[发明专利]基于分片技术的区块链系统并行共同挖矿方法

说明书

本发明公开了一种基于分片技术的区块链系统并行共同挖矿方法，包括分片之间并行共同挖矿的挖矿模式和分片内部自适应出块模式。本发明通过分片技术来使区块链系统获得一定的可拓展能力，并采用所有分片共同挖矿的方式，由所有节点的哈希算力来保证各分片内部的安全性；在目标值中添加分片号并且在部分分片挖矿成功后重新生成新的h₀继续挖矿的方式，能将各分片的出块时间独立于其他分片，实现各分片出块的自由；而且通过以在目标值的计算公式中加入交易频率值的方式，为交易频率高的分片提供更快速的响应，从而提高用户满意度；因此，本发明能够兼顾区块链系统的数据处理能力和安全性，而且可靠性高，实用性好。

技术领域

本发明属于区块链技术领域，具体涉及一种基于分片技术的区块链系统并行共同挖矿方法。

背景技术

区块链技术实质上是一种由分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术共同协作而形成的分布式账本技术。

现阶段，虽然区块链行业的生态已经初步成型，但是区块链技术仍面临着诸多问题与技术瓶颈，如区块链系统安全性问题，不可拓展问题，隐私保护问题与区块链监管问题等。特别是目前区块链系统的安全性问题与不可拓展问题，极大的限制了区块链技术的发展与应用。

在已有的支付系统中，Visa支付网络的每秒处理事务数(Transactions PerSecond,TPS)平均在4k左右，支付宝在2017年的高峰流量甚至超过了256kTPS。而现有的区块链系统的吞吐量远远不足，例如比特币的吞吐量只有7TPS，以太网的吞吐量大约为15TPS，这与市场所需求的吞吐量性能差距过大。

这些区块链系统吞吐量低且无法横向拓展的主要原因是：为了保证去中心化，每个节点都需要处理所有交易并且复制整个网络的通信、存储和状态表示。在这样节点负载过高的系统中增加处理器的数目是无法增加系统的处理能力的，因此区块链系统就无法横向拓展。

针对于区块链系统不可拓展的现状，研究区块链技术的学者提出了多种解决方案。如链下通道，分片技术，有向无环图等等。但是这些方案都牺牲了区块链系统的安全性或去中心化特性。而作为分布式的记账系统，安全性和去中心化特性都是不可牺牲的。

因此，目前尚没有一种可靠的兼顾数据处理能力和区块链安全性或去中心化特性的拓展技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可靠性高、实用性好且兼顾数据处理能力和安全性的基于分片技术的区块链系统并行共同挖矿方法。

本发明提供的这种基于分片技术的区块链系统并行共同挖矿方法，包括如下步骤：

分片之间并行共同挖矿的挖矿模式：

S1.区块链系统根据需要自行分成2ⁱ个分片，i为正整数；

S2.用户自由选择进入到最合适的分片；

S3.用户节点将所有分片的上一个区块的区块头数据通过Merkel树归纳总结生成h₀，作为所有分片共同挖矿所使用的区块头数据；

S4.用户节点收集交易信息，并不断试探随机数η，直至哈希值hash(h₀,η)小于特定分片的目标值，从而获取该分片的记账权，此时该分片出块；所述特定分片为分片号为哈希值hash(h₀,η)前i位的分片；

S5.将步骤S4中出块的区块的新区块头与未出块的分片的旧区块头通过Merkel树归纳总结，从而生成新的h₀，作为所有分片继续公共挖矿所使用的区块头数据；

S6.重复步骤S4～S5，继续挖矿；

分片内部自适应出块模式：

A.在目标值的计算公式中添加初始交易频率值，形成新的目标值计算公式；