一种区块链上基于vrf和实用拜占庭算法的共识方法技术

本发明专利技术提供一种区块链上基于vrf和实用拜占庭算法的共识方法，包括以下步骤：步骤0，预计算：对于区块链系统中的每个区块链节点，计算其是否具有出块资格、预投票资格、确定投票资格和异常情况投票资格。步骤1，出块过程；步骤2，预投票过程；步骤3，确定投票过程；步骤4，异常情况投票过程。具有以下优点：1)参与共识的所有区块链节点的时钟不需要严格同步，降低了系统对节点时间管理的负担。2)区块链系统中，只有少量区块链节点进行预投票、确定投票或异常情况投票，从而降低了系统资源开销。

【技术实现步骤摘要】
一种区块链上基于vrf和实用拜占庭算法的共识方法
本专利技术属于区块链
，具体涉及一种区块链上基于vrf和实用拜占庭算法的共识方法。
技术介绍
共识算法是分布式系统中保证系统状态一致性的重要技术，是分布式文件系统、分布式数据库的重要基础。区块链采用分布式共识算法在无中心节点控制，又可能存在破坏节点的环境下确立系统状态，从而建立信任。现有的区块链系统，主要具有以下问题：1)参与共识的所有区块链节点的时钟必须严格同步，系统对节点时间管理的负担较高。2)区块链系统中所有区块链节点，无论在预投票过程，还是确定投票过程，均对区块进行投票，系统资源开销较高。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种区块链上基于vrf和实用拜占庭算法的共识方法，可有效解决上述问题。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种区块链上基于vrf和实用拜占庭算法的共识方法，包括以下步骤：步骤0A，假设本地账本当前存储的区块链共包括h个成链状的区块，按从前向后的顺序，分别为：区块B1，区块B2,…,区块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种区块链上基于vrf和实用拜占庭算法的共识方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤0A，假设本地账本当前存储的区块链共包括h个成链状的区块，按从前向后的顺序，分别为：区块B

【技术特征摘要】
1.一种区块链上基于vrf和实用拜占庭算法的共识方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤0A，假设本地账本当前存储的区块链共包括h个成链状的区块，按从前向后的顺序，分别为：区块B1，区块B2,…,区块Bh；
区块链系统一共包括n个区块链节点，分别为：区块链节点P1，区块链节点P2,…,区块链节点Pi,…,区块链节点Pn；其中，i＝1,2,…,n；对于任意的区块链节点Pi，均绑定存储以下参数：出块系数W1、投票系数W2、节点权重W3i、总权重W4、延迟时间W5、最新共识区块的公共字符串W6、共识轮数W7、最新共识区块的索引值W8和FAULT字符串W9；
其中，总权重W4为当前各个区块链节点的节点权重之和；各个区块链节点的节点权重W3i不相同；各个区块链节点的以下8个参数均相同：出块系数W1、投票系数W2、总权重W4、延迟时间W5、最新共识区块的公共字符串W6、共识轮数W7、最新共识区块的索引值W8和FAULT字符串W9；
每个区块链节点还配置私钥和公钥；
步骤0B，初始化步骤：
初始化各个区块链节点的共识轮数W7＝1；
预配置各个区块链节点的出块系数W1、投票系数W2、节点权重W3i、延迟时间W5和FAULT字符串W9；
在系统运行过程中，当有新的区块链节点加入到区块链系统，或区块链系统中存在离开的区块链节点时，实时更新总权重W4；
向本地账本查询区块链，得到最新的区块Bh，根据区块Bh，得到区块Bh包含的公共字符串，即为最新共识区块的公共字符串W6；得到区块Bh的索引值，即为最新共识区块的索引值W8；进而初始化各个区块链节点的最新共识区块的公共字符串W6和最新共识区块的索引值W8；
步骤0，预计算：
步骤0-1)，对于区块链系统中的每个区块链节点，均采用以下方法，计算是否具有出块资格：
步骤a1)，将步骤1的标识字符串step1、最新共识区块的公共字符串W6和共识轮数W7进行hash运算，得到字符串str1a；
步骤a2)，采用可验证随机函数，对字符串str1a、延迟时间W5和私钥进行计算，生成第一密码学凭证；其中，所述第一密码学凭证中包含随机字符串str2a；
步骤a3)，采用随机抽签方法，对所述密码学凭证中的随机字符串str2a、节点权重W3i、总权重W4和出块系数W1进行随机抽签运算，得到随机抽签结果；如果随机抽签结果为0，表示对应的区块链节点不具有出块资格；否则，如果随机抽签结果为非0，表示对应的区块链节点具有出块资格，同时，将步骤1的标识字符串step1、最新共识区块的公共字符串W6、共识轮数W7以及第一密码学凭证打包生成第一投票凭证；
步骤0-2)，对于区块链系统中的每个区块链节点，均采用以下方法，计算是否具有预投票资格：
步骤b1)，将步骤2的标识字符串step2、最新共识区块的公共字符串W6和共识轮数W7进行hash运算，得到字符串str1b；
步骤b2)，采用可验证随机函数，对字符串str1b、延迟时间W5和私钥进行计算，生成第二密码学凭证；其中，所述第二密码学凭证中包含随机字符串str2b；
步骤b3)，采用随机抽签方法，对所述密码学凭证中的随机字符串str2b、节点权重W3i、总权重W4和投票系数W2进行随机抽签运算，得到随机抽签结果；如果随机抽签结果为0，表示对应的区块链节点不具有预投票资格；否则，如果随机抽签结果为非0，表示对应的区块链节点具有预投票资格，，同时，将步骤2的标识字符串step2、最新共识区块的公共字符串W6、共识轮数W7以及第二密码学凭证打包生成第二投票凭证；
步骤0-3)，对于区块链系统中的每个区块链节点，均采用以下方法，计算是否具有确定投票资格：
步骤c1)，将步骤3的标识字符串step3、最新共识区块的公共字符串W6和共识轮数W7进行hash运算，得到字符串str1c；
步骤c2)，采用可验证随机函数，对字符串str1c、延迟时间W5和私钥进行计算，生成第三密码学凭证；其中，所述第三密码学凭证中包含随机字符串str2c；
步骤c3)，采用随机抽签方法，对所述密码学凭证中的随机字符串str2c、节点权重W3i、总权重W4和投票系数W2进行随机抽签运算，得到随机抽签结果；如果随机抽签结果为0，表示对应的区块链节点不具有确定投票资格；否则，如果随机抽签结果为非0，表示对应的区块链节点具有确定投票资格，，同时，将步骤3的标识字符串step3、最新共识区块的公共字符串W6、共识轮数W7以及第一密码学凭证打包生成第三投票凭证；
步骤0-4)，对于区块链系统中的每个区块链节点，均采用以下方法，计算是否具有异常情况投票资格：
步骤d1)，将步骤4的标识字符串step4、最新共识区块的公共字符串W6和共识轮数W7进行hash运算，得到字符串str1d；
步骤d2)，采用可验证随机函数，对字符串str1d、延迟时间W5和私钥进行计算，生成第四密码学凭证；其中，所述第四密码学凭证中包含随机字符串str2d；
步骤d3)，采用随机抽签方法，对所述密码学凭证中的随机字符串str2d、节点权重W3i、总权重W4和投票系数W2进行随机抽签运算，得到随机抽签结果；如果随机抽签结果为0，表示对应的区块链节点不具有异常情况投票资格；否则，如果随机抽签结果为非0，表示对应的区块链节点具有异常情况投票资格，同时，将步骤4的标识字符串step4、最新共识区块的公共字符串W6、共识轮数W7以及第四密码学凭证打包生成第四投票凭证；
步骤1，出块过程：
步骤1.1，启动计时器；
对于区块链系统中的每个区块链节点Pi，实时监测是否触发停止条件1或停止条件2，并执行对应的停止条件触发流程：
停止条件1：只要任意的区块链节点Pi接收到d0个确定投票区块消息，其中，确定投票区块消息均是对特定的区块Bmax2进行的确定投票；并且，d0大于投票系数W2的2/3；则区块链节点Pi停止当前轮的共识，并等待对应的区块Bmax2到达；
然后，区块链节点Pi判断超时前是否收到对应的区块Bmax2，如果收到，则区块链节点Pi以区块Bmax2作为最终共识到的区块，并记录在本地账本中，将共识到的区块添加到当前区块链的最后位置；然后，区块链节点Pi将区块Bmax2对应的d0个确定投票区块消息打包，得到共识包；然后将共识包在全网广播同步，以通知其他区域链节点，共识过程结束；如果没有收到，判断是否具有异常情况投票资格，如果不具有，则令共识轮数W7＝共识轮数W7+1，返回步骤0，进入下一轮重新共识过程；如果具有，将步骤d3得到的第四投票凭证以及FAULT字符串W9打包成第一错误投票消息，并在全网广播；然后令共识轮数W7＝共识轮数W7+1，返回步骤0，进入下一轮重新共识过程；
停止条件2：区块链节点Pi通过与其他区块链节点同步的方式直接接收到区块Bmax2和d0个对区块Bmax2的确定投票区块消息，并且，d0大于投票系数W2的2/3；则区块链节点Pi完成新的共识区块同步，将区块Bmax2作为最终共识到的区块，并记录在本地账本中，将共识到的区块Bmax2添加到当前区块链的最后位置，结束当前共识流程；
步骤1.2，对于区块链系统中的每个区块链节点Pi，如果区块链节点Pi不具有出块资格，则执行步骤1.4；如果区块链节点Pi具有出块资格，则执行步骤1.3；
步骤1.3，如果共识轮数W7等于1，或者，区块链节点Pi收到来自于上一轮的第一错误投票消息的数量超过投票系数W2的2/3：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建鑫，付正，陈冬，曾凡华，
申请(专利权)人：新晨科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11