【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于区块链，具体涉及一种基于信用机制的双主节点pbft共识方法。
技术介绍
1、随着电子、通信和网络技术的迅速发展，工业互联网正成为以大规模工业终端和传感器广泛联网、数据驱动决策为特点的智能网络。工业互联网的智能化演进加剧了海量工业数据的产生、传输、存储与计算需求。传统集中式云架构的处理能力难以应对如此大规模的数据处理需求且难以满足设备的低时延约束；云边结合的分布式网络架构支持设备在网络边缘进行数据交换与业务处理，可以有效缓解云中心的资源压力，降低服务时延。但分布式网络架构面临着终端接入管理协调难、边缘云安全防御能力较低、数据易遭窃取篡改等诸多安全风险，这给工业互联网的安全运行带来了极大挑战。
2、基于共识机制的区块链技术凭借其去中心化、链上数据不可篡改性、可追溯性等优势，为解决分布式工业互联网数据安全提供了新思路。然而，现有的共识算法如经典的pbft算法在区块链融合工业互联网应用场景下存在效率和安全性较低的问题，主要包括：
3、(1)单一共识主节点可能存在滥用权利的情况，带来数据共识安全风险；
4、(2)缺少有效的共识节点信用评估机制，对恶意节点难以及时处理，系统安全风险大；
5、(3)共识协议流程多，通信复杂度高，不适用于海量数据的工业互联网场景。
6、公开号为cn114448980b的专利文献公开了一种面向物联网的pbft算法的改进方法，虽然解决了解决主节点是拜占庭节点导致共识失败的问题，整个共识过程中，主节点负责处理区块共识，共识候选节点负责监督主节点
技术实现思路
1、为解决上述
技术介绍
中存在的问题，本专利技术引入双主节点策略和动态信用更新机制提升工业互联网中区块链数据存储的安全性，提出一种基于信用机制的双主节点pbft共识方法。该方案首先设计节点划分方案选出初选节点，对其筛选得到共识节点集；然后设计双主节点动态pbft共识协议，两个主节点互相监督协作，对新产生交易信息进行共识后形成合法区块入链；最后设计节点信用评估模型，根据节点共识行为评估其信用，据此更新共识节点集并更换共识主节点，为下个周期的交易共识做好准备。本专利技术适用于区块链融合工业互联网应用场景，能够降低拜占庭节点被选为共识节点的概率，减少视图更换概率和共识节点之间的通信次数，提高区块链系统的安全性和共识效率，提升工业互联网数据存储系统的可扩展性和稳健性。
2、如图1所示，本专利技术所述的一种基于信用机制的双主节点pbft共识方法，具体步骤为：
3、步骤1，初始化阶段，设计可信节点进入策略保障节点安全加入区块链系统，构建初选节点集；筛选初选节点集产生共识节点集；设计动态节点退出策略管理区块链系统中节点的退出；
4、步骤2，区块共识阶段，设计双主节点动态pbft共识协议，双主节点互相监督协作，对新产生的交易信息打包成提议区块进行共识，共识成功后作为合法区块记入区块链账本，其中，双主节点动态pbft共识协议包括：
5、客户端将交易信息逐条打包为“请求消息”发送给共识主节点p2；主节点p2验证、排序“请求消息”并存入交易池，然后从池中打包w条消息生成提议区块发送给所有共识副本节点和主节点p1；各副本节点和主节点p1独立验证提议区块中每条消息的合法性，生成校验消息发送给主节点p1；主节点p1若发现超1/3的校验消息中的公共信息提议区块m、块高h、视图编号v不一致，判定主节点p2恶意，向云中心发起更换主节点p2请求和视图更换请求，否则将超1/3副本节点验证合法的交易信息存入待入链区块中，并发送给所有共识副本节点和主节点p2；若副本节点不认可待入链区块，则向主节点p2发起视图更换请求，若认可，则将待入链区块写入本地区块链账本中；若主节点p2收到超2/3视图更换请求，则判定主节点p1恶意，本轮共识失败，向云中心发起更换主节点p1和视图更换请求，若超时未收到超2/3的视图更换请求，则认为共识成功，将待入链区块计入区块链账本中；共识过程中，发起视图更换的触发条件还包括：有共识节点申请退出系统时，共识主节点向云中心发出节点退出消息并同步发送共识视图更换请求；共识副本节点超时未收到主节点p1(p2)的消息，认为共识主节点p1(p2)可能恶意或故障，该副本节点向主节点p2(p1)发起更换主节点p1(p2)请求；主节点p2(p1)统计到超过2/3的副本节点发起更换主节点p1(p2)请求，遂向云中心发送更换主节点p1(p2)消息和更换视图请求；节点信用更新预设时间到，即已经连续完成了k轮区块共识，共识主节点p1向云中心发出节点信用更新消息和更换共识视图请求；
6、步骤3，信用更新阶段，设计节点信用评估模型，每经过一个信用更新周期t即完成k轮区块共识后由云中心重新评估各节点的信用值，动态更新共识节点集，提高后续交易共识的安全性。
7、需要说明的是，步骤1所述节点为工业互联网终端设备或边缘网络节点；所述初选节点为满足区块链能力要求的节点，即具有一定计算存储能力且基础信用达标的节点，亦称为区块链节点。
8、鉴于工业互联网中存在大量计算存储能力欠缺的传感类和执行类终端设备，它们无法承担初选节点的功能，故引入代理节点管理这些终端设备。本专利技术采用云边协同的工业互联网架构，代理节点由上层云中心指定移动边缘网络节点承担，负责验证终端设备是否能成为区块链节点即初选节点。
9、需要说明的是，如图2所示，所述初选节点集、共识节点集的概念具体阐述如下：
10、所述初选节点集是指由初选节点构成的节点集合；代理节点作为可信节点直接进入初选节点集，具有一定存储能力的终端由其关联的代理节点验证为可信节点后方可进入初选节点集。
11、所述共识节点集是指参与交易数据共识的网络节点构成的集合，共识节点从初选节点集筛选；共识节点集中包含两个共识主节点，其余共识节点为共识副本节点。
12、共识主节点：负责协调管理交易数据共识过程。共识节点集中的两个共识主节点称为主节点p1和主节点p2；主节点p2负责交易的验证、排序并打包生成提议区块；主节点p1负责：一，监督主节点p2，检验其提议的区块是否合法，降低p2节点为拜占庭节点的共识风险；二，统计各副本节点对区块中所有交易的验证结果，生成最终的入链区块。
13、共识副本节点：负责对交易数据的真实性、有效性进行投票，验证交易合法性，并转发投票信息。
14、进一步地，步骤1中，所述可信节点进入策略阐述如下：
15、当某节点i请求加入区块链系统时，它向其周围的代理节点发送加入请求信息，该消息中包含节点i的cpu内核数cpui、硬盘容量stori等信息；
16、收到请求的代理节点查看是否有其他代理节点已经同意该节点加本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于信用机制的双主节点动态PBFT共识方法，其特征在于，所述方法的步骤为：
2.根据权利要求1所述的基于信用机制的双主节点动态PBFT共识方法，其特征在于：步骤1中，所述初选节点集是采用如下可信节点进入策略构建的：
3.根据权利要求1所述的基于信用机制的双主节点动态PBFT共识方法，其特征在于：步骤1中，所述共识节点集的产生方法如下：
4.根据权利要求1所述的基于信用机制的双主节点动态PBFT共识方法，其特征在于：步骤1中，所述动态节点退出策略如下：
5.根据权利要求1所述的基于信用机制的双主节点动态PBFT共识方法，其特征在于：步骤2中所述双主节点PBFT共识协议具体包括请求、准备、验证、判决、完成五个阶段，每个阶段任务具体阐述如下：
6.根据权利要求1所述的基于信用机制的双主节点动态PBFT共识方法，其特征在于：共识视图由上层云中心管理，共识视图更换操作具体描述如下：
7.根据权利要求1所述的基于信用机制的双主节点动态PBFT共识方法，其特征在于：步骤3中，根据如下节点信用评估模型评估各节点的信用
8.根据权利要求7所述的基于信用机制的双主节点动态PBFT共识方法，其特征在于：所述共识收益指一个信用更新周期内节点因参与区块共识而获得的信用增益；节点i共识收益Bi的计算公式如下：
9.根据权利要求1所述的基于信用机制的双主节点动态PBFT共识方法，其特征在于：步骤3所述动态更新共识节点集方法具体阐述如下：节点信用评估完成后，云中心对所有节点按当前信用值降序排序，信用值低于信用阈值Smin的节点直接由其代理节点踢出区块链系统，被踢出的节点等待一段时间后可以重新向代理节点申请加入初选节点集；云中心从当前初选节点集中选取前M+2个信用最大的节点作为共识节点进入共识节点集，并选出共识节点集中信用值最高的两个共识节点分别作为共识主节点P1和P2，并将新的共识节点集广播给所有节点，准备进入新一轮共识过程。
...【技术特征摘要】
1.一种基于信用机制的双主节点动态pbft共识方法，其特征在于，所述方法的步骤为：
2.根据权利要求1所述的基于信用机制的双主节点动态pbft共识方法，其特征在于：步骤1中，所述初选节点集是采用如下可信节点进入策略构建的：
3.根据权利要求1所述的基于信用机制的双主节点动态pbft共识方法，其特征在于：步骤1中，所述共识节点集的产生方法如下：
4.根据权利要求1所述的基于信用机制的双主节点动态pbft共识方法，其特征在于：步骤1中，所述动态节点退出策略如下：
5.根据权利要求1所述的基于信用机制的双主节点动态pbft共识方法，其特征在于：步骤2中所述双主节点pbft共识协议具体包括请求、准备、验证、判决、完成五个阶段，每个阶段任务具体阐述如下：
6.根据权利要求1所述的基于信用机制的双主节点动态pbft共识方法，其特征在于：共识视图由上层云中心管理，共识视图更换操作具体描述如下：
7.根据权利要求1所述的基于信用机制的双主节点动态pbft共识方法，其特征在于：步骤3中，根据如下节点信用评估模型评估各节...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晶，开金金，范永强，张琼，朱洪波，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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