[发明专利]一种用于工业物联网中提高区块链公平交易及效率的设计方法

说明书

本发明提供的一种用于工业物联网中提高区块链公平交易及效率的设计方法，包括以下步骤：首先、继承水果链的挖矿公平性，引入交易打包和传播策略；1)、基于几何分布的交易选择，每个矿工都遵循几何分布来选择和打包交易，以平衡处理公平性并减少交易的重复打包，同时在一定程度上避免重复打包；2)、基于TTL的交易传播，通过施加交易转发的time‑to‑live或跳数限制来限制交易的广播范围，通过控制交易的传播来减少矿工交易池中重复交易的数量，进一步抑制区块链的重复打包；最终，精细地调整矿工的交易选择，实现交易处理的公平性，同时大大减轻重复打包；以实现交易处理的公平性、并有效提高处理效率。

【技术领域】

本发明涉及区块链技术，尤其涉及一种用于工业物联网中提高区块链公平交易及效率的设计方法。

【背景技术】

区块链是一种集共识算法、智能合约、分布式账本，非对称加密算法等关键技术为一体的技术，具有去中心化、规则应用去信任、安全保护去垄断等特点。区块链上有众多节点，区块链的节点是保存数据的网络或者服务器成员或系统，可发出、接收和验证消息。按照功能分可分为普通节点、备份节点和超级节点，其中普通节点可以进行区块同步并可以对交易进行广播但不能进行记账的节点，备份节点具有和普通节点一样的功能，并且还具有维护超级节点的备份的功能，超级节点拥有普通节点的属性和操作，作为上层网络的实际执行者，具有管理和组织的功能，上下层网络的转发都需要经过超级节点，超级节点包含了普通节点所有的功能。区块链上进行着大量的交易，节点之间的高效通信保证了交易的快速达成。

尤其在工业物联网中，正在推动工业生产中前所未有的效率、生产率和性能水平。在工业物联网中，大量传感器、设备和机器互联以收集和交换数据，然后可以通过云/边缘节点对这些数据进行处理，以优化、细化和自动化工业过程控制。但是，工业物联网节点和边缘/云节点可能不会完全相互信任，这会引发严重的信任和安全性等问题。当前，学术界和工业界正在尝试将区块链应用于工业物联网或集成到工业物联网中以解决这些问题。如图1所示，在典型的工业物联网边缘/云区块链框架中，这些工业物联网节点和边缘/云节点是矿工(即，区块链P2P网络的参与者)并且他们花费计算能力来竞争成为一个leader(共识达成)，该leader(共识达成)负责将交易打包到一个新块中，并将该新块广播到P2P网络中。当网络中的节点收到该新区块时，他们就以该区块中包含的交易达成共识。边缘/云节点的计算能力差异很大，并且工业物联网应用程序的要求各不相同，这就需要两种公平性。

(1)、挖矿公平性，矿工应根据其投入的计算能力获得相应奖励/发布区块的机会，工业物联网节点受资源限制，因此其计算能力远低于边缘/云节点，这将导致严重的不公平现象，例如工业物联网节点可能没有发布新区块的机会，并且边缘/云节点可能会发起自私挖矿的攻击。

(2)、交易处理的公平性，工业物联网应用程序需要公平的交易处理，即按期望的顺序打包交易，例如先进先出和最高处理费。

现有的基于非许可的Nakamoto区块链协议可以在互不信任的节点之间传递信息和价值，但计算量巨大，并且可能导致挖矿不公平，而许可区块链协议(例如HyperledgerFabric)假设节点之间具有一定程度的信任。因此，这些区块链协议不适用于工业物联网场景。