[发明专利]一种基于信任关系的区块链共识方法

说明书

本发明适用于互联网技术改进领域，提供了一种基于信任关系的区块链共识方法,包括：S1、根据交易和区块数据量化节点之间的信任关系；S2、根据节点之间的信任关系构建信任关系图和生成信任矩阵；S3、利用全网节点的信任关系迭代计算每个节点的信任值；S4、每轮共识随机选择一个代表节点作为具有记账权的主节点，主节点从交易池中选择若干交易创建区块。采取代表机制，专业化记账节点，减小了共识代价，节约能耗，同时提高了节点共识的效率和算法的扩展能力。基于信任关系选择代表节点，不依赖于区块链的代币，避免记账权集中在少数“有钱人”上。

技术领域

本发明属于互联网技术改进领域，尤其涉及一种基于信任关系的区块链共识方法。

背景技术

随着全球信息技术领域的科技革命和产业变革，互联网逐渐由“信息互联网”向“价值互联网”发展。在“信息互联网”时代，网络上的信息公开透明，但也因可以随意篡改而变得不可信，需要第三方机构提供信任担保。一旦提供信任的第三方平台倒闭，其所提供的信任便化为泡沫。为了解决互联网发展过程中产生的信任问题，区块链技术应运而生。

区块链技术是分布式数据存储系统、点对点传输、共识机制、加密算法等技术的集成应用模式，能够在互联网上实现传统互联网无法实现的信任和价值传递。其基于密码学原理而非信用的特征，使得任何达成一致的双方能够直接交易，不需要第三方中介的参与。另一方面，区块链中几乎不存在单点故障，链上的数据存储在全球无数台机器节点上，使得数据“稳定”、“可信”且“不可篡改”，这重新赋予了网络上的数据一种可以被信任的价值。

区块链具有去中心化的特点，网络中的每个节点需要遵循某种协议来保证节点数据的一致性，这种协议称为共识协议或者共识算法。共识算法是区块链技术的关键部分，直接影响区块链产品的安全性和效能。安全高效的共识协议是区块链领域的一个重要的研究问题。比特币系统中的PoW共识算法创造性地在不可信任的去中心网络中实现节点之间数据一致性，通过算力证明实现了系统完全去中心化并且具有简单易于实现的优点，但是它也存在资源浪费和性能差的缺陷。此外，在区块链网络规模小的应用中，少数节点可掌握大于50％算力，会使得PoW共识由去中心化退化为中心化，甚至影响共识的安全性，因此PoW共识通常在节点数量大的应用场景下采用。点点币系统中的PoS共识算法通过权益证明机制解决了PoW共识的资源浪费的缺陷，但是和PoW共识的算力集中在少数节点类似，PoS共识会因为权益集中而退化为中心化共识。比特股系统中的DPoS共识算法在PoS共识的基础上提出授权股份证明机制，节点将自己的权益授权给其它节点，权益最高的前101个节点成为代表节点，代表节点彼此权利完全相同，轮流获得记账权。代表机制使得网络的运行成本降低，能够提高区块产生的速率。

尽管区块链共识一直在发展，但是性能还是十分有限，很难实现秒级共识。研究和开发人员开始将目光转向传统分布式共识算法。Leslie Lamport在1990年提出的Paxos算法是目前最有效的基于消息传递的一致性算法，也是工程实践中使用最多的共识算法。Paxso能够高效地实现节点之间数据的一致性，但是它不能允许恶意节点破坏共识过程，因此只能在可信的内网中采用。1999年，Castro和Liskov提出容忍恶意节点数量小于网络内所有节点数量的1/3的PBFT共识算法，该机制下系统吞吐量可以达到10万以上。超级账本项目验证了PBFT共识在恶意节点非常少的联盟链网络中的可能性，并取得了很好的效果。然而PBFT共识自身O(n²)的通信代价限制了区块链的网络规模，随着节点数量增加，其性能快速下降，所以PBFT共识的可扩展性比较差。国内的小蚁区块链开发团队提出dBFT协议，通过权益选出记账人，再由记账人通过拜占庭容错算法达成共识，从而减少网络运行的成本，提高共识算法的效率。现有的引入代表机制的共识算法都受限于区块链应用的代币机制，无法在某些不存在代币的区块链系统中使用。

2015年9月份，在小蚁项目正式成立一年后，Onchain发布小蚁共识算法白皮书，提出了一种改进的拜占庭容错算法——授权拜占庭容错(delegated BFT，dBFT)作为能够适用于区块链系统的共识机制模块。