[发明专利]基于无线空中计算的区块链共识协议的实现方法

权利要求书

1.一种基于无线空中计算的区块链共识协议的实现方法，在无线区块链网络中包括N个无线终端节点和一个基站，通过无线信道通信，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1.在每一轮共识的开始，基站将更新请求信息广播到所有终端节点；

步骤2.各终端节点根据基站发出的请求完成打包出块，计算生成区块哈希值并将其编码发送至基站，具体步骤如下：

(2-1)各终端节点根据基站请求中的时间窗口信息，各自在其交易池中提取相应的交易并打包成新区块，在区块头部加入轮次、时间戳以及上一个区块哈希值，并计算新生成区块的哈希值；

(2-2)各终端节点采用如下的lattice编码技术完成对新生成区块的哈希值编码：

首先，定义欧几里得空间中的k维lattice码的生成方式如下：

C＝{uG mod p:u∈Z^k},

其中G是一个完整的生成器矩阵，p是质数；

然后，定义Λ_F为细粒度lattice，Λ_C为粗粒度lattice，分别通过Λ_F＝C+pZ^k和Λ_C＝pZ^k给出，且

最后，定义嵌套lattice的集合为其中是粗粒度latticeΛ_C的基础Voronoi区域，且嵌套lattice集合Λ的基础Voronoi区域表示为：

通过将哈希值映射到所生成的k维lattice码集合Λ中的一个码字，实现哈希值的编码，其编码过程可以表示为将属于l有限域的信息映射为码本范围内的一个lattice编码x_i；

(2-3)所有终端节点根据其与基站间的无线信道状态信息，对编码信号发射功率进行控制以补偿其信道衰落，然后采用相同的信道同时传给基站；

步骤3.基站通过计算转发(Compute-and-forward)方式，将接收到的哈希值的线性叠加信号量化后，通过模运算得到赋型区域(shaping region)内的线性叠加λ并将其广播至所有参与共识的节点；

步骤4.节点从基站接收到所有哈希向量的线性叠加λ之后，通过其对应的粗粒度lattice信息还原原始线性叠加并采用两阶段哈希验证方法确定是否达成共识；

步骤5.如果达成共识，则新生成的区块将分布式存储在各终端节点上，各终端节点将确认信息发送到基站以完成本轮共识。

2.根据权利要求1所述的基于无线空中计算的区块链共识协议的实现方法，其特征在于，所述的步骤3中，基站接收到所有终端节点的线性叠加信号，通过计算转发方式进行处理，然后广播至所有参与共识的节点，具体如下：

(3-1)基站收到的N个终端节点的线性叠加信号y如下：

式中，x_i为终端节点i发送的编码信号，z为高斯白噪声；

(3-2)基站采用缩放因子向量α对线性叠加信号y进行缩放，得到

(3-3)基站对进行量化处理，即将其映射到细粒度lattice中的最近点，获取线性叠加信号的估计值：

根据该量化结果，可以获得线性叠加信号的估计值：其中a_i为向量α中的第i个元素；

(3-4)通过模运算将无噪声的线性叠加映射回粗粒度latticeΛ_C的赋型区域内：

其中λ为所得到的线性叠加；

(3-5)基站将所得到的λ，以及所对应的粗粒度lattice信息，广播到所有节点。