[发明专利]一种基于PoW和PoS改进的区块链共识机制

说明书

本发明涉及一种基于PoW和PoS改进的区块链共识机制，本发明通过降低哈希碰撞计算难度来加快区块链出块速度、减少交易等待时间、减少算力的浪费；通过给纳入币龄计算的持币时间设置上限，避免由于币龄无限增长而带来的富者无限富的问题；通过引入信用值并根据节点行为动态调整信用值以及加入竞争等待时间，来平衡记账权的竞争，让更多的节点获得记账机会。与当前PoW和PoS相比，本发明提出的改进共识机制具有更快的出块速度、更短的交易等待时间、更少的算力浪费，并在一定程度上避免了类似于马太效应的富者愈富问题，平衡了记账权的竞争，让更多的算力较弱、权益较小的节点也尽可能地获得一些记账权。

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，具体涉及一种基于PoW和PoS改进的区块链共识机制。

背景技术

共识机制作为区块链的核心，其作用就是使各节点在没有中心管理机构的情况下，遵循一定的规则实现自治从而保证区块链的稳定运行。

PoW(Proof of Work)工作量证明机制，是比特币所采用的共识机制，矿工节点通过不断的哈希碰撞计算寻找一个随机数，使得该随机数拼接上前一个区块的哈希值再进行哈希计算所得到的哈希值前n位为零，n的大小就对应计算难度的大小，每创建2016个区块后难度会根据当前算力动态调整，使出块速度始终保持在10分钟左右。最先计算出随机数的矿工节点获得记账权，立即将全网前十分钟的交易信息打包创建新区块，并将随机数和新区块广播至全网节点，其他矿工收到广播后立即验证随机数和区块中的交易信息，若验证通过，停止当前的计算，将该区块加入到自己的区块链上后再进行新一轮的哈希计算。

PoS(Proof of Stake)权益证明机制，引入了币龄的概念，每个代币都有对应的价值来度量持币者参与决策的权重，叫做权益，如果发生交易，交易的这部分代币的币龄将会被消耗，每消耗一定的币龄都会产生一定的利息币。PoS中是通过权益来获得记账权的，权益大的节点获得记账权的概率较大。

从PoW的工作流程和其难度调节机制中可以看出，在创建新区块的时候全网矿工节点都处于高负荷的计算中，算力再好的节点计算出一个随机数也需要10分钟左右的时间，其他没有算出随机数的节点花费了10分钟的算力却得不到任何奖励。显然，产生巨大的算力和电力资源浪费是PoW机制的重大缺陷。

PoS机制虽然解决了PoW大量浪费算力和电力资源的问题，但正是因为不需要花费算力，记账权来源于权益，所以挖矿几乎是没有成本的。一旦恶意节点制造分叉链，对于其他节点来说，不管在哪条链上挖矿都没有成本，他们可能会选择在每一条链上都进行挖矿，这样无论最终哪条链被选作主链，都会获得收益。如果大多数的矿工都选择在所有分叉上挖矿，那么区块链很可能被硬分叉，并且更容易遭到双花攻击，稳定性无法保证。如果持币不交易，币龄是持续增长的，对应的权益也是持续增长的，那么持币较多的节点可能会选择大量囤积代币，一方面持币吃息，另一方面获取更大的权益，这样就会导致某些节点的权益越来越大，带来富者愈富的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于PoW和PoS改进的区块链共识机制，以加快区块链中区块的出块速度、减少交易等待时间、减少算力资源浪费，限制币龄的无限增长，避免出现节点权益无限增大的问题，并引入信用值来平衡节点间记账权的竞争，让算力较弱、权益较小节点也能尽可能地获得一些记账权。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于PoW和PoS改进的区块链共识机制，其特征在于，所述方法包括：

(1)优化PoW：

a)降低哈希计算的难度，减少寻找随机数所花费的算力：将初始难度设为1，对应难度值为6，即找到的随机数Nonce拼接前一个区块的hash值再进行哈希计算得到的hash值的前6位为0，这样矿工节点只需花几十秒就能找到Nonce；