[发明专利]一种在网络级采用硬件实现共识验证的方法有效

专利信息
申请号: 201710270949.7 申请日: 2017-04-24
公开(公告)号: CN107046542B 公开(公告)日: 2020-04-14
发明(设计)人: 孙羽羿;黄步添;王备;王云霄;杨文龙;陈建海 申请(专利权)人: 杭州云象网络技术有限公司
主分类号: H04L29/06 分类号: H04L29/06;H04L12/24;H04L29/08
代理公司: 杭州天勤知识产权代理有限公司 33224 代理人: 胡红娟
地址: 310026 浙江省杭州市*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 网络 采用 硬件 实现 共识 验证 方法
【权利要求书】:

1.一种在网络级采用硬件实现共识验证的方法,包括如下步骤:

(1)构建在网络级采用FPGA实现共识验证的系统运行框架,具体实现方法为:在网络中布置一定量的FPGA作为节点,任意两个FPGA节点之间存在通道可进行交互,各FPGA节点均通过连接交换机以实现同一时刻多对端口之间的数据传输,FPGA节点利用其内部BRAM缓冲区较小的特点,以释放DRAM内存空间用于共识和应用逻辑的执行;

(2)FPGA节点之间通过执行TCP/IP协议进行点对点连接,具体实现方法如下:由FPGA节点内部缓冲区动态分配TCP会话,使客户端请求数据小于以太网MTU大小;FPGA节点只与其他节点之间相互重传,而不考虑与客户端之间的超时设定,以减少TCP的压栈;通过硬件实现网络协议允许建立两条真正的数据流通道对应实现隔离发送和接收路径,两条通道互不影响对方且通过数据结构共享连接状态;

(3)FPGA节点采用ARP、ICMP及DHCP辅助TCP/IP协议与其他FPGA节点交互,缩短TCP/IP堆栈,使FPGA处于真实网络中,具体实现方法为:在FPGA设备间进行点对点通信,如果数据因为缓存空间不足或线路中断而丢失,则通过ICMP向数据的源端报告,相关事件接收方会发送重发请求的通知;发送数据包时,若发送方没有接收方的MAC地址但知道接收方的IP地址,则广播一个请求接收方MAC地址的消息;由DHCP服务器为FPGA节点分配一个空闲的IP地址,并打上有效时间戳;在ARP、ICMP、DHCP这些协议上发送和接收数据时,应用程序使用会话与网络堆栈通信,再直接将数据转发到特定应用程序的网络模块中;数据包在以太网上直接传播的过程中,利用序列号来探测数据是否丢失,所述序列号随着逻辑请求的增加而增加;

(4)FPGA节点将数据消息转化为满足共识协议需要的报文格式,具体实现方法为:将数据消息分为需要的模块,用Metadata表示传输的元数据,用Payload表示有效载荷;规范共识协议中的组成部分,用Signature表示节点与节点交互的数字签名,用Timestamp表示消息的时间戳,用Cert表示FPGA加入网络注册需要的证书;

(5)在加入网络的FPGA节点生成注册证书的前提下,首先选出领导节点,由领导节点将需要广播的数据消息使用哈希函数SHA-256生成摘要,然后生成一个随机数nonce并利用硬件加密模块进行ECDSA计算,生成对摘要的签名,进而采用PBFT、SBFT或RBFT的区块链共识协议对签名后的数据信息进行传递广播;其他FPGA节点收到数据信息后,验证签名是否是数据发出者的,确定数据合法性,然后发出收到消息的反馈通知并对数据进行投票工作。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述数据结构包括会话查找表、端口状态表以及由定时器支持的事件引擎;其中,会话查找表包含IP地址、目的地址和源端口,FPGA在实施时把其作为一个内容可寻址的存储器;端口状态表用于跟踪每个TCP端口的状态并为每个打开的TCP连接存储状态信息;事件引擎负责管理活动以及发送接口传入的请求并指示相应的输出引擎工作。

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