【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于分布式网络通信和物联网领域，特别是指一种面向物联网的联盟链共识协议优化方法。
技术介绍
1、物联网技术的迅猛发展正深刻影响着人类社会的产业形态和结构，物联网应用广泛，在物流管理、医疗健康和智能家居等领域都取得了巨大成就。
2、物联网技术在不断发展的同时，海量设备的接入会产生大量的隐私数据，与此同时，物联网受限的设备计算能力、动态异构的网络环境给物联网数据管理的安全可靠性带来了挑战，区块链的特性正好能弥补物联网安全性的核心缺陷，被认为是未来物联网技术发展的重要方向。
3、区块链本质上是一个大规模的分布式系统，但区别于传统分布式系统只关注工程项目是否存在节点故障，区块链技术是为了解决社会各领域所涉及的交易信任问题，还需要考虑可能存在的节点的恶意攻击行为，所以区块链环境下采用的一致性共识算法都具备一定的拜占庭容错能力。
4、实用拜占庭容错(practical byzantine fault tolerance,pbft)是一种强一致性共识算法，具有响应速度快、高安全和高活性等优势，被广泛运用于联盟链中，但该算法也存在诸多不足，主要表现在：
5、(1)主节点选取上较随机，一旦主节点出错，共识时延会迅速增加，影响共识的效率；
6、(2)当分布式系统扩大时，交互数据量会随着节点数增多而急剧增加；
7、(3)动态调节性较差，节点无法动态的接入和退出共识网络。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提出一种面
2、本专利技术采用如下技术方案：
3、一种面向物联网的联盟链共识协议优化方法，包括：构建基于物联网终端节点信任度的信用证明机制，引入信用积分衡量终端节点的可靠性，并进一步划分节点类型，实现了节点的动态调节；优化视图轮换协议，引入了基于信用权重的物联网网关选举制度，保证主节点的可靠性；在原实用拜占庭容错pbft的共识流程基础上，提出一种基于信用证明机制的改进拜占庭容错共识算法，通过删除确认阶段节省通信开销，同时引入数据验证与同步流程，保证发生视图变更后各节点仍能保持一致性；具体如下：
4、步骤1，主节点接收客户端提交的数据同步请求，并将其广播到从节点；
5、步骤2，从节点接收主节点的广播消息，执行优化的一致性协议交互流程；
6、步骤3，共识节点完成一致性协议流程后，将共识结果广播到候选节点和普通节点，完成区块同步；
7、步骤4，根据上一轮共识流程中各节点的行为更新节点的信任度，剔除作恶节点并按照积分排序轮换更替共识节点和候选节点；
8、步骤5，若共识过程出现主节点宕机或作恶的情况，提前终止本轮共识，更新节点信任度并完成共识节点轮换；
9、步骤6，执行基于信用权重的主节点选举方法，完成视图切换；
10、步骤7，选举得到的新主节点将发起数据验证同步请求，确保新视图状态下各节点仍能保持一致性。
11、优选的，所述步骤2，具体包括：
12、步骤2.1)提议阶段：主节点接收客户端发送的请求消息，对请求编号后生成proposal消息，消息格式为<<proposal,v,n,s,p>,m>；其中v是视图编号，n是消息编号，p是消息发送方的公钥，m和s分别是消息的内容和签名；主节点向所有共识节点广播proposal消息；
13、步骤2.2)一致性阶段：共识节点接收proposal消息，验证主节点消息签名的正确性，并检查s和m的摘要是否一致；若消息验证通过，节点进入一致性阶段，生成consistency消息并广播到其他共识节点，同时也将proposal消息和consistency消息写进本地日志文件，消息格式为<consistency,v,n,s,i>，i是节点自身编号；同时，该节点会接收其他节点的consistency消息，并与本地日志进行对比检查，检查内容主要包括视图编号、消息编号和签名；设f为最大可容忍的错误节点数，当收到2f+1条与本地日志一致的consistency消息后，节点进入同步步骤；
14、步骤2.3)同步阶段：当共识节点完成一致性验证后将进入同步阶段，此时共识节点会生成sync消息并发送给所有的候选节点和普通节点，消息格式为<<sync,v,n,s,i>,m>；如果候选节点或普通节点接收到f+1条sync消息后，则证明客户端的请求已达成全网共识，该节点会将sync消息记录到本地日志中。
15、优选的，所述步骤4，具体包括：
16、步骤4.1)用ci表示节点i的信用积分，i∈{1,2,…,n}，则有：
17、
18、其中，k是参与共识的轮次；c(k)表示节点i经过k轮共识后的信用积分；当k＝0时，节点的信用积分等于该节点加入共识网络的初始积分cinit；δ是由共识节点行为确定的积分变化量；
19、步骤4.2)共识节点分为主节点和从节点，主节点不允许出现恶意行为，若被检测到存在作恶的情况，将受到最严格的惩罚，主节点的积分变化量δp为：
20、
21、其中，bp表示累加的积分量；-dp表示扣除的积分量；benign表示节点是诚实的；down表示节点处于宕机状态；evil表示节点是恶意的；
22、步骤4.3)从节点允许存在拜占庭行为，若从节点在一轮共识时出现拜占庭行为将会扣除积分，若累计作恶次数达阈值τ，信用积分会被清零并重置为普通节点；从节点的积分变化量δs为：
23、
24、其中，t表示从节点的累计作恶次数；bs表示从节点的正常累积积分；-ds表示从节点宕机时扣除的积分；-es表示从节点作恶扣除的积分。
25、优选的，所述步骤6，具体包括：
26、步骤6.1)为了保证主节点的可靠性，信誉高的节点应当更容易被选举为主节点，因此权重w可由式(4)得到：
27、
28、其中，cr表示候选者节点的信任积分；n表示共识网络中的节点总数；cj表示投票节点j的信用积分；
29、步骤6.2)利用投票权重和所获票数计算节点的最终得分g：
30、
31、其中，s是节点所获得的票数，最终得分g最高的节点即为主节点p，若出现节点总分相同的情况，则在同分节点中选取视图编号v最小的当选主节点，主节点p的选取应满足：
32、gp＝max{g1,g2,...,gn}且vp＝min{v1,v2,...,vn} (6)
33、其中，gp表示主节点p的最终得分；gi表示其他候本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向物联网的联盟链共识协议优化方法，其特征在于，包括：构建基于物联网终端节点信任度的信用证明机制，引入信用积分衡量终端节点的可靠性，并进一步划分节点类型，实现了节点的动态调节；优化视图轮换协议，引入了基于信用权重的物联网网关选举制度，保证主节点的可靠性；在原实用拜占庭容错PBFT的共识流程基础上，提出一种基于信用证明机制的改进拜占庭容错共识算法，通过删除确认阶段节省通信开销，同时引入数据验证与同步流程，保证发生视图变更后各节点仍能保持一致性；具体如下：
2.根据权利要求1所述的面向物联网的联盟链共识协议优化方法，其特征在于，所述步骤2，具体包括：
3.根据权利要求2所述的面向物联网的联盟链共识协议优化方法，其特征在于，所述步骤4，具体包括：
4.根据权利要求3所述的面向物联网的联盟链共识协议优化方法，其特征在于，所述步骤6，具体包括：
5.根据权利要求4所述的面向物联网的联盟链共识协议优化方法，其特征在于，步骤6中，主节点选举方法根据节点所获得的积分计算对应的投票权重，当主节点宕机或被备份节点推翻时发起新一轮的主节点选取投票
6.根据权利要求5所述的面向物联网的联盟链共识协议优化方法，其特征在于，所述步骤7，具体包括：
7.根据权利要求1所述的面向物联网的联盟链共识协议优化方法，其特征在于，所述节点类型包括：普通节点、候选节点和共识节点三种，物联网网关设备经过授权加入共识网络后将初始化为普通节点，普通节点通过参与区块同步可以累计信用积分；当普通节点的信用分Co大于等于阈值时可转为候选节点，加入共识轮换流程。
8.根据权利要求1所述的面向物联网的联盟链共识协议优化方法，其特征在于，所述信用证明机制包括：为不同类型的节点划分权限，同时引入信用奖惩机制保证共识节点轮换流程的可行性，在每轮共识结束更新共识节点的信用积分，按照积分排序轮换更替共识节点和候选节点。
9.根据权利要求1所述的面向物联网的联盟链共识协议优化方法，其特征在于，步骤7中，所述数据验证同步请求在视图状态发生变更即产生新的主节点后进行，用于同步上一轮共识中尚未完成一致性验证的数据，确保新视图状态下各节点仍能保持一致性。
...【技术特征摘要】
1.一种面向物联网的联盟链共识协议优化方法，其特征在于，包括：构建基于物联网终端节点信任度的信用证明机制，引入信用积分衡量终端节点的可靠性，并进一步划分节点类型，实现了节点的动态调节；优化视图轮换协议，引入了基于信用权重的物联网网关选举制度，保证主节点的可靠性；在原实用拜占庭容错pbft的共识流程基础上，提出一种基于信用证明机制的改进拜占庭容错共识算法，通过删除确认阶段节省通信开销，同时引入数据验证与同步流程，保证发生视图变更后各节点仍能保持一致性；具体如下：
2.根据权利要求1所述的面向物联网的联盟链共识协议优化方法，其特征在于，所述步骤2，具体包括：
3.根据权利要求2所述的面向物联网的联盟链共识协议优化方法，其特征在于，所述步骤4，具体包括：
4.根据权利要求3所述的面向物联网的联盟链共识协议优化方法，其特征在于，所述步骤6，具体包括：
5.根据权利要求4所述的面向物联网的联盟链共识协议优化方法，其特征在于，步骤6中，主节点选举方法根据节点所获得的积分计算对应的投票权重，当主节点宕机或被备份节点推翻时发起新一轮的主节点选取投票，共识节点和候选节点共同参与投票，票数和投票权重乘积最大的...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋文贤，林泽锐，郭荣新，刘宏涛，陶军，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：
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