[发明专利]基于层叠网络的区块链分片方法、系统、设备及存储介质

说明书

基于层叠网络的区块链分片方法、系统、设备及存储介质，方法包括以下步骤：S1、节点随机均匀分配至分片中；S2、节点在随机均匀地分配到一个分片后，再加入多个其他分片，形成层叠网络模型；确定每个分片消除51%的攻击难度需满足的前置条件以及每个节点加入不同分片数量的最小值和最大值；S3、对邻居节点进行管理，对节点加入的每个分片中的邻居节点进行存储管理。该发明的优点在于：本申请将51%的攻击难度提升至单个分片中，从而增强了分片区块链系统的安全性和去中心化程度，并提高不同分片中节点之间的通信效率。

技术领域

本发明属于区块链的技术领域，尤其涉及基于层叠网络的区块链分片方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

区块链可扩展性目前是阻碍分布式账本技术广泛采用的主要瓶颈。分片技术作为区块链扩容的主流方式之一，能够在不降低区块链去中心化程度的同时实现高性能的链上扩容，从而解决区块链可扩展性不足以及吞吐量较低的问题。

但分片技术同样存在着很大限制，比如分片区块链系统的安全性。在采用PoW共识的区块链系统中，如果恶意节点控制超过50%的挖矿能力，它们可能会通过伪造区块进行攻击。事实上，攻击者很难控制超过50%的挖矿能力，但在分片区块链系统中要容易得多。

发明内容

为了增强分片区块链系统的安全性和去中心化程度，并提高不同分片中节点之间的通信效率，本发明提出了基于层叠网络的区块链分片方法、系统、设备及存储介质，具体技术方案如下：

基于层叠网络的区块链分片方法，包括以下步骤：

S1、节点随机均匀分配至分片中；

S2、节点在随机均匀地分配到一个分片后，再加入多个其他分片，形成层叠网络模型；确定每个分片消除51%的攻击难度需满足的前置条件以及每个节点加入不同分片数量的最小值和最大值；

S3、对邻居节点进行管理，对节点加入的每个分片中的邻居节点进行存储管理。

具体地说，步骤S1中节点随机均匀分配至分片中具体步骤如下：

S11、在一个新的网络分片周期的开始，各节点随机加入不同的分片；

S12、在每个节点基于节点ID和所述分片周期随机性解决一个PoW难题之后，参与所述分片周期；最后，基于节点ID和所述分片周期的随机性，节点被随机分配到不同的分片。

具体地说，步骤S2包括，按照随机分配方法确定其区域的节点，每个区域被划分为个子区域，子区域中的每个节点按顺序加入其他分片，其中是整个区块链系统的分片数。

具体地说，步骤S2中最小值和最大值分别为

。

其中是整个区块链系统的分片数，是加入分片数量上下限的比例，由区块链系统自行设定。

具体地说，步骤S2中还包括平均值

。

具体地说，确定每个分片消除51%的攻击难度需满足的前置条件的步骤为：

如果恶意节点想要控制一个分片，挖矿能力必须超过,即

其中是整个区块链系统的算力，是一个节点加入的分片数；

如果分片区块链系统的安全性没有降低，则满足以下不等式：

即。

具体地说，步骤S3中采用分布式哈希表对节点加入的每个分片中的邻居节点进行存储管理。