[发明专利]一种应用于工业物联网的节点快速共识方法

说明书

本发明公开了一种应用于工业物联网的节点快速共识方法，属于区块链技术领域。本发明方法先通过一个非线性的并行空间链结构来使交易并行验证，加快了交易的验证过程。同时在验证器之间引入了两个级别的随机化：(1)交易级别，其中根据哈希函数输出的最重要特征随机选择每个交易的验证器，以及(2)区块链级别，其中根据验证者的公钥哈希将验证者随机分配给特定的共识码。并且在一个共识期加入负载平衡算法，来均衡各验证器的共识码范围的交易数量，来提高共识算法整体的吞吐量。本发明的轻量级共识算法在保证区块链的公平性和安全性前提下，大大地提高了区块链系统的吞吐量和降低交易处理延迟，更适用于工业物联网场景。

技术领域

本发明涉及一种应用于工业物联网的节点快速共识方法，属于区块链技术领域。

背景技术

工业物联网，顾名思义，是工业领域的物联网技术。随着信息技术的发展，工业领域内的各个工业系统由多方拥有并协作管理，同时扩展其通信功能以实现灵活性和易于管理，其最初相对封闭的网络结构与互联网的连接愈加紧密，与此同时，传统的互联网的网络安全问题也已经延伸到了工业物联网领域。

区块链最初是用于加密货币的底层技术，它具有隐私性、不可篡改性以及可审计性，因此能够为互联网提供一个可信的执行环境，保障网络数据的完全性。但是，将区块链应用于工业物联网却并不是一件容易的事，因为区块链技术中大多数共识算法对终端设备的算力都要求很高，而工业物联网中的各种终端设备通常不具备这样的算力，而且大多数共识算法协议不一定适用于工业物联网中具有数百万异构资源受限设备的节点。

另外，传统的共识算法存在吞吐量受限，资源消耗，效率低下，存储事务延迟以及检索事务的开销等问题，并且可能导致集中化，因为具有最高挖掘能力的节点可能能够控制网络，例如，在比特币中，挖掘池最终可能会合谋控制账本。而对于现有的轻量级共识算法，大多数通过引入信任管理和惩罚机制来让节点达成一致，该类共识方法的计算成本仅需管理和统计各节点的信任值，通过生成参与共识的各节点的信任值降序列表来选取领导节点。但如果节点受到威胁，则可能会牺牲其信任值并验证、生成恶意交易，从而将其注入区块链账本中。同时传统区块链线性的链式结构对系统的可扩展性和交易吞吐量带来很大的限制，这些都限制了区块链技术在工业物联网中的应用。

发明内容

为了解决目前存在的传统共识算法不适用工业物联网中以保证网络安全的问题，本发明提供了一种应用于工业物联网的节点快速共识方法，通过引入新型的并行验证空间链式结构，来在一个验证周期内交易并行验证；并且在验证节点之间引入了两个级别的随机化以保证网络安全，两个级别的随机化分别为：i)交易级别，其中根据哈希函数输出的最高有效位(下文定义为共识码)随机选择每个交易的验证节点，以及ii)区块链级别，其中根据验证节点的公钥哈希将验证节点随机分配给特定的共识码；同时本申请还设计一种负载均衡策略，来确保区块链的自扩展功能，从而应对吞吐量挑战。

一种应用于工业物联网的节点快速共识方法，所述方法采用并行结构的区块链对网络中各个交易进行并行验证；每个共识周期中，在选择验证节点后，根据验证节点的公钥哈希随机分配对应的共识码，验证节点根据网络中各个交易的哈希值的最高有效位提交交易；同时，设计负载均衡策略实现区块链的自扩展功能；所述节点为工业物联网中的各个终端设备，所验证节点为实现验证功能的终端设备。

可选的，所述方法包括：

S1：选择验证节点，并随机分配对应的共识码；

S2：各验证节点对应收集并验证其共识码范围内的交易，并生成交易区块，将收集并验证的交易记载在交易区块中；KWM值最高的验证节点创建自身交易区块之外，还会创建一个领导区块，用于存储当前共识周期中所有验证节点生成的所有交易区块的哈希值及各验证节点的共识码；