一种区块链共识系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术属于区块链技术领域，公开了一种区块链共识系统及其控制方法，PoPB共识机制使用计划行为理论对去中心化环境下个体参与共识的决策过程进行建模，分析主观意愿、社会信用和工作汇报因素对决策行为的影响；利用统计概率模型对参与共识机制群体数量进行估计，实现对参与共识的群体规模的可控；构建去中心化和可信程度衡量指标体系，实现两个指标可调谐的信用门限设置与参与共识群体规模的优化控制；提出动态授权组机制，强化共识机制的动态适应性。PoPB共识机制通过引入信用阈值确定算法和动态授权者组机制，实现去中心化和信用性的良好平衡，是具有良好的可靠性、去中心化性、可信性以及资源节约性的区块链共识机制。性以及资源节约性的区块链共识机制。

【技术实现步骤摘要】
一种区块链共识系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于区块链
，尤其涉及一种区块链共识系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]目前，区块链技术，又名分布式账本技术。区别于传统的中心化服务，区 块链在实现了在节点无需互相信任的分布式系统中，进行去中心化的点对点事 务，从而解决了传统的中心化系统中普遍存在的单点故障问题。在传统的去中 心化场景下，如果中心服务器发生了故障，那么整个系统都将受到极大的甚至 是毁灭性的打击。而区块链通过去中心化的技术让节点共同维护系统的运作， 即使部分节点出现故障，也不会影响整个系统的运行。除此之外，区块链还因 其特殊的数据结构，实现了不可篡改、可追溯的安全属性。区块链本质上是一 条由哈希值链接在一起的链表。每一个当前的区块都引用了上一个区块的区块 头的哈希值。这种设计使得整条区块链中任意一个地方发生了篡改都会被发现。
[0003]区块链中最具有代表性的应用是数字加密货币。一旦某个节点成功寻找到 这个随机数，其将被授权将生成的新区块添加到区块链中并获得奖励。这种使 节点承认新的区块合法的方式被称为区块链的共识机制。
[0004]如今已有的共识机制包括工作量证明、权益证明(Proof
‑
of
‑
stake，PoS)、 权威证明(Proof
‑
of
‑
authority，PoA)以及拜占庭共识算法(Practical byzantine faulttolerance，PBFT)等。PoW共识机制具有极高的去中心化程度和安全性，但是 也因浪费大量的计算资源和能源而被诟病。PoS提出了“权益”的概念，权益越 高被授权获得上传区块的机会越大。PoS一定程度上解决了PoW的高资源消耗 问题，但是却存在个别节点的权益过高导致的中心化问题。权威证明(PoA)则 通过选举出众多节点中的具有权威性的节点，由它来进行统一上传新的区块。 这种当时虽然极大地提高开了效率但是也严重损害了区块链的去中心化程度。 拜占庭容错共识算法(PBFT)虽然解决了异步环境下的拜占庭问题，但是由于 其性能较差，更常用于私有网络或者许可网络中，在公有网络环境中扩展性不 足。因此，亟需设计一种新的区块链共识系统及其控制方法。
[0005]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0006](1)现有PoW共识机制会浪费大量的计算资源和能源。
[0007](2)现有PoS存在个别节点的权益过高导致的中心化问题。
[0008](3)现有权威证明(PoA)严重损害了区块链的去中心化程度。
[0009](4)现有拜占庭容错共识算法(PBFT)由于其性能较差，更常用于私有 网络或者许可网络中，在公有网络环境中扩展性不足。
[0010]解决以上问题及缺陷的难度为：(1)对去中心化的区块链共识机制，从计 划行为理论的角度对个体行为建模；
[0011](2)基于计划行为理论模型，利用统计概率工具，提出区块链共识机制的 可控性，并给出控制理论与方法；
[0012](3)构建区块链共识机制的性能指标，给出性能指标平衡的共识机制参数 优化设
计理论与方法；
[0013](4)考虑共识机制的可靠性，设计基于动态授权组的共识机制实现方法。
[0014]解决以上问题及缺陷的意义为：
[0015]创新性地提出了区块链共识机制的数学建模与调控理论，给出了可以计算 的选去共识授权节点的门限，给出了可以计算的共识群体规模控制算法，给出 了共识性能平衡优化的共识优化设计，并通过动态授权组机制，实现了安全、 效率和可控的区块链共识机制。

技术实现思路

[0016]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种区块链共识系统及其控制方 法。记为基于计划行为理论的共识机制，即PoPB共识机制。
[0017]本专利技术是这样实现的，一种区块链共识系统的控制方法，包括：
[0018]使用计划行为理论(TPB)对去中心化环境下个体参与共识的决策过程进行 建模，获取主观意愿、社会信用和工作汇报三方面因素对决策行为的影响因素； 利用概率模型对参与共识机制群体数量进行估计，并利用可计算的信用门限， 对参与共识的群体规模进行控制；结合区块链共识机制构建去中心化和可信程 度衡量指标体系，进行两个指标可调谐的信用门限设置与参与共识群体规模的 优化控制；利用动态授权组机制强化共识机制的动态适应性
[0019]进一步，所述区块链共识系统的控制方法包括以下步骤：
[0020]步骤一，从区块链交易处理的角度提出PoPB共识过程；
[0021]步骤二，提出基于计划行为理论的共识过程建模；
[0022]步骤三，提出基于动态授权组的共识协议设计；
[0023]步骤四，提出PoPB的数据结构设计。
[0024]进一步，在步骤一中的PoPB共识过程包括：
[0025](1)交易提议：用户通过调用智能合约提出一项服务交易；在调用智能合 约处理完自己的业务后，用户签署交易并将其发送到区块链网络；
[0026](2)交易验证：收到交易的其他用户根据交易验证规则进行验证，包括验 证交易提出者的签名、账户余额、智能合约的规范化以及使用的交易费用；如 果用户成功验证该交易，则向其邻居节点广播该交易；否则，该交易将被丢弃；
[0027](3)区块生成：区块授权者将收集在区块链网络上广播的交易；如果一个 授权者轮流认证并生成一个区块，则将未被证实的交易打包成一个区块；授权 者组的修改和授权者的信用评分也将记录在区块中后，授权者签署新的区块并 将其广播到网络上；
[0028](4)区块验证：任何接受新区块的用户均可通过区块验证规则进行验证， 包括所涉及交易的有效性授权组的更新、授权者的信用评分和授权者的合法性； 如果用户成功地验证区块，将该区块连接到区块链账本并存储在本地；当大多 数的网络节点成功地验证区块后，交易的共识证明和新的区块即可完成。
[0029]进一步，在步骤二中的计划行为理论模型包括：
[0030]个体行为是刻意计划的结果，反映个体的行为意图，即个体以特定方式行 动的倾向；行为的态度A、主观规范S和感知行为控制P是决定行为意向的三 个主要因素，形成一个
线性组合模型，决定最终的个体行为，即：
[0031]B＝A+S+P；
[0032]其中，B代表对该行为的最终意向；
[0033]态度：态度表征加入区块链生态系统共识过程的个体意愿，指的是个体对 加入共识过程的有利、不利的评价；
[0034]主观规范：主观规范是一个社会因素，指的是执行或不执行加入共识过程 的行为的感知社会压力；
[0035]感知行为控制：指的是执行行为的可感知的难易程度，被认为反映过去的 经验以及预期的阻碍；在区块链中，对共识过程回报的期望和授权者竞争的难 度反映感知行为控制的因素。
[0036]进一步，在步骤二中基于计划行为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种区块链共识系统的控制方法，其特征在于，所述区块链共识系统的控制方法包括：使用计划行为理论对去中心化环境下个体参与共识的决策过程进行建模，获取主观意愿、社会信用和工作汇报三方面因素对决策行为的影响因素；利用概率模型对参与共识机制群体数量进行估计，并利用可计算的信用门限，对参与共识的群体规模进行控制；结合区块链共识机制构建去中心化和可信程度衡量指标体系，进行两个指标可调谐的信用门限设置与参与共识群体规模的优化控制；利用动态授权组机制强化共识机制的动态适应性。2.如权利要求1所述区块链共识系统的控制方法，其特征在于，所述区块链共识系统的控制方法包括以下步骤：步骤一，从区块链交易处理的角度提出PoPB共识过程；步骤二，提出基于计划行为理论的共识过程建模；步骤三，提出基于动态授权组的共识协议设计；步骤四，提出PoPB的数据结构设计。3.如权利要求2所述区块链共识系统的控制方法，其特征在于，在步骤一中的PoPB共识过程包括：(1)交易提议：用户通过调用智能合约提出一项服务交易；在调用智能合约处理完自己的业务后，用户签署交易并将其发送到区块链网络；(2)交易验证：收到交易的其他用户根据交易验证规则进行验证，包括验证交易提出者的签名、账户余额、智能合约的规范化以及使用的交易费用；如果用户成功验证该交易，则向其邻居节点广播该交易；否则，该交易将被丢弃；(3)区块生成：区块授权者将收集在区块链网络上广播的交易；如果一个授权者轮流认证并生成一个区块，则将未被证实的交易打包成一个区块；授权者组的修改和授权者的信用评分也将记录在区块中后，授权者签署新的区块并将其广播到网络上；(4)区块验证：任何接受新区块的用户均可通过区块验证规则进行验证，包括所涉及交易的有效性授权组的更新、授权者的信用评分和授权者的合法性；如果用户成功地验证区块，将该区块连接到区块链账本并存储在本地；当大多数的网络节点成功地验证区块后，交易的共识证明和新的区块即可完成。4.如权利要求2所述区块链共识系统的控制方法，其特征在于，在步骤二中的计划行为理论模型包括：个体行为是刻意计划的结果，反映个体的行为意图，即个体以特定方式行动的倾向；行为的态度A、主观规范S和感知行为控制P是决定行为意向的三个主要因素，形成一个线性组合模型，决定最终的个体行为，即：B＝A+S+P；其中，B代表对该行为的最终意向；态度：态度表征加入区块链生态系统共识过程的个体意愿，指的是个体对加入共识过程的有利、不利的评价；主观规范：主观规范是一个社会因素，指的是执行或不执行加入共识过程的行为的感知社会压力；感知行为控制：指的是执行行为的可感知的难易程度，被认为反映过去的经验以及预
期的阻碍；在区块链中，对共识过程回报的期望和授权者竞争的难度反映感知行为控制的因素。5.如权利要求2所述区块链共识系统的控制方法，其特征在于，在步骤二中基于计划行为理论的共识过程建模包括：基于计划行为的共识过程建模包括两个子模型：信用模型和基于计划行为的共识调控模型；信用模型被设计用于对区块链网络中的用户进行信誉度评估；基于计划行为的共识调控模型用于确立信用子模型所需的信用阈值；(1)信用模型：在区块链网络中，每一个个体都用地址来唯一标志，表示为address标签；每当个体进行交易后，协议会给出它此次交易的评价；在一个区块生成周期内，区块会搜集个体在此期间所有的交易，并且根据交易中的评价总结该区块中的个体信誉；用表示个体address在区块高度为height的块中记录的信誉值；个体在进行交易后的评价由与它进行交易的个体给出，用c
address
表示，若评价为正，则c
address
＝C
+
；若为负，则c
address
＝C
‑
；若评价不具备参考性，则c
address
＝C0；在一个区块中，个体address的个体信誉表示为其中M表示区块中交易的数量；对个体address的总的信用评价表示为最近K个区块中的信誉值之和，其中current height表示当前最高的区块高度；通过大小为K的滑动窗口计算信用评价确保协议对个体的评价的全面性，拥有较高的信用评价的个体提交申请称为授权者，授权者通过生成区块而获得报酬；(2)基于计划行为的共识调控模型基于计划行为的共识调控模型用于控制授权者的生成；根据计划行为理论，定义个体i申请称为授权者的意愿为：b
i
＝a
i
+s
i
+p
i
；其中，a
i
表示态度，s
i
表示和C
i
相关的主观规范，p
i
表示感知行为控制；其中，β表示用于规范化的参数，N表示区块的个数，C
max
表示信用的最大值限制；其中，N
AG
表示协议设定的授权者总数；有意愿申请授权者的总人数表示为：协议为增加申请的容错率，允许N
CA
个申请者称为候选者，其中N
CA
≥A
NG
；则通过所需的N
CA
来调节信任阈值C
T
：当协议需要设置N
AG
个授权者时，计算出理论上会参与申请的个体数量N
AP
；根据N
CA
的不
同可以调整C
T
的不同，动态的设置申请的难度；授权者申请者的信用满足正态分布，评价为C
+
满足评价为C0满足评价为C
‑
满足则授权者候选资格的信用阈值C
T
从正态概率分布函数中确定，具体如下：其中，λ
sum
＝K(λ
+
c
+
+λ0C0+λ
‑
C
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：林飞龙，陈中育，齐嘉浩，王晓虎，马永进，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：