[发明专利]基于传播活跃度和资产证明的区块链共识方法及系统

说明书

本申请提供一种基于传播活跃度和资产证明的区块链共识方法及系统，共识方法包括以下步骤：对现有区块的结构进行改进，改进后的区块包括区块头、事务集和签名矩阵；对区块链上的事务类型进行拓展，拓展后区块链上的事务类型包括转账交易和惩罚交易；利用签名矩阵选择候选人群体，根据资产数量在候选人中确定最后的记账人，记账人广播获胜信息并向主链上发布一个新区块，达成一次共识。本申请能够避免因算力竞争带来的无效资源耗费，同时有能够避免记账权掌握在少数人手里；能够减少传播时延，加快分布式系统消息覆盖速度，有效降低网络分区的可能性；为系统安全提供自监控功能，能够满足高吞吐量的应用需求。

技术领域

本申请属于区块链技术领域，具体涉及一种基于传播活跃度和资产证明的区块链共识方法及系统。

背景技术

自从2009年以比特币闻名的第一个区块链应用诞生以来，区块链所具备的价值交换和存储方式的特性已经为人所熟知，共识机制解决了区块链中最具挑战的难题，即在分布式环境中，在众多节点的共同维护下，达成系统状态的一致性。共识机制具体可以解释为某个变更在分布式网络中得到一致的执行结果，或者在节点出现故障时维持正常工作。随着应用场景的不段拓宽，根据节点准入门槛的不同，共识机制逐渐分化为两种类型。一种是公开匿名场景下基于概率的共识，一种是带权限管理的确定性共识。前者以PoW（Proof ofWork，工作量证明）为代表，典型应用如比特币，通过概率模型来保障共识的达成。后者以PBFT为代表，典型应用如Hyperledger Fabric，以状态机复制的形式达成确定性共识。

公开匿名场景下的共识机制大多基于PoW和PoS（Proof of Stake，权益证明）进行改进。前者依赖哈希计算竞争记账权；后者根据资产规模竞争记账权，且竞争记账权的前提是拥有更多资产的节点对系统安全性的要求越高。PoW已被证明是一种资源耗费巨大的算法，而PoS对资产规模的过度往往依赖会导致记账权掌握在少数人手中，以PoS驱动的区块链应用去中心化程度不高，并且候选人投票过程中的通信成本过高，应用的可扩展性不高。另外，共识机制通常以较长的区块确认等待时间为代价来避免双花攻击，保障系统安全性，如比特币的平均出块时间为10min/block，因此多数区块链应用为了保证较高的安全性，吞吐量不能满足现实生活中频繁的交易需求，安全性和吞吐量之间的矛盾是阻碍区块链大规模应用的重要因素。

传播活跃度最早在一项针对比特币消息传播方式的研究中被提出，研究者通过建立比特币的分叉模型，指出了消息传播与分叉概率之间的关系，最后得到了结论：传播时延是导致分叉的重要因素。分布式系统中节点通过转发与自己有物理连接的邻居节点来完成内容的分发，消息在全网的覆盖程度取决于节点的转发行为和网络情况，转发行为对消息覆盖程度的影响体现在：越多节点选择转发，消息的覆盖程度越高，分叉的概率越低，网络分区的可能性越小。网络情况即节点从收到一个新消息到完成转发所需的网络时延。为了减少消息的传播时延，目前两种改进思路：一种是试图对转发合法消息的节点予以一定奖励（原来只有记账的节点可以获得区块奖励），但这种激励方式会大大增加区块的奖励开销；另一种是从客户端的角度出发，简化节点进行消息转发时的验证步骤，缩短客观需要的网络时延，但这种方式对于减少时延收效甚微，且没有从根本上坚决传播活跃度低下的问题。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种基于传播活跃度和资产证明的区块链共识方法及系统。

根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种基于传播活跃度和资产证明的区块链共识方法，其包括以下步骤：

对现有区块的结构进行改进，改进后的区块包括区块头、事务集和签名矩阵；

对区块链上的事务类型进行拓展，拓展后区块链上的事务类型包括转账交易和惩罚交易；

利用签名矩阵选择候选人群体，根据资产数量在候选人中确定最后的记账人，记账人广播获胜信息并向主链上发布一个新区块，达成一次共识。