基于委员会的分片区块链交易同步共识方法技术

本发明专利技术公开了一种基于委员会的分片区块链交易同步共识方法，构建分片区块链网络，包括用户节点，分片节点和委员会节点，当用户发起交易时，由分片节点将交易打包为预构建区块并发送至委员会节点，委员会节点在接收到预构建区块后首先对进行第一阶段共识得到一阶段确认交易池，然后对于一阶段确认交易池中的跨分片交易进行第一阶段共识得到每个分片的确认交易池，然后构建每个分片网络的共识确认区域分发给对应的分片节点，分片节点对接收到的共识确认区块进行二阶段共识。本发明专利技术中交易在分片节点和委员会节点之间进行协同共识，提高了交易的处理效率。了交易的处理效率。了交易的处理效率。

【技术实现步骤摘要】
基于委员会的分片区块链交易同步共识方法


[0001]本专利技术属于区块链
，更为具体地讲，涉及一种基于委员会的分片区块链交易同步共识方法。

技术介绍

[0002]由于区块链网络中所有的节点都会存储一份完整的区块链账本，所以普通的区块链网络会占用很高的存储资源；为了提高安全性而采用的算力竞争出块权的共识方式也带来了极低的吞吐量。目前的区块链扩容方案都是朝着解决以上两个问题的方向进行的，最为典型扩容方案的就是分片技术，将区块链网络中的节点划分为不同的分片并行进行交易的验证和区块共识，但其中设计的难点就在于如何对网络中的节点进行随机分配、如何将交易平均划分给各分片、转账涉及到两个及以上分片的交易(跨分片交易)要如何处理、分片网络安全性问题、分片内和分片间共识机制等。
[0003]目前节点的分片ID划分一般采用可验证随机函数(VRF)来进行生成，交易的划分规则一般按照交易的哈希或者交易中的一些其他的随机字段来进行划分，而跨分片交易的处理就比较多样了，较为常见的处理方式是两阶段提交，由于分片区块链中大多数的交易都是跨分片交易，所以跨分片交易的处理效率就决定了分片区块链网络的性能好坏，两阶段提交的跨分片交易处理方法在很多现有工作中被广泛使用，但这种方法需要一个协调器来驱动两阶段提交，在一些工作中采用客户端节点来驱动两阶段提交，但由客户端驱动的这种方法缺乏安全性；另一些工作采用分片来驱动两阶段提交，但这种方法在分片间带来了极高的通信复杂度，交易的处理效率很低，需要进一步改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于委员会的分片区块链交易同步共识方法，交易在分片节点和委员会节点之间进行协同共识，提高了交易的处理效率。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术基于委员会的分片区块链交易同步共识方法包括以下步骤：
[0006]S1：构建分片区块链网络，包括用户节点，分片节点和委员会节点，其中：
[0007]用户节点用于面向用户，根据用户的实际交易需求生成并广播交易；
[0008]分片节点用于所属分片区域中交易的接收和验证、区块预构建、确认区块的共识和存储，每个分片区域中分片节点的数量根据实际需要确定；
[0009]委员会节点用于预构建区块的接收和验证、构建确认区块及返回确认区块，委员会节点的数量根据实际需要确定；
[0010]S2：分片节点在加入区块链时，向委员会节点发送入链请求进行注册，委员会节点在同意入链请求后向分片节点发送入链证明；委会员节点根据实际需要设置二进制地址空间的位数k，其中2
k
大于等于分片数量N，为每个分片分别生成一个k位二制码作为该分片的ID；分片节点在对所属分片区域中的用户节点分配钱包地址时，该将分片ID作为用户钱包
地址的一部分；
[0011]S3：当用户需要进行向其他用户转账时，用户节点根据目标用户的钱包地址构建一个UTXO交易，该交易中付款方钱包地址inAddr为发起交易用户的钱包地址，收款方钱包地址outAddr为目标用户的钱包地址；发起交易用户的用户节点将该交易广播至区块链网络中；
[0012]S4：分片节点接收到交易后，解析并判断交易是否与自身相关，判断方法如下：
[0013]分片节点从交易中提取出付款方钱包地址inAddr和收款方钱包地址outAddr，再分别从中提取得到付款方分片标识inID和收款方分片标识outID，如果付款方分片标识inID和收款方分片标识outID均和分片节点的ID不同，则与当前分片节点不相关，否则相关；
[0014]如果分片节点判定得到交易与自身不相关，则将将交易抛弃，如果相关，则分片节点将交易存入未确认交易池，具体方法为：如果交易的付款方分片标识inID和收款方分片标识outID均为当前分片节点的ID相同，则将该交易存入片内未确认交易池，否则将该交易存入跨分片未确认交易池；
[0015]S5：每个分片节点从片内未确认交易池和跨分片未确认交易池选取若干个交易并进行验证，将验证通过的交易打包为预构建区块并发送至委员会节点；
[0016]S6：委员会节点在接收到预构建区块后按照分片网络进行划分，记分片网络S
i
的各个预构建区块为PB
i,j
，i＝1,2,
…
,N，j＝1,2,
…
,M
i
，M
i
表示分片网络S
i
中分片节点数量；对分片网络S
i
的预构建区块PB
i,j
进行第一阶段共识，具体方法为：
[0017]统计每个交易在M
i
个预构建区块PB
i,j
中的出现频次，如果某个交易的出现频率小于(M
i
‑
1)/2，则该交易的第一阶段共识未通过，将该交易抛弃，否则该交易的第一阶段共识通过，将该交易放入分片网络S
i
的一阶段确认交易池PS
i
中；
[0018]S7：对于N个一阶段确认交易池PS
i
，委员会节点统计其中每个跨分片交易的出现频次，如果出现频率不等于2，则说明该交易的付款方分片和收款方分片未同时拾取到该跨分片交易，该跨分片交易的第一阶段共识未通过，将该交易抛弃，否则该跨分片交易的第一阶段共识通过；将跨分片交易进行第一阶段共识后各个分片的确认交易池记为FP
i
；
[0019]S8：将N个确认交易池FP
i
中的所有交易放入确认区块并计算一次区块Hash得到共识确认区块CB，然后将共识确认区块CB按照分片网络进行拆分，得到各个分片网络对应的共识确认区块CB
i
，并由各个委会员节点反馈给对应的分片节点；
[0020]S9：分片节点在从委员会节点接收到共识确认区块CB
i
后，判断所接收的相同共识确认区块CB
i
的数量是否大于预设阈值，如果是，则二阶段共识通过，将共识确认区块CB
i
加入区块链中执行并存储，否则二阶段共识未通过，本轮交易共识结束。
[0021]本专利技术基于委员会的分片区块链交易同步共识方法，构建分片区块链网络，包括用户节点，分片节点和委员会节点，当用户发起交易时，由分片节点将交易打包为预构建区块并发送至委员会节点，委员会节点在接收到预构建区块后首先对进行第一阶段共识得到一阶段确认交易池，然后对于一阶段确认交易池中的跨分片交易进行第一阶段共识得到每个分片的确认交易池，然后构建每个分片网络的共识确认区域分发给对应的分片节点，分片节点对接收到的共识确认区块进行二阶段共识。
[0022]本专利技术具有以下有益效果：
[0023]1)本专利技术中通过第一阶段共识，确保相同的跨分片交易在同一个共识周期里面被同步共识；
[0024]2)本专利技术中由委员会节点认证的跨分片交易可以直接上链，不需要额外的分片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于委员会的分片区块链交易同步共识方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：构建分片区块链网络，包括用户节点，分片节点和委员会节点，其中：用户节点用于面向用户，根据用户的实际交易需求生成并广播交易；分片节点用于所属分片区域中交易的接收和验证、区块预构建、确认区块的共识和存储，每个分片区域中分片节点的数量根据实际需要确定；委员会节点用于预构建区块的接收和验证、构建确认区块及返回确认区块，委员会节点的数量根据实际需要确定；S2：分片节点在加入区块链时，向委员会节点发送入链请求进行注册，委员会节点在同意入链请求后向分片节点发送入链证明；委会员节点根据实际需要设置二进制地址空间的位数k，其中2
k
大于等于分片数量N，为每个分片分别生成一个k位二制码作为该分片的ID；分片节点在对所属分片区域中的用户节点分配钱包地址时，该将分片ID作为用户钱包地址的一部分；S3：当用户需要进行向其他用户转账时，用户节点根据目标用户的钱包地址构建一个UTXO交易，该交易中付款方钱包地址inAddr为发起交易用户的钱包地址，收款方钱包地址outAddr为目标用户的钱包地址；发起交易用户的用户节点将该交易广播至区块链网络中；S4：分片节点接收到交易后，解析并判断交易是否与自身相关，判断方法如下：分片节点从交易中提取出付款方钱包地址inAddr和收款方钱包地址outAddr，再分别从中提取得到付款方分片标识inID和收款方分片标识outID，如果付款方分片标识inID和收款方分片标识outID均和分片节点的ID不同，则与当前分片节点不相关，否则相关；如果分片节点判定得到交易与自身不相关，则将交易抛弃，如果相关，则分片节点将交易存入未确认交易池，具体方法为：如果交易的付款方分片标识inID和收款方分片标识outID均为当前分片节点的ID相同，则将该交易存入片内未确认交易池，否则将该交易存入跨分片未确认交易池；S5：每个分片节点从片内未确认交易池和跨分片未确认交易池选取若干个交易并进行验证，将验证通过的交易打包为预构建区块并发送至委员会节点；S6：委员会节点在接收到预构建区块后按照分片网络进行划分，记分片网络S
i
的各个预构建区块为PB
i,j
，i＝1,2,
…
,N，j＝1,2,
…
,M
i
，M
i
表示分片网络S
i<...

【专利技术属性】
技术研发人员：余华键，许红星，吕家园，张林，杨羽昊，田羽凌，刘基旺，铁清元，雷鑫林，张炜祺，刘宇，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：