[发明专利]一种应用于区块链的拜占庭容错共识方法

说明书

本发明公开了一种应用于区块链的拜占庭容错共识方法，包括：区块生成于共识流程之前，交易基于签名分发到对应节点；根据区块高度和轮次以及每个节点可以连续出块的个数计算出当前的轮共识的提名节点，并由所述节点负责提出区块加入区块链的提议；节点轮流对提议进行投票，当一个提议提交失败时，协议将进入到下一轮次，新的提名节点将为该高度提出一个新的区块；成功提交一个块需要两个阶段的投票，分别是预投票和预提交投票；通过锁定和解锁机制来避免写入区块的分叉情况；gossip机制确保共识节点尽快达到一致的状态。故本发明能够实现交易分发过程随机且均匀，负载均衡；节点选举有利于去中心化，防止单点故障，增强鲁棒性；多阶投票保证系统安全。

技术领域

本发明属于区块链技术领域，具体涉及一种应用于区块链的拜占庭容错共识方法。

背景技术

区块链技术是一种分布式数据库技术，它提供了分布式共享账本和数据库，具有去中心化、数据难以篡改、完全可追溯保留、集体维护和稳健性等突出的特点。区块链技术将加密算法，分布式数据存储，点对点网络传输，共识机制等技术相结合，创造出了一个去中心化，透明自治，信任公开且不可篡改的价值交互平台，具有广泛的应用前景。

在区块链系统中，共识算法用于解决分布式账本的一致性问题。目前区块链常用的共识算法主要有PoW(Proof of Work，工作量证明)、PoS(Proof of Stake，权益证明)、DPOS(Delegated Proof of Stake，股份授权证明)和PBFT(Practical Byzantine FaultTolerance，实用拜占庭容错)等。其中PBFT共识算法是一种可以容忍恶意节点的拜占庭容错算法，该算法是由Miguel Castro(卡斯特罗)和Barbara Liskov(利斯科夫)在1999年提出来的，它将算法复杂度由指数级降低到多项式级，解决了原始拜占庭容错算法效率不高的问题，算法的时间复杂度是O(n²)，使得在实际系统应用中可以解决拜占庭容错问题。

然而，传统的PBFT算法采用View Change触发主节点轮换，用于处理各种投票超时和节点作恶场景，过程较为繁琐，实现较为复杂，且耗时长，而且在主节点出现宕机或者作恶的情况下，PBFT算法是按照顺次选举的方式更换主节点，选举方式随意，导致下个主节点很有可能还是拜占庭节点，造成资源的浪费。

发明内容

本发明基于上述背景和现有技术所存在的问题，拟设计一种应用于区块链的拜占庭容错共识方法，其提供了一种基于签名的交易分法方法，保证了交易分发过程随机且均匀，而不是集中发送给某个特定节点；一种基于区块高度与轮次的提名节点选取方法，每一轮更换合适的提名节点，保证系统安全；一种锁定和解锁的机制避免分叉的情况发生；引用gossip机制使得全网节点更快达成共识。

一种应用于区块链的拜占庭容错共识方法的技术方法，如下：

获取到交易信息后，将根据交易的签名分发对应共识节点的交易队列，共识节点根据出块策略出块；

将每一区块加入区块链的共识过程分为五个阶段：新高度阶段，提议阶段，预投票阶段，预提交阶段和提交阶段；预提交投票通过后将区块写入到区块链中，通过锁定和解锁机制来避免写入区块过程中可能出现的分叉情况；

在提议阶段，从共识节点中选举出一个节点作为提名节点，提名节点发起关于当前区块加入区块链的提议，并向其他共识节点广播所述的提议；

在预投票、预提交和提交三个阶段，各共识节点将对提议分别进行投票，在某一阶段中超过总数2/3的共识节点投票通过了所述提议，将进入对应的下一阶段；

当在提议阶段中收到超时代码或合法提议和在预投票、预提交和提交阶段收到总数2/3以上节点投票的情况下，将引起共识节点的状态改变，采用gossip机制使全网中各共识节点尽快达到一致的状态。