一种基于云计算的区块链分层共识证明体系结构与方法技术

本发明专利技术公开一种基于云计算的区块链分层共识证明体系结构与方法，分层共识证明体系结构将区块链网络节点按功能分为云计算节点与用户节点，分别组成内层云计算对等网络与外层用户对等网络，内外层网络可实现相邻节点互访。内层网络负责区块汇编、真实性验证与区块链一致性共识存储，外层网络负责区块的工作量证明。将交易区块的汇编、工作量证明与一致性共识存储，按三阶段分段执行，并发处理。通过区块链激励机制将三个阶段紧密关联，提高区块链网络的去中心化、可扩展性和安全性。分层共识证明体系可以解决区块链网络因全节点的功能完备性所导致的资源浪费、低吞吐量与交易效率、网络流量大、网络延迟高以及网络延迟不均匀等问题。

A hierarchical consensus proof architecture and method for blockchain based on Cloud Computing

【技术实现步骤摘要】
一种基于云计算的区块链分层共识证明体系结构与方法
本专利技术涉及区块链
，特别涉及一种基于云计算的区块链分层共识证明体系结构与方法。
技术介绍
区块链作为比特币的基础技术，具有去中心化、去中间人、去信任、匿名、开放、可追溯、分布式与不可篡改等特点，在数字货币、跨界支付、金融科技、智能合约、证券交易、电子商务、物联网、社交通讯、文件存储、存证确权、股权众筹等领域具有广泛的革命性应用。区块链网络的安全稳定运行必须解决P2P网络拜占庭将军问题(ByzantineGeneralsProblem)，即在缺乏可信第三方中心节点的条件下，如何在分布式节点之间达成共识形成互信。节点之间的公开账本共识一般分为两大类：证明类机制与非证明类协议。无论是证明类的PoW工作量证明与PoS权益类证明，还是非证明类的BFT、PAXOS以及RAFT等分布式系统一致性共识协议，都存在一个不可能三角关系限制，即不可能同时提高区块链网络系统的去中心化、可扩展性和安全性。比特币与以太坊等已有公链网络和Hyperledger、R3以及Chinaledger等超级联盟链账本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于云计算的区块链分层共识证明体系结构，其特征在于：包括由云计算节点构成的内层分布式云计算网络；由用户节点构成的外层分布式用户网络；用于交易云收集、验证、传播与汇编以及用户对新区块进行工作量证明的区块链数据结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于云计算的区块链分层共识证明体系结构，其特征在于：包括由云计算节点构成的内层分布式云计算网络；由用户节点构成的外层分布式用户网络；用于交易云收集、验证、传播与汇编以及用户对新区块进行工作量证明的区块链数据结构。


2.根据权利要求1所述的基于云计算的区块链分层共识证明体系结构，其特征在于：所述区块链数据结构包括区块头与区块体，区块头包括当前区块的密码散列值；前一区块的密码散列值；区块体Merkle树根W重密码散列值；云计算节点对Merkle树根W重密码散列值的签名值；云计算节点的公开CA证书；一个对用户工作量证明的激励支付交易；一个对云计算节点交易收集、验证、传播、区块汇编与存储的激励支付交易；时间戳；投票随机幻方；区块体由交易数据按Merkle树密码散列计算结构组成，并对区块体的Merkle树根值设置一定的密码散列重复计算次数W；W值由关联约束随机幻方构造的计算时间复杂度决定，使得区块体Merkle树根W重密码散列值的计算时间大于一个关联约束随机幻方的构造时间。


3.根据权利要求2所述的基于云计算的区块链分层共识证明体系结构，其特征在于：所述内层分布式云计算网络是指分布式混合云计算网络，其云计算节点包括公有云节点、企业云节点和私有云节点，各云计算节点组成一个对等通信的许可链网络；每个云计算节点持有指定公开CA证书机构发放或签名的公开CA证书作为许可链网络的进入凭据，CA证书及其相应私钥作为云计算节点对新区块汇编交易的真实性验证的承诺签名密钥及验证承诺签名的公开证据。


4.根据权利要求3所述的基于云计算的区块链分层共识证明体系结构，其特征在于：所述内层分布式云计算网络采用对等通信网络协议，云计算节点按照对等网络通讯协议将收到的任何消息立即无条件传播至所有邻居节点；外层分布式用户网络同样采用对等通信网络协议，用户节点按照对等网络通讯协议将收到的任何消息立即无条件传播至所有邻居节点；内层分布式云计算网络与外层分布式用户网络通过对等网络通信协议进行信息交互；其中外层分布式用户网络的用户节点根据内层分布式云计算网络中云计算节点的网络区域分布性，选择内层分布式云计算网络中最近的云计算节点作为自己的邻居节点；同理，内层分布式云计算网络的云计算节点根据外层分布式用户网络中用户节点的区域分布性，选择外层分布式用户网络中最近的用户节点作为自己的邻居节点。


5.根据权利要求4所述的基于云计算的区块链分层共识证明体系结构，其特征在于：所述内层分布式云计算网络的云计算节点根据网络交易的规模与地域分布特点自适应地增减；一个不属于内层分布式云计算网络的云计算节点加入内层分布式云计算网络的前提是申请节点的公开CA证书，根据内层分布式云计算网络云计算节点的分布情况，一个不属于内层分布式云计算网络的云计算节点与至少一个内层分布式云计算网络的云计算节点完成邻居节点确认与路由表交换，即可成为内层分布式云计算网络的许可云计算节点；相反地，内层分布式云计算网络的许可云计算节点通过从路由表中删去其邻居节点信息即可退出内层分布式云计算网络。


6.一种根据权利要求5所述的区块链分层共识证明体系结构的基于云计算的区块链分层共识证明方法，其特征在于，包括以下步骤：首先通过内层分布式云计算网络中的云计算节点将交易收集、验证、传播并与其他交易一起汇编成一个待证明的新区块并验证交易的真实性；然后通过外层分布式用户网络采用竞争抢答方式进行工作量证明，获得新区块满足难度要求的密码散列值证据；接着通过最长区块链的一致性共识协议或RAFT一致性共识协议实现新区块在内层分布式云计算网络云计算节点之间的一致性共识存储；最后通过共识证明激励机制将三个阶段紧密关联，提高区块链网络系统的去中心化、可扩展性和安全性。


7.根据权利要求6所述的基于云计算的区块链分层共识证明方法，其特征在于，具体步骤为：
1）外层分布式用户网络用户节点生成一个交易，通过对等网络通信协议将该交易发送至内层分布式云计算网络中属于它的邻居云计算节点；
2）内层分布式云计算网络的云计算节点接收外层分布式用户网络用户节点发送的交易并验证该交易的真实性，然后通过对等网络通信协议传播至内层分布式云计算网络中的邻居云计算节点；
3）内层分布式云计算网络的云计算节点接收邻居云计算节点传播过来的新交易，验证该交易的真实性，然后通过对等网络通信协议再传播至内层分布式云计算网络的邻居云计算节点，直至将每个云计算节点接收到的新交易传播至所有云计算节点；
4）云计算节点接收由外层分布式用户网络中...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢涛，熊挺，李洪波，李浩海，谢琛，谢锦鹏，周荣豪，李慎纲，李竞，刘一炜，王宝来，谢瑾，肖菁，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43