近路由器查询转发表判断查询的标识内容是否存放在本域联盟链中，如是，则并返回相应的标识内容，如否，则向上级多模网络标识服务器转发请求并执行下一步；
S23、上一级联盟链节点根据接收的查询请求，在联盟链中进行标识内容查询，如查询到标识内容，返回标识内容给下一级联盟链节点，如查询不到标识内容，将查询请求转发给上一级联盟链节点，直到顶级联盟链节点；
S24、判断顶级联盟链服务器是否查询到相关已被注册网络标识，若查询到，则将自动根据现有网络的动态拓扑结构下发相关的最短路径，网络中的转发线路上的相关路由器将收到新的转发路径表，通过多跳路由建立数据传输通路，若查询不到，则执行步骤S25；
S25、顶级联盟链节点根据标识的第一个前缀将查询请求下发至特定的联盟链，到达查询请求所指定最下级联盟链节点进行本地查询；
S26、判断在最下级联盟链节点本地查询是否成功，若查询成功，则将相应的资源内容传递给查询请求方，若查询不成功，则反馈错误查询信息。


11.基于联盟链投票共识算法产生及管理多模网络标识的系统，其特征在于，所述系统包括
标识...

【专利技术属性】
技术研发人员：李挥，张昕淳，邬江兴，伊鹏，朱伏生，安辉耀，李文军，谢经宇，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，国家数字交换系统工程技术研究中心，
类型：发明
国别省市：广东;44