【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及车联网和区块链共识，具体涉及一种基于车联网的云端区块链混合共识方法。
技术介绍
1、区块链是一种通过去中心化的方式处理事务的技术。区块链技术的核心是所有参与的节点共同维护整个区块链系统的正常运行，任何事务操作都需要节点之间达成共识才能被确认，并且一旦结果被添加到区块链中，就很难修改或删除，因此区块链具有去中心化、不可篡改和高安全性等特点，在车联网生态中被广泛应用于云端服务器。
2、共识机制作为区块链的底层核心机制之一，负责确保区块链系统中各节点能够对事务执行达成一致的共识，从而保证系统能够正常运行。当前的车联网生态中，通常使用以raft共识算法为代表的崩溃容错类共识算法，这类共识算法能够应对节点的突然崩溃或故障，在最多(n/2)-1(n为节点总量)个节点崩溃或故障的情况下保证系统的可用性，但无法防范节点作恶导致的恶意攻击，并且要求节点数量在系统运行时固定，无法动态调整节点数量。
3、随着车联网生态的逐渐普及，其多样化的应用场景决定了车联网的云端服务器不仅需要解决节点的崩溃或故障问题，也要及时处理节点的作恶问题，还需要根据实际情况动态调整系统内节点的数量，但现有的主流共识算法中没有一种能够同时有效解决以上问题。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提出一种基于车联网的云端区块链混合共识方法，具体技术方案如下：
2、步骤1：各节点初始化包含所有节点对应可靠指数和可信指数的节点列表。可靠指数和可信指数分别反映节点的稳定运行情况和
3、步骤2：节点之间通过可验证随机函数(verifiable random function，vrf)选举一个主节点，其余节点作为从节点。
4、步骤3：系统运行s-raft共识算法，由主节点处理事务请求，通过日志与所有从节点同步，并将日志通过区块链进行存储。每次事务请求和日志同步视为一轮共识流程。
5、步骤4：共识算法运行过程中，主节点通过定期向从节点发送“心跳”消息证明自己处于正常工作状态。超时未发送“心跳”消息的主节点被视为无法正常工作，由从节点发起新一轮选举，重新选举主节点。
6、步骤5：每个从节点收到主节点的“心跳”消息后，需要向主节点反馈自己的“心跳”消息以证明自己处于正常工作状态，超时未反馈“心跳”消息的从节点被视为无法正常工作。
7、步骤6：从节点接收主节点的同步日志前对日志内容审核，若发现主节点存在恶意行为，立即发起新一轮选举，并将当前主节点剔除系统。
8、步骤7：每轮共识流程中，若主节点的日志条目被超过半数的从节点同步，代表本轮共识成功，否则共识失败。若共识成功，主节点根据各节点在本轮共识流程中的表现调整可靠指数和可信指数，并将调整后的节点列表同步给所有从节点。若共识失败，系统触发恶意节点处理机制，进入恶意行为筛查阶段。
9、步骤8：进入恶意行为筛查阶段，系统暂停接受新的客户端请求，并由从节点审核主节点的日志。若发现主节点存在恶意行为，则立即发起选举，并将主节点剔除系统，继续运行s-raft共识算法。若未发现主节点存在恶意行为，视为从节点中存在恶意节点，系统触发视图切换机制，执行联审共识算法。
10、步骤9：运行联审共识算法时，系统恢复接受新的客户端请求，由主节点和可信指数最高的前30％从节点组成共识组继续运行s-raft共识算法处理事务请求；可信指数前30％～60％的节点组成审核组审核所有从节点的日志，并将其中的恶意节点剔出系统；审核组和可信指数较低的其余节点只同步日志，不参与共识。
11、步骤10：所有节点审核完毕后，恶意节点已从系统中剔出，系统触发视图切换机制，切换回s-raft共识算法，主节点不变，其余节点全部转变为从节点。
12、步骤11：新节点或已剔除并修复的恶意节点可在获取准入许可后，通过在运行s-raft共识算法期间获得超过半数节点验证认可并与其建立连接的方式加入系统。
13、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
14、1)本专利技术提出了一种基于可靠指数的节点稳定性评估方法，确保崩溃可能性较小的节点有更大的概率成为主节点，降低了主节点崩溃和频繁选举的可能性。与传统raft共识算法相比，提高了系统的运行效率和稳定性。
15、2)本专利技术提出了一种基于可信指数的节点安全性评估方法和s-raft共识算法，针对raft共识算法进行优化，使其同时具备崩溃容错能力和恶意攻击容错能力。与传统raft共识算法相比，提高了系统的安全性。
16、3)本专利技术提出了一种视图切换机制和联审共识算法，可在兼顾系统稳定运行的同时，全面审查系统中的恶意节点，并将恶意节点剔出系统，保证系统安全。
17、4)本专利技术提出了一种节点动态加入和退出机制，在系统运行过程中，节点可有条件的加入和退出，系统无需重新启动，能够满足现实应用场景需求。
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1.一种基于车联网的云端区块链混合共识方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所诉的一种基于车联网的云端区块链混合共识方法，其特征在于，所诉步骤1，可靠指数的计算公式如下：
3.根据权利要求1所诉的一种基于车联网的云端区块链混合共识方法，其特征在于，所诉步骤2，通过VRF选举主节点的具体实现过程如下：每个节点通过VRF生成一个随机数r；每个节点将生成的r发送给其余节点并接收其余节点发送的r；每个节点将生成的r与接收的r进行数值对比，若接收的r值更大，向其余节点发送消息宣布放弃竞选，若生成的r值更大，则继续参加选举；最终r值最大的节点成为主节点，其余节点作为从节点。主节点选举成功后，公开接收到的各节点的随机数r，其余节点通过VRF验证结果是否可信。
4.根据权利要求1所诉的一种基于车联网的云端区块链混合共识方法，其特征在于，所诉步骤3，事务处理的具体实现过程如下：客户端将事务请求直接发送至主节点，或由从节点收到后转发至主节点；主节点将事务请求作为日志中的一条新条目，发送给所有从节点；从节点收到新条目后进行一致性检查，若检查无误则添加至
5.根据权利要求1所诉的一种基于车联网的云端区块链混合共识方法，其特征在于，所诉步骤4，选举过程中，系统会暂停处理客户端请求和共识状态，以避免选举期间出现数据不一致的情况。选举结束后，新的主节点根据自己的日志重新发送相应的请求并恢复之前暂停的客户端请求和共识状态。
6.根据权利要求1所诉的一种基于车联网的云端区块链混合共识方法，其特征在于，所诉步骤4，选举的具体实现过程如下：从节点向其余节点发起选举请求，超过半数节点同意并回复则代表成功发起选举，否则发起选举失败；若成功发起选举，所有节点将身份切换为候选人，候选人之间互相发送投票请求，并等待其他节点投票；接收到投票请求的节点比较自己和发送节点的可靠指数，若发送节点的可靠指数比自己高，则退出选举，并为发送节点投票，若发送节点的可靠指数比自己低，则继续选举；最先获得超过半数节点投票的候选人成为主节点。主节点一经确定，立即向其余节点发送“心跳”信息，其余节点将身份切换为从节点，选举结束。
7.根据权利要求1所诉的一种基于车联网的云端区块链混合共识方法，其特征在于，所诉步骤6，从节点审核日志的具体实现过程如下：若主节点受到网络攻击转变为恶意节点，必定会尝试篡改、伪造或删除日志，并向从节点发送日志要求强制同步。从节点在同步日志前，将主节点日志内容按照时间戳和事务结果进行核对，若发现主节点存在作恶行为则立即向其余节点发起选举请求，若其余节点也认定主节点存在作恶行为则同意选举请求，超过半数节点同意并回复则代表成功发起选举。
8.根据权利要求1所诉的一种基于车联网的云端区块链混合共识方法，其特征在于，所诉步骤6，剔除恶意节点的具体实现过程如下：发起节点向其余节点发送恶意节点剔除请求；各节点对请求内容有效性进行验证，验证通过后转发给其余节点；每个节点收到超过半数来自不同节点的有效剔除消息后断开与恶意节点的连接，并将其从本地的节点列表中删除。
9.根据权利要求1所诉的一种基于车联网的云端区块链混合共识方法，其特征在于，所诉步骤9，审核节点日志的具体实现过程如下：
10.根据权利要求1所诉的一种基于车联网的云端区块链混合共识方法，其特征在于，所诉步骤11，新节点加入的具体实现流程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于车联网的云端区块链混合共识方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所诉的一种基于车联网的云端区块链混合共识方法，其特征在于，所诉步骤1，可靠指数的计算公式如下：
3.根据权利要求1所诉的一种基于车联网的云端区块链混合共识方法，其特征在于，所诉步骤2，通过vrf选举主节点的具体实现过程如下：每个节点通过vrf生成一个随机数r；每个节点将生成的r发送给其余节点并接收其余节点发送的r；每个节点将生成的r与接收的r进行数值对比，若接收的r值更大，向其余节点发送消息宣布放弃竞选，若生成的r值更大，则继续参加选举；最终r值最大的节点成为主节点，其余节点作为从节点。主节点选举成功后，公开接收到的各节点的随机数r，其余节点通过vrf验证结果是否可信。
4.根据权利要求1所诉的一种基于车联网的云端区块链混合共识方法，其特征在于，所诉步骤3，事务处理的具体实现过程如下：客户端将事务请求直接发送至主节点，或由从节点收到后转发至主节点；主节点将事务请求作为日志中的一条新条目，发送给所有从节点；从节点收到新条目后进行一致性检查，若检查无误则添加至本地日志中，并向主节点回复消息；当收到超过半数的从节点回复消息后，主节点处理条目对应的事务请求，并将该条目添加至区块链中，添加至区块链的条目将无法被删除或修改。
5.根据权利要求1所诉的一种基于车联网的云端区块链混合共识方法，其特征在于，所诉步骤4，选举过程中，系统会暂停处理客户端请求和共识状态，以避免选举期间出现数据不一致的情况。选举结束后，新的主节点根据自己的日志重新发送相应的请求并恢复之前暂停的客户端请求和共识状态。
6.根据权利要求1所诉的一种基于车联网的云端区块链混合共识方法，其特征在于，所诉步骤4，选...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈乔松，耿梓源，朴昌浩，胡杰，尹忠钰，张星宇，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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