基于多领导者拜占庭容错共识的高鲁棒性交易打包方法技术

本发明专利技术公开了基于多领导者拜占庭容错共识的高鲁棒性交易打包方法，属于区块链技术领域；本发明专利技术包括以下内容：

【技术实现步骤摘要】
基于多领导者拜占庭容错共识的高鲁棒性交易打包方法


[0001]本专利技术涉及区块链
，具体为基于多领导者拜占庭容错共识的高鲁棒性交易打包方法
。

技术介绍

[0002]区块链被描述为一个使用非对称加密算法和哈希函数的数据结构，以确保数据不可能被篡改和伪造
。
区块链中的数据块代表了用户之间按时间顺序的转移交易
。
在加密货币中，区块链是一个去中心化的分布式账本，能够在不涉及任何中心角色或第三方的情况下实现端到端的数字资产自由转移
。
由于其基本特征，如去中心化
、
防篡改和可追溯性，区块链也可以作为一个分布式网络协议，使不同的参与者之间建立起信任关系，而他们并不认识对方
。
经过十多年的发展，区块链技术不仅被应用于加密货币领域，也越来越多地被应用于其他领域，如物联网
、
医疗和教育等
。
提供区块链技术可以应用的各种场景，目前的研究重点是设计更有效和安全的区块链系统
。
[0003]BFT
协议作为可以容忍状态机复制系统部分节点作恶行为的协议，被应用于区块链系统
。
对区块链系统性能提升的需求，导致了近年来人们对拜占庭容错协议的广泛研究
。
研究者们从降低共识消息的通信复杂度的角度出发，产生了一些工作，这些工作都致力于降低基于单个领导者的
BFT
协议的消息复杂度，但是受限于单个领导者的局限，使得领导者成为系统的处理瓶颈<br/>。
因此，另外一些研究进行了设计多
leader
并行的
BFT
协议的尝试，它们允许一个领导者集合独立且并行的提出交易集合，将负载分担到多个领导者上，展现了强大的性能和可扩展性
。
单领导到多领导的转变带来了交易重复的挑战，同一个交易可能会被多个领导者打包
。
这些重复打包行为会造成存储
、
带宽
、CPU
等资源的浪费，在最差的情况下可能会产生单个请求
O(n)
的重复，从而失去使用多领导者的优势
。
[0004]一些多领导者并行出块的共识相关工作例如
honeybadger,Dumbo,VABA,BEAT,Red Belly
等，并不对交易的打包策略提出严格约束，而仅仅让每个领导者从等待的交易列表中随机的取出交易来得到几乎不相交的交易集合
。
事实上，在系统交易不是深度饱和的情况下，这依然会有大量重复交易
。
[0005]MIR
‑
BFT,ISS,ALDER
等工作使用了一种基于散列的交易去重技术，它的基本思想是将交易根据散列值划分为不相交的交易集合，称之为桶
。
每个领导者负责一部分桶
(
一个或者多个
)
，并且保证没有一个桶同时被多个领导者负责
。
这个技术虽然消除了交易的重复，但是正如
Red Belly
的作者所言，它线性的增加了交易的延迟，领导者作恶难度低
。
[0006]分布式完美随机硬币可以在分布式的系统中获得不可预测的全局统一的随机信息，可以被用于异步的共识系统来非确定性的推进共识
。
它可以从自适应的安全阈值签名方案中构建，可以在完全异步的情况下进行密钥设置
。
[0007]基于上述内容，本专利技术提出基于多领导者拜占庭容错共识的高鲁棒性交易打包方法以解决上述问题
。

技术实现思路

[0008]1、
本专利技术要解决的技术问题
[0009]本专利技术的目的在于提出基于多领导者拜占庭容错共识的高鲁棒性交易打包方法以解决
技术介绍
中所提出的问题，本专利技术基于多领导者的
BFT
共识协议设计了高效的高鲁棒性交易打包协议，使得只有少量的交易被重复打包，减少了资源浪费，并大幅提升了共识系统在领导者作恶情况下的鲁棒性，减少了由于节点作恶导致的提交时延
。
[0010]2、
技术方案
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0012]基于多领导者拜占庭容错共识的高鲁棒性交易打包方法，基于
Tusk
共识协议进行设计，在
Tusk
共识协议中增加打包策略控制模块来控制领导者的交易打包行为，具体实现方法如下：
[0013]S1、
交易划分设计：根据交易的哈希值将空间划分为若干个桶，桶的数量与已知的领导者相同；将客户端生成的每笔交易根据哈希值分配到一个桶中；
[0014]S2、
领导者打包策略设计：包括环重构设计和协作机制设计，基于
S1
所述内容，构造一个领导者
‑
桶相间的环，每个领导者对自己在环上相邻的两个桶具有打包权限，每个桶被相邻的两个领导者控制；
[0015]S3、
区块验证设计：节点接受消息后检测对应节点是否按照指定规则进行交易的打包行为，是则进行正常共识，否则将其作为作恶证据检举
。
[0016]优选地，假设领导者和桶的个数为
n
，领导和桶的编号都是
{1,2,
…
n}
，
S2
中所述环重构设计具体包括如下内容：
[0017]A1、
设置一个长度为
n
的排列
p
＝
{1,2,
…
,n}
，每次需要重构策略环的时候令
p
循环右移；
[0018]A2、
设置一个长度为
n
的排列
q
＝
{1,2,
…
,n}
，通过分布式完美随机硬币对
q
进行随机排列；
[0019]A3、
对于编号为
i
的领导者，将领导者
i
和编号为
p[i]，
q[i]的桶连边，形成若干个多元环；所述连边操作采用并查集进行；
[0020]A4、
遍历所有领导者，判断是否和1号领导者在同一个环，如果领导者
i
和1号领导者不在同一个环，从1号领导者所在的环随机选择一个领导者
x
，从
i
号领导者所在的环随机选择一个领导者
y
，交换
q[x]和
q[y]的值，并用并查集合并两个环；
[0021]A5、
遍历完成后，重新让领导者
i
和编号为
p[i],q[i]的桶连边，可得到一个连通所有领导者和桶的环
。
[0022]优选地，
S2
中所述协作机制设计具体包括如下内容：
[0023]B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于多领导者拜占庭容错共识的高鲁棒性交易打包方法，其特征在于，基于
Tusk
共识协议进行设计，在
Tusk
共识协议中增加打包策略控制模块来控制领导者的交易打包行为，具体实现方法如下：
S1、
交易划分设计：根据交易的哈希值将空间划分为若干个桶，桶的数量与已知的领导者相同；将客户端生成的每笔交易根据哈希值分配到一个桶中；
S2、
领导者打包策略设计：包括环重构设计和协作机制设计，基于
S1
所述内容，构造一个领导者
‑
桶相间的环，每个领导者对自己在环上相邻的两个桶具有打包权限，每个桶被相邻的两个领导者控制；
S3、
区块验证设计：节点接受消息后检测对应节点是否按照指定规则进行交易的打包行为，是则进行正常共识，否则将其作为作恶证据检举
。2.
根据权利要求1所述的基于多领导者拜占庭容错共识的高鲁棒性交易打包方法，其特征在于，假设领导者和桶的个数为
n
，领导和桶的编号都是
{1,2,
…
n}
，
S2
中所述环重构设计具体包括如下内容：
A1、
设置一个长度为
n
的排列
p
＝
{1,2,
…
,n}
，每次需要重构策略环的时候令
p
循环右移；
A2、
设置一个长度为
n
的排列
q
＝
{1,2,
…
,n}
，通过分布式完美随机硬币对
q
进行随机排列；
A3、
对于编号为
i
的领导者，将领导者
i
和编号为
p[i]
，
q[i]
的桶连边，形成若干个多元环；所述连边操作采用并查集进行；
A4、
遍历所有领导者，判断是否和1号领导者在同一个环，如果领导者
i
和1号领导者不在同一个环，从1号领导者所在的环随机选择一个领导者
x
，从

【专利技术属性】
技术研发人员：程才，王文斌，曲雯毓，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：