[发明专利]区块链中基于信誉机制的分区快速共识方法

说明书

本发明公开一种区块链中基于信誉机制的分区快速共识方法，其基本思想分为两个阶段：第一个阶段是将全球公有链中的大量节点划分成多个小的分区，在分区内部引入P2P技术中的信誉机制，采用Raft算法实现局部共识，可实现恶意节点的容错；第二个阶段是在分区之上再搭建一种全局覆盖网以实现整个公有链的共识；为方便节点之间的联系，还搭建了一个索引委员会，主要用于存储全链中的所有节点的联系方式与信誉值；所有节点均能够联系索引委员会找到其他节点来建立连接。

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，具体涉及一种区块链中基于信誉机制的分区快速共识方法。

背景技术

共识算法是区块链技术中的一个组成核心部分。在区块链中，互相不信任的节点通过预设机制最终达到数据的一致性称为共识。共识的本质就是多个节点对某个节点的数据或者多个数据的顺序达成一致，这里的节点可以是任意的计算机设备，这里的数据可以是交易数据，状态数据等。共识机制的目标是：1、所有诚实节点所保存的区块链前缀部分完全相同，也就是一致性。2、由诚实节点发布的消息终将被所有其他诚实节点记录到自己的区块链中，也就是有效性。

那么如何来评价一个共识机制的优劣：首先要看它的安全性，也就是能否有效防止二次支付或者私自挖矿的问题；其次就是扩展性，当系统成员和待确认交易数量增加时，所带来的系统负载和网络通信量的变化，通常以网络吞吐量来衡量。最后还要看每秒可以处理的交易数量，也就是性能效率以及资源消耗，也就是在达成共识的过程中，所要消耗的CPU、内存等计算资源。目前区块链中主要有以下四大类共识机制：Pow工作量证明机制、Pos权益证明机制、DPos股份授权证明机制和Pool验证池机制。

Pow工作量证明机制：就是大家熟悉的挖矿，所有节点通过与或运算，计算出一个满足规则的随机数，谁先算出结果即获得本次记账权，即可发出本轮需要记录的数据，全网其它节点共同验证后存储；其优点是完全去中心化，节点可自由进出；但缺点就是大家公认的浪费了大量的算力，目前bitcoin已经吸引全球大部分的算力，其它再用Pow共识机制的区块链应用已经很难获得相同的算力来保障自身的安全；由于挖矿造成了大量的计算资源浪费，基于Pow工作量证明的共识达成时间往往较长，不适合商业应用。

Pos权益证明机制：Pow的一种升级共识机制，根据每个节点所占代币的比例和时间，等比例的降低挖矿难度，从而加快寻找随机数的速度。其优点在于：在一定程度上缩短了共识达成的时间，但这种机制还是需要挖矿，而且共识的周期与参与节点的数目有关，本质上没有解决商业应用的痛点。

DPos股份授权证明机制：类似于董事会投票，持币者投出一定数量的节点，代理他们进行验证和记账。其优点在于大幅缩小参与验证和记账节点的数量，可以达到秒级的共识验证，但整个共识机制还是依赖于代币，很多商业应用是不需要代币存在的。

Pool验证池机制：基于传统的分布式一致性技术，再加上数据验证机制，是目前联盟链大范围在使用的共识机制。这种机制主要基于Pbft算法和Raft算法来实现，其中Pbft算法的主要思想是在客户端向主节点发送请求调用服务操作时，主节点通过广播将请求发送给其他副本，所有副本收到请求后都执行请求并将结果发回客户端，客户端需要等待f+1个不同副本节点发回相同的结果，并将此结果作为整个操作的最终结果。这个算法在保证活性和安全性(livenesssafety)的前提下提供了(n-1)/3的容错性。而Raft算法不考虑恶意节点的情况，主要思想是任意包含Leader的时刻，Leader拥有完全记账权。但leadership的一致性算法都有个通病，吞吐量受单个节点的限制，这点在Raft算法上体现尤甚。该机制的优点在于不需要代币也可以工作，在成熟的分布式一致性算法(Pbft、Raft)基础上，实现秒级共识验证；但其缺点是去中心化程度不强，更适合多方参与的多中心商业模式。