[发明专利]基于可信性评估的区块链共识方法

权利要求书

1.一种基于可信性评估的区块链共识方法，其特征在于：

密钥块：密钥块用于确定领导人；在一个密 钥块中，Prev keyblock hash是前一个密钥块的散列值，Nonce是随机数，PK是矿工的公钥，R是信任值，K sig是Prev keyblockhash、Nonce、PK、R的散列值，Sig keyblock agreement是此密钥块的被共识验证的签名；共识组组员通过检查K sig验证密钥块；

微块：微块是一个简单的块，每隔几秒就会验证一次；微块包括验证的历史交易；为了防止双重支出，每个微块在被接受之前都要被提议给共识组，如果微块被验证成功，则会成为区块链的一部分；微块结构如下：其中H(K sig)是当前有其对应的固定密钥块的散列值，Prev microblock hash是前一个固定在区块链中的微块的哈希值，TXs是一组Merkle树的交易，M sig是keyblock hash、Prev microblock hash、TXs的哈希值，Sig microblockaggrement是来自共识的签名；为了验证微块的有效性，共识组成员检查M sig的有效性，验证密钥块和前面的微块的散列值，并验证交易TXs；

大块：由密钥块和与其对应的微块组成；区块链由多个大块构成；

且包括以下步骤：

第一部分信任评估值的计算；

步骤1：计算内部信任值；

步骤1.1：计算由一个矿工在区块链中的所有时期创建的密钥块的平均值mean_k；如公式(1)所示，其中k_i表示在第i个区块中矿工创造的密钥块数量，L表示当前区块链的长度；

步骤1.2：计算由一个领导者在区块链中的所有时期创建的微块的平均值mean_m，微块为区块的组成部分，包含验证的历史交易；如公式(2)所示，其中mj表示在第j轮矿工所生产的微块被验证成功的数量；m表示一个领导者被预定的生成的微块数；N表示矿工被选为领导者的次数；

步骤1.3：计算s_k即mean_k的标准差；如公式(3)所示，其中c表示区块的大小；t表示是长度为L的区块链中包含的区块数量；

步骤1.4：计算s_m即mean_m的标准差；如公式(4)所示，其中N表示矿工被选为领导者的次数，m_j表示在第j轮矿工所生产的微块被验证成功的数量；m表示一个领导者被预定的生成的微块数；

步骤1.5：计算矿工定期为系统贡献算力的能力y₁；如公式(5)所示，分子mean_k代表矿工为整个系统的贡献；分母中的s_k是mean_k的标准差，代表矿工对每个块的贡献的规律性；它们共同保证了矿工的信任值是根据矿工的综合能力计算出来的；

步骤1.6：计算领导者在选择微块时提交定义数量的微块的“规律性”y₂；N为被选为领导者的次数，如果N＝1，即此矿工当过领导者，使用公式(6)；如果N1，那么y₂为1，如公式(7)所示；

y₂＝1 N1 (7)

步骤1.7：计算矿工的综合能力x；如公式(8)所示，其中L为区块链总长度；

x＝y₁y₂L (8)

步骤1.8：计算根据时间要求控制信任增长的趋势f(x)；f(x)是一个sigmoid函数；如公式(9)所示，其中，α，λ为系统参数，x为矿工的综合能力；α＝10000，λ＝50000；

步骤2：计算外部信任值，外部信任值表示为目标矿工在进行历史交易中的信任情况，取值为[0,1]，信任值为1表示对目标矿工完全信任，信任值为0表示目标矿工为恶意矿工，信任值为0.5则表示对目标矿工的信任度没有把握；

步骤2.1：本方法使用三元组T＝{b，d，u}来描述矿工的信任评价；b、d、u分别代表对目标矿工的信任程度，不信任程度和不确定程度；三者满足的关系如公式(11)所示：

b+d+u＝1,{b,d,u}∈[0,1] (11)

步骤2.2：计算调控因子调控网络中的不确定因素w_c；如公式(12)所示，在一轮交易时间内，目标矿工的交易数量为E，如果交易对方对交易有异议则会发送警告消息给目标矿工，称为否定事件，否定事件的数量记为s，肯定事件的数量记为r，s和r都必须小于E；

步骤2.3：计算b、d、u；如公式(13)(14)(15)所示，其中p表示对矿工否定事件的惩罚因子，取值为[1,4]，r为肯定事件数量，s为否定事件数量，w_c是于步骤2.2计算出的调控因子调控网络中的不确定因素的值；

步骤2.4：计算外部信任值Ext；如公式(16)所示，其中p表示对矿工否定事件的惩罚因子，取值为[1,4]，r为肯定事件数量，s为否定事件数量，u为不确定程度；

步骤3：计算整体信任值R；如公式(17)所示，其中f(x)表示内部信任值，Ext表示外部信任值，β控制内部信任值和外部信任值的比重；β取值范围(0,0.1]；

R＝min(1,f(x)+β(Ext-0.5)) (17)

第二部分选取领导者；

步骤4：根据信任值排序，随机选择分数大于中位数的矿工进入共识组；如公式(18)所示，其中SK为该矿工的私钥，INFO为当时的数学难题的Nonce随机数，result为哈希值，按哈希值最小的顺序选入共识组；

result＝VRF_hash(SK,INFO) (18)

步骤5：通过工作量证明挖掘密钥块的矿工根据以下方法选取领导者；如公式(19)所示，其中X为共识组成员个数，reuslt为挖到密钥块的矿工根据VRF随机函数得到的哈希值，在共识组中第g个成员成为领导者；

g＝result mod|X| (19)

第三部分，基于RAFT的共识认证；

步骤6：领导者发送微块给共识组；

步骤7：共识组依次对微块进行验证，如果成功则签署自己的签名；

步骤8：共识组发送微块给领导者；

步骤9：领导者根据收到的微块计算此微块是否达到共识条件，即参与签名的共识成员超过一半，且其信任值大于等于共识成员信任值总和的2/3；

步骤10：如果通过共识认证，领导者广播成功的微块和成功消息给共识组，否则广播微块和失败消息；一轮认证结束。