[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

说明书

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一个基站和N个无线终端节点，基站与终端节点间通过无线信道通信。该方法包括：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.各终端节点打包出块，计算生成区块哈希值并将其编码发送至基站；步骤3.基站接收到所有终端节点的线性叠加信号，通过计算转发技术进行处理并广播给所有参与共识节点；步骤4.终端节点采用两阶段哈希验证方法确定是否达成共识；步骤5.各终端节点将确认信息发送到基站以完成本轮共识。本发明通过编码和无线空中计算技术，降低无线信道中传输的噪声影响，实现高效可靠的区块链共识协议。

技术领域

本发明涉及无线网络区块验证及共识技术领域，具体是一种基于无线空中计算(AirComp)的区块链共识协议的实现方法。

背景技术

区块链技术因为其分布式、加密安全性高、可追溯不可抵赖的特点近年来在数据及网络空间安全领域受到越来越多的关注，为网络安全控制及入侵检测提供了全新的思路。随着研究讨论越来越深入，如何在无线网络的物理层实现高效可靠的共识，将区块链技术的优势发挥出来并避免其短板就成为了网络空间安全领域现阶段必须面对和解决的问题。

江苏恒为信息科技有限公司于2016年提出了一种区块链数据对比及共识方法并申请了专利(申请号：201611133352.X)。其中提出计算每笔交易内容的哈希值，并将其作为编号使用，可以按一定的规则放入类梅克尔树中。从而能够非常快的找出不同区块间的差别，减少了数据的传送量，大大降低了共识所需要的时间。在大多数这些共识协议中，对新生成的块的共识依赖于不同用户之间对哈希值的交叉验证。但是，在此过程中，哈希值的编码，解码和传输将涉及较高的计算和传输开销。特别是在无线网络中，不同节点生成的哈希值需通过正交无线信道传输至基站端，然后再广播到所有节点，这两个阶段中的无线资源使用率随参与节点的数量线性增加，在大规模网络场景下，会导致高传输延迟并影响共识协议的效率。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，针对一个由一个基站和N个无线终端节点组成的无线区块链网络，本发明提出一种基于无线空中计算的区块链共识协议和装置，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；所述的请求消息中包含共识轮数序号、时间戳和时间窗口大小信息。

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；

步骤3.基站通过计算转发方式，将接收到的哈希值的线性叠加信号处理后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编码的线性叠加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。

所述的步骤2中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，而p是质数；