[发明专利]一种用于区块链的拜占庭容错共识优化方法

说明书

本发明公开了一种用于区块链的拜占庭容错共识优化方法，包括如下步骤：S1、进行投票权值表初始化；S2、处理交易；S3、选举主节点；S4、验证REQUEST消息；S5、广播PRE‑PREPARE消息；S6、验证PRE‑PREPARE消息；S7、进行投票；S8、广播含有投票值的PREPARE消息；S9、将消息和投票数记录到本地日志中；S10、将投票值进行加权求和，并进行非线性处理；S11、广播COMMIT消息；S12、验证COMMIT消息；S13、将当前区块写入本地账本，并对客户端进行答复；本发明解决了现有技术存在的应用场景受限、安全性低以及需要消耗大量的通信资源并且系统资源消耗大的问题。

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，具体涉及一种用于区块链的拜占庭容错共识优化方法。

背景技术

2008年中本聪发表了一篇名为《比特币：一种点对点式的电子现金系统》的文章，宣布了比特币的诞生，其中的关键技术，区块链开始逐渐引起大家的关注。区块链是一项分布式账本技术，数据存储在一系列的区块中，区块根据时间戳连接起来，利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全，利用自动化脚本代码形成的智能合约来进行事务。区块链的发展将颠覆传统网络服务形式，使完全的去中心化系统服务成为可能。

区块链技术生态中，共识算法是最为关键的一部分。共识是保证互不可信节点之间达成一致性的算法，当各分布式节点的本地账本信息保持一致，分布式系统才能够正常工作。但由于CAP理论，一个分布式系统最多只能同时满足一致性、可用性和分区容错性这三项中的两项。而对于分布式系统，分区容错性不可舍弃，因此只能在分布式一致性和可用性之间进行取舍，很多情况下需要放弃强一致性，取而代之的使用最终一致性。由此产生了应用场景不同，性能各异的多种共识算法。

现有技术的区块链系统中最广为人知的共识算法是比特币中所使用的工作量证明(POW)，矿工通过解决数学难题生成区块来记账，全网节点进行对该区块进行验证来写入本地账本。POW从经济学的角度实现了共识，矿工生成区块会得到比特币奖励，而破坏这样的区块链系统则需要大于50％的算力。但工作量证明的缺点在于挖矿需要消耗大量的电力，并且当前挖一个区块的时间大约在十分钟，需要六个区块的确认才能保证交易生效，交易的确认时间过长使得该共识算法的应用场景受限，全网算力的集中也将影响POW系统的安全性。

为了解决POW性能差的问题，比特币系统采用了闪电网络技术。闪电网络的原理是在用户之间预开通一个付款通道，并将通道的开放记录到区块链上，之后用户可以通过该通道进行任意次数的交易，最后再把通道上交易的最终状态写入区块链。这样的支付通道使得双方交易在链下进行，交易以闪电般的速度运行。闪电网络弥补了比特币使用POW的性能问题，但在技术上可能形成中心化交易枢纽，带来安全风险。

现有技术的PBFT共识算法可以在容忍三分之一的拜占庭节点作恶情况下达成共识，拜占庭节点指的是可以产生任意作恶行为的节点。PBFT使得BFT算法的运行时间从指数级别降到多项式级别。PBFT是一种状态机副本复制算法，本质上是利用通信来换取节点间的信任，该算法为了保证容错性与一致性，需要进行两轮的全网节点点对点通信。该算法适用于保证共识节点能够彼此通信的联盟链与私有链当中。

综上所述，现有技术存在以下问题：

(1)现有技术的交易的确认时间过长使得该共识算法的应用场景受限，并且全网算力的集中也将影响系统的安全性；

(2)现有技术的性能受到节点规模的影响，在大量共识节点的环境下，无法保证共识效率，并且存在拜占庭节点对系统的危害大；

(3)现有技术需要消耗大量的通信资源，一次共识过程需要20(n²)次的点对点通信，共识对系统资源消耗大，同时整体共识效率依赖于共识节点的性能。

发明内容