一种基于分片的异步动态共识方法技术

本发明专利技术公开了一种基于分片的异步动态共识方法，包括如下步骤：1)引导选举节点产生分片委员会，并进入第一个时代；2)委员会内部形成共识，跨分片交易处理区块，并在委员会间形成路由协议；3)委员会重构进而解决节点存储空间问题。本发明专利技术提供的用于面向低轨卫星的分片异步动态共识算，具有如下优点：1.首先它在很多方面为状态分片系统提供了创新的思路，它的这设计思路和系统架构有很大的参考价值。例如跨分片交易的处理方式、分片接路由协议、委员会重构方案、每个时代多轮次协议等；2.对各方面性能都有着显著的提升，把系统可容忍恶意节点比例提高到1/3，吞吐量提高到高达7380tps，交易确认延迟降低到秒级，系统健壮性显著提升。升。升。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分片的异步动态共识方法


[0001]本专利技术属于电子信息安全领域，具体涉及一种基于分片的异步动态共识方法。

技术介绍

[0002]在一个分布式网络中，保证分布式一致性(所有节点对同一份提案或者数据达成共识)是最核心最重要的问题。由于分布式网络中拥有众多节点，网络中不可避免的通信延迟，节点可能出现宕机、故障、失效等等复杂情况。
[0003]区块链为解决分布式系统的一致性问题提供了较好的思路，但是传统区块链系统存在低吞吐量，低拓展性，高延迟，低存储性能，女巫攻击的问题，难以满足高安全性和高可扩展性的要求。而分片是目前可用于平衡效率，安全性，可扩展性的最佳方案。业界也存在一些使用分片技术的方案，现有的基于分片的区块链协议仍然需要每次交易的线性通信量(参与者数量)，因此，只能部分实现分片的潜在好处。
[0004]所以，如何设计出一种大规模应用场景下高效的分片动态共识方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术克服现有技术的不足，提供了一种基于分片的异步动态共识方法。
[0006]本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：
[0007]S1、引导选举节点产生分片委员会，并进入第一个时代；
[0008]S2、委员会内部形成共识，跨分片交易处理区块，并在委员会间形成路由协议；
[0009]S3、委员会重构,解决节点存储空间问题。
[0010]优选的，S1中，选举节点组成根小组的方法包括：
[0011]S101、每个初始的参与节点在本地使用硬编码参数和随机种子创建一个随机二分图G(L，R)，其中L为节点，R为组；R中的每一个节点的邻居们均从L中随机独立且均匀选择出来，从level 0变到了level 1，形成初始组；
[0012]S102、初始组内部通过运行分布式随机数生成算法，生成一个随机字符串s，每个节点把s和子集的ID进行一次哈希运算，哈希值落在某个区间内的节点，广播宣称子集是被选中的节点，小组内的其他节点都对身份ID和字符串s进行签名，证明这些节点是被选中的节点；这些选中的节点把自己的身份，包含证明广播到整个网络中；
[0013]S103、这些被选中的节点组成根小组；
[0014]S104、根小组负责选择参考委员会成员，参考委员会将所有节点的集合随机划分为各个分片委员会，随后进入第一个时代。
[0015]优选的，步骤2中，委员会内部形成共识的方法包括：
[0016]S201、在形成共识的每个轮次中，每个委员会使用时代随机源选出一个领导者；
[0017]S202、领导者收集来自客户端的交易并打包成区块Bi；
[0018]S203、领导者使用IDA
‑
Gossip协议将区块Bi广播，并创建一个包含merkle tree和
轮次数的区块头Hi；
[0019]S204、委员会成员针对区块头Hi启动共识协议。
[0020]更优的，S204中，领导者为区块头Hi加上一个propose标签，并通过网络广播Hi；各个节点收到区块头Hi后，每个节点对收到的区块头Hi进行回应，并为Hi加上一个回应标签，通过网络广播出去。
[0021]更优的，若节点收到了不同版本的区块头，此时表示领导者是恶意的，节点通过广播一个待定标签拒绝这个区块；反之，若节点只收到一个区块头Hi，并且收到了多于mf+1个回应标签，表示所有委员会对区块Bi达成了共识；一旦委员会之间达成了共识，每个收到至少mf+1个回应标签的节点再次广播这个区块头，并加上一个接收标签和一个内容为节点被选中的证明。
[0022]更优的，对于不同委员会之间的消息，每一个发送者只发送给他所知道的目标委员会的节点，收到消息的节点通过所述IDA
‑
gossip协议发送给所在委员会的其他成员；对于客户端用户，只需将交易提交给任意一个委员会，收到交易的委员会将通过Kademlia路由协议把交易转发给目标委员会。
[0023]优选的，S3中，基于布谷鸟原则，参考委员会把委员会分成两类，分别是活跃成员占大多数的活跃委员会，和不活跃成员占大多数的消极委员会；当新节点加入时，参考委员会把节点随机加入到任意一个活跃委员会中，并把该委员会中的固定数量节点随机加入到不同的消极委员会中，完成重构。
[0024]优选的，S3中，基于状态分片的思想，把存储空间降低到原来的1/k，k是分片的数量，大幅地降低各个分片地存储空间消耗。
[0025]本专利技术提供的用于面向低轨卫星的分片异步动态共识算，具有如下优点：
[0026]1.首先它在很多方面为状态分片系统提供了创新的思路，它的这设计思路和系统架构有很大的参考价值。例如跨分片交易的处理方式、分片接路由协议、委员会重构方案、每个时代多轮次协议等；
[0027]2.对各方面性能都有着显著的提升，把系统可容忍恶意节点比例提高到1/3，吞吐量提高到7380tps，交易确认延迟降低到秒级，系统健壮性显著提升。
[0028]3.包含一种基于布谷鸟原则的委员会访问控制方案，既能把新节点随机加入到委员会中，同时也可以抵抗自适应对手的分区攻击。
附图说明
[0029]利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0030]图1是本专利技术一种基于分片的异步动态共识方法的流程图；
[0031]图2是本专利技术在快链系统中主要包含三个重要阶段示意图；
[0032]图3是本专利技术在快链中使用了时代概念的三个阶段的示意图；
[0033]图4是本专利技术选举节点组成根小组的流程图；
[0034]图5是本专利技术委员会成员针对区块头Hi达成共识的三个步骤示意图；
[0035]图6是本专利技术的有限布谷鸟原则分类图示；
[0036]图7委是本专利技术员间消息转发过程示意图。
具体实施方式
[0037]以下结合具体实施例对一种基于分片的异步动态共识方法作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本专利技术不限定于这些实施例中。
[0038]如图1所示，一种基于分片的异步动态共识方法，包括：
[0039]S1、引导选举节点产生分片委员会，并进入第一个时代；
[0040]S2、委员会内部形成共识，跨分片交易处理区块，并在委员会间形成路由协议；
[0041]S3、委员会重构,解决节点存储空间问题。
[0042]如图2所示，Bootstrapping阶段只会在在快链系统开始时运行一次，这个阶段是为了创建一个初始随机源，并随机选出一个特殊的委员会，叫做参考委员会。再由这个参考委员会的成员对节点进行随机分配，构成一个个分片委员会。
[0043]优选的，如图3所示，S1中，选举节点组成根小组的方法包括：
[0044]S101、每个初始的参与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分片的异步动态共识方法，其特征在于，包括：S1、引导选举节点产生分片委员会，并进入第一个时代；S2、每个委员会内部形成共识，跨分片交易处理区块，并在不同委员会之间形成路由协议；S3、所有委员会重构,解决节点存储空间问题。2.根据权利要求1所述的一种基于分片的异步动态共识方法，其特征在于，所述S1中，选举节点组成根小组的方法包括：S101、每个初始的参与节点在本地使用硬编码参数和随机种子创建一个随机二分图G(L，R)，其中L为节点，R为组；R中的每一个节点的邻居们均从L中随机独立且均匀选择出来，从level 0变到了level 1，形成初始组；S102、初始组内部通过运行分布式随机数生成算法，生成一个随机字符串s，每个节点把s和子集的ID进行一次哈希运算，哈希值落在某个区间内的节点，广播宣称子集是被选中的节点，小组内的其他节点都对身份ID和字符串s进行签名，证明这些节点是被选中的节点；这些选中的节点把自己的身份，包含证明广播到整个网络中；S103、这些被选中的节点组成根小组；S104、根小组负责选择参考委员会成员，参考委员会将所有节点的集合随机划分为各个分片委员会，随后进入第一个时代。3.根据权利要求1所述的一种基于分片的异步动态共识方法，其特征在于，所述步骤2中，委员会内部形成共识的方法包括：S201、在形成共识的每个轮次中，每个委员会使用时代随机源选出一个领导者；S202、领导者收集来自客户端的交易并打包成区块Bi；S203、领导者使用IDA
‑
Gossip协议将区块Bi广播，并创建一个包含merkle tree和轮次数的区块头Hi；S204、委员会成员针对区块头Hi启动共识协议。4.根据权利要求3所述的一种基于分片的异步动态共识...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈祺，李进，李兴宇，叶顺良，陈畅，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：