[发明专利]一种分区区块链系统的设计方法

说明书

本发明属于区块链技术领域，具体涉及一种分区区块链系统的设计方法，步骤如下：各节点运行基于数字签名和哈希函数的可验证随机函数生成该节点所在分区编号；新加入节点运行初始化过程，该过程包括同步周期时钟、所在分区区块链数据、加载交易数据列表并可以向任意节点发起转账交易；分区内各节点运行基于工作量证明的挖矿算法进行挖矿，分区间通过同步时钟在预设间隔内同步出块进度；每一轮挖矿成功后，各分区内节点运行分区重组调度算法，进行分区重组。本发明不仅具备数据持久化、防篡改、防抵赖、可靠性高以及去中心化等传统区块链的特点，而且具备线性拓展和高事务吞吐率的特点，是一种具有支持大规模业务量需求能力的区块链系统。

技术领域：

本发明属于区块链技术领域，具体涉及一种分区区块链系统的设计方法。

背景技术：

2008年中本聪发表了比特币白皮书，介绍了世界上第一个分布式加密货币——比特币。由于其核心技术——区块链具有数据持久化、防篡改、防抵赖、可靠性高以及去中心化等特点，在金融、征信、审计等众多重要领域具有广泛的应用前景，引起了世界范围内的广泛的重视。近年来，基于区块链的分布式记账系统及应用层出不穷，从最初的比特币系统到支持智能合约的以太坊以及联盟链Hyperledger和数字货币Libra等。

目前区块链系统的提升瓶颈之一是系统吞吐率过低。区块链系统每秒处理的事务/交易的次数称之为吞吐率(transaction-per-second，TPS)，随着用户量和交易量的增加，低吞吐率的区块链系统远远不能满足用户的需求。比如比特币系统的吞吐率平均为7TPS，而以太坊的吞吐率约为30TPS，同样作为支付系统的Visa的峰值吞吐率可达2.4万TPS，而Alipay的吞吐率峰值曾达到25.6万TPS。区块链系统的吞吐率低的根本原因在于，系统中运行的共识机制对吞吐率具有限制，共识机制要求单位时间内处理的最大交易数据量有限。

区块链系统面临另一个瓶颈是可伸缩性差。比特币系统不具备可伸缩性，全网内节点数量和交易数据量增加时，区块链网络中每一个节点都要对总体数据进行全备份，对单个节点造成了巨大的存储压力，此外，每个节点都要通过付出算力来获得记账权，但是系统的整体性能并没有提升，因此可伸缩性是设计区块链系统的重要性能之一。以太坊同样不具备可伸缩性，随着实际应用的迫切需求，以太坊创始人提出了一种通过分区的方法来拓展区块链的方案。

区块链分区是解决以上问题的重要方法之一，传统数据库中拓展存储容量和进行并行处理的一个有效方法是采用分片技术，其目的是将庞大的数据集划分成多个子数据集，分别存储在不同的节点上，使得不同节点上的交易可以被并行处理。类似的，区块链分片是将完整的区块链划分到多个分组中，每个分组中独立运行共识机制分别处理交易数据，这些分区中的子链在逻辑上构成完整区块链。分区区块链中随着节点的增多，适当增加分区，多个分区并行的运行共识机制可以提升事务处理效率，理论上具有线性的可伸缩性。

但是分区区块链在具体实施过程中面临着若干难题：

1)如何保障节点公平、安全、去中心化的划分。

2)如何处理跨分区事务，保障全局账本的一致性。

3)如何防止算力攻击和自适应攻击保障系统安全。