[发明专利]一种基于工作量证明的选举型拜占庭容错共识方法

说明书

本发明公开了一种基于工作量证明的选举型拜占庭容错共识方法，本算法可以满足区块链的多项技术性能指标，如去中心化、效率、动态性、能耗等，能为区块链应用提供更好的服务。本发明所提方法主要包括四个部分：第一，共识方法总体架构；第二，工作量证明模块；第三，选举算法模块；第四，实用拜占庭容错模块。通过实施本发明实施例，可以提高区块链的性能，使其适用于更多的领域。

技术领域

本发明涉及信号处理领域，尤其涉及区块链的共识方法。

背景技术

近年来，比特币作为去中心化加密货币，受到了广泛的关注，区块链作为其底层技术，也迅速引发了各国政府机关、科研机构及技术团队对这一新兴技术的研究。

区块链具有分布式账本和去中心化的特性，拥有革新各领域的潜力，可应用于除数字货币之外一切与价值转移相关的场景：在数字版权领域，可利用区块链技术对知识产权进行确权，证明产品的存在性、真实性和唯一性；在医疗领域，可运用区块链技术保护患者的医疗记录；在教育领域利用区块链技术对学生的学历进行存储从而解决信息不对称的问题。

当前的区块链技术技术仍有不少可以进行改善的地方，如作为核心引擎的共识方法则有更多可以改进的空间，比如当前比特币采用的工作量证明算法存在耗费能源的问题，而HyperledgerFabric架构所采用的拜占庭容错共识方法存在节点难以扩展的问题。各种共识方法都在去中心化、效率、动态性、能耗等多个指标上有所倾侧，且现有共识方法大多依赖数字货币等金融实体，不利于将区块链扩展成更通用的技术。

因此，为进一步提高区块链技术的应用范围，需要有更好的共识方法出现，能更好覆盖在各个技术指标上需求，为区块链应用提供更好的服务，本发明提供了一种基于工作量证明的选举型拜占庭容错共识方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于工作量证明的选举型拜占庭容错共识方法，可以有效提高共识方法的效率、减少能耗。

为了解决目前方法存在的问题，本发明提供一种基于工作量证明的选举型拜占庭容错共识方法，所述方法包括：

共识方法总体架构；

工作量证明模块；

选举算法模块；

实用拜占庭容错模块。

优选地，对所述的共识方法总体架构描述如下：

本发明提供的共识方法总体架构如下所述：

整个区块链网络中有普通节点和共识节点，只有共识节点才允许更新处理实际业务的业务账本，在此基础上提出“共识候选人链”，专门用于生成共识节点。普通节点可以通过工作量证明机制不断延长“共识候选人链”，利用最新区块上工作量证明的随机数和高度选出21个共识节点，共识节点利用实用拜占庭容错算法更新业务账本来保证高效共识。

优选地，对所述的工作量证明模块描述如下：

本共识方法中的工作量证明与比特币中使用的工作量证明算法相似，所有节点通过不断改变随机数使区块的哈希值满足小于某个难度目标，但原有的工作量证明的算法出块时间长，且由于链分叉的问题需要至少六个区块才能真正确认交易。在此基础上，为适应“共识候选人链”的需求，对现有工作量证明模块进行三点改造：

(1)区块上记录时间戳，上一个区块的哈希值，随机数，区块高度和记账人的公钥和其对区块的签名。

(2)所有节点需要不断改变随机数来满足哈希(前一区块哈希值+随机数+区块高度)难度值，当计算出来后，记账人需要对前一区块哈希值+随机数+区块高度进行签名并广播区块。

(3)调整难度值的生成系数，使其满足平均出块时间为85秒一个，则“共识候选人链”上约30分钟更新21个新的区块。