【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于区块链共识算法，具体的说是涉及一种面向大规模医药溯源的pbft优化方法。
技术介绍
1、近年来，医药安全问题不断增加。据世界卫生组织估计，全球大约有10%的药品是假药，一些发展中国家甚至高达30%。为了减少医药安全事故，监管和追溯医药生产流通信息变得至关重要。目前，一些医药供应链监管和追溯平台，如"阿里健康"，采用集中存储方式，利用条形码、rfid等技术将药品数据上传至中心数据库。消费者通过扫描药品包装上的追溯码，可以辨别药品真伪。然而，集中存储数据的方式存在风险，例如服务器或内存故障可能导致严重后果。另外，医药供应链的可追溯性要求快速准确地识别药品关键数据，涵盖从生产到销售的全过程，需要各个供应链参与者的合作。但由于供应链涉及众多主体，存在数据篡改和利益冲突的风险，这意味着医药供应链可追溯性中信息传递的真实性和效率无法得到保证。
2、区块链早在2008年由nakamoto提出，它是一种将区块按照一定顺序进行链接的链式数据结构，具有去中心化、不可篡改、可追溯等特性，这些特性增强了数据的可信性，促进了数据流通，提供了数据可追溯性。因此，区块链为医药追溯问题提供了新的途径，区块链可以用于改善医药供应链的追溯模式，可以为药品信息带来"可见、可控、可追溯"的特点。
3、近年来，区块链作为一种快速发展的新兴技术，在工业4.0中得到了大量的应用，比如车联网、物联网、数据存储、供应链、金融银行、医疗服务、智慧交通等领域。根据节点的接入机制以及不同的应用场景，区块链通常来说可以分为三类，分别是公有区块链、私
4、共识算法是区块链的核心，一个区块链系统性能的好坏很大程度上取决于它所设计的共识算法。共识算法可以确保在分布式系统中所有节点之间的数据一致性，从而保证系统的可靠性和安全性。在联盟链中，pbft被认为是最具前景的共识算法，pbft提高了原始bft算法的效率，将算法复杂度从指数级降低到多项式级，这对于医药溯源应用平台非常重要，使得在实际系统中具有可行性。
5、当然，pbft算法的缺点也是显而易见的，随着节点数的不断增加，整个网络的通信开销会迅速上升，尤其当系统中超过100个节点后性能退化极其显著，从而阻碍了区块链药品追溯系统的广泛采用。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种面向大规模医药溯源的pbft优化方法，该方法通过动态更新共识节点集合以及设计基于阈值签名方案的pbft优化共识协议，确保在共识节点众多的情况下维持良好的区块链网络性能，从而应对大规模场景下的医药追溯。
2、为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术是一种面向大规模医药溯源的pbft优化方法，首先，改进了 pbft 共识过程，将网状通信拓扑结构转化为线性拓扑结构，减少了节点间通信，将通信复杂度从降低到；其次，提出了基于信誉积分的激励机制，将所有节点分为共识集和普通集，根据节点共识行为进行奖励或惩罚，每一个共识周期后通过信誉积分对共识节点和普通节点进行升降级，提高了共识效率，增加了共识网络的动态性；最后，在优化的共识过程中引入了阈值签名技术，通过k-n重数字签名的方式加强抗攻击能力，提高了系统的安全性。
4、具体的，pbft优化方法包括如下步骤:
5、步骤1、dse-pbft算法初始化，设置超时时间，设置所有节点初始信誉积分；
6、步骤2、将所有节点分为共识集和普通集，并且初始化时所有节点的顺序都是随机的，其中所述共识集参与共识，所述普通集不参与共识但接受共识结果；
7、步骤3、从参与共识过程的所有节点中选择主节点向共识网络发起共识请求；
8、步骤4、dse-pbft算法节点间采用一对多的网络通信，经过预准备、准备、预提交、提交四个阶段实现全局共识，并在四阶段共识过程中使用阈值签名方案，实现全局共识，得出的共识结果；
9、步骤5、根据共识结果对每一个节点信誉积分值的进行更新，完成一次共识流程。
10、本专利技术的进一步改进在于：共识集和普通集的比例为1:1。
11、本专利技术的进一步改进在于：dse-pbft算法改进了pbft的共识流程，将pbft的网状通信拓扑结构变成线性通信拓扑结构，共识效率，具体的，所述dse-pbft算法包括如下步骤：
12、步骤1.1、请求阶段：客户端向主节点发送请求消息‹ request , o , t , c ›来请求执行操作，其中，表示请求的时间戳；
13、步骤1.2、预准备阶段：主节点收到请求消息后，为这个请求分配一个序列号，并向所有备份节点广播预准备消息‹‹pre-prepare ,v ,seq, d ›, m ›，其中，m为请求消息，d为消息m的摘要；
14、步骤1.3、准备阶段：备份节点收到预准备消息之后进行验证，验证成功后备份节点通过私钥对预准备消息加密得到，然后将准备消息‹ prepare, v, seq, d, i, ›发送给主节点，其中i表示共识节点的id，表示节点i对消息加密之后的签名；
15、步骤1.4、预提交阶段：主节点收到准备消息之后对消息本身以及阈值签名进行验证，验证成功后将其写入日志，如果主节点收到了２f个来自不同节点的验证成功的准备消息，则向所有备份节点广播提交消息‹pre-commit, v, seq, d, i, s ›，其中s代表将多个签名聚合之后的签名；
16、步骤1.5、提交阶段：备份节点，收到预提交消息之后对消息本身以及聚合签名进行验证，验证成功后备份节点将提交消息‹commit, v, seq, d, i, s›发送给主节点；
17、步骤1.6、答复阶段：如果主节点累计收到２f个验证成功的来自不同备份节点的提交消息，则执行请求的具体操作，并向客户端以及所有备份节点发送回复消息‹reply, v,c, i, r›，其中r表示执行请求操作的结果，客户端若收到f+1正确答复，则表示共识已经达成。
18、本专利技术的进一步改进在于：在所述步骤5中，每一轮共识结束后根据节点行为评分，每50个请求更新一次共识集和普通集，对评分较低的共识节点进行降级，评分较高的普通节点通过替换的方式被选为共识节点参与共识。
19、本专利技术的进一步改进在于：所述步骤5每一个节点信誉积分值的更新具体包括如下步骤：
20、步骤5.1、共识过程引入一个积分影响因子，积分影响因子用于评估节点在共识过程中的行为对信誉积分的影响，为后续信誉积分值的计算做铺垫，具体的，所述积分影响因子计算表示为：
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【技术保护点】
1.一种面向大规模医药溯源的PBFT优化方法，其特征在于：所述优化方法包括如下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种面向大规模医药溯源的PBFT优化方法，其特征在于：所述DSE-PBFT算法改进了PBFT的共识流程，将PBFT的网状通信拓扑结构变成线性通信拓扑结构，将通信复杂度从降低到，具体的，所述DSE-PBFT算法包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种面向大规模医药溯源的PBFT优化方法，其特征在于：在所述步骤5中，每一轮共识结束后根据节点行为评分，每50个请求更新一次共识集和普通集，对评分较低的共识节点进行降级，评分较高的普通节点通过替换的方式被选为共识节点参与共识，通过基于信誉积分的激励机制，提高了共识效率，增加了共识的动态性。
4.根据权利要求1所述的一种面向大规模医药溯源的PBFT优化方法，其特征在于：所述步骤5每一个节点信誉积分值的更新具体包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种面向大规模医药溯源的PBFT优化方法，其特征在于：在所述步骤4的共识过程中引入阈值签名方案，其中，阈值签名采用基于BLS签名的(k ,
6.根据权利要求5所述的一种面向大规模医药溯源的PBFT优化方法，其特征在于：所述步骤4.1密钥对生成函数具体包括如下步骤：
7.根据权利要求5所述的一种面向大规模医药溯源的PBFT优化方法，其特征在于：步骤4.2、计算聚合签名函数具体包括如下步骤：
8.根据权利要求5所述的一种面向大规模医药溯源的PBFT优化方法，其特征在于：步骤4.3中验证聚合签名的正确性需要验证公式（6）是否成立，若成立则验证通过，否则验证不通过，
...【技术特征摘要】
1.一种面向大规模医药溯源的pbft优化方法，其特征在于：所述优化方法包括如下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种面向大规模医药溯源的pbft优化方法，其特征在于：所述dse-pbft算法改进了pbft的共识流程，将pbft的网状通信拓扑结构变成线性通信拓扑结构，将通信复杂度从降低到，具体的，所述dse-pbft算法包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种面向大规模医药溯源的pbft优化方法，其特征在于：在所述步骤5中，每一轮共识结束后根据节点行为评分，每50个请求更新一次共识集和普通集，对评分较低的共识节点进行降级，评分较高的普通节点通过替换的方式被选为共识节点参与共识，通过基于信誉积分的激励机制，提高了共识效率，增加了共识的动态性。
4.根据权利要求1所述的一种面向大规模医药溯源的pbft优化方法，其特征在于：所述步骤5每一个节点信...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙雁飞，胡世豪，徐飞易，亓晋，孙莹，董振江，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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