[发明专利]基于可信性评估的区块链共识方法

说明书

本发明涉及基于可信性评估的区块链共识方法。本方法采用基于信任值的加权投票共识，按照信任值排名动态随机组成共识组。每个共识组的成员都有与其信任值成正比的投票权重，而信任值由长时间累计的综合表现决定。所以，只有诚实的节点，表现长时间的正常并且有规律，才可能成为共识组的一员。共识组中会有一矿工被随机选中成为领导者，领导者可以产生微块对交易进行打包，其它节点对微块进行共识，一轮工作结束。本方法有三大改进：第一，发明一种新型的领导者和共识组的创建方法，保证选择的随机性和公平行。第二，基于长时间累计的综合表现所创建的信任值计算方式。第三，创造了一种基于改进的raft的共识算法，可以扩大吞吐量。

技术领域

本专利属于区块链共识算法技术领域，研究了一种基于节点可信性的共识协议；旨在提高共识算法的安全性，解决因算力而产生的攻击问题。

背景技术

目前在基于算力的区块链系统中，有很多都旨在提高对算力攻击的防御能力，与之相关的主要有两个区块链系统，分别是Bitcoin-NG和ByzCoin。

Bitcoin-NG提出了一个非常重要的概念，其比特币的工作证明有两个目的，一个是选举一个新的领导者，另一个是把新区块加到链上。为了提高交易的吞吐量，BitCoin-NG使用挖掘“密钥块”的过程仅为选择新领导，新的领导提交包含交易的“微块”。微块不需要工作量证明，这使得BitCoin-NG比传统比特币更加高效。但是BitCoin-NG提供了和传统比特币一样的一致性保证及概率性保证，因此其容易受到共识攻击。

ByzCoin建立在BitCoin-NG和PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance，实用拜占庭容错算法)的基础上。在ByzCoin中，经过挖掘找到密钥块的矿工在有限时间内成为见证人，每次创建一个新的密钥块时，都会通过一组证人之间的PBFT视图变更协议选出新的领导者。新领导者每隔几秒就会提交一个包含新事务的区块。但是，如果当前领导者是恶意的并且不产生微块，虽然系统可以检测到它，但是却没有其它惩罚，不能阻止其再次成为领导者，所以ByzCoin仍然遭受共识攻击。

现有的基于当前工作量证明的比特币变体都依赖于这样的假设：攻击者不能拥有超过33％或者51％的算力，然而，随着比特币攻击的复杂性提高，例如闪电攻击，攻击者可以通过租赁矿工的算力来进行攻击，这些比特币变体系统都会受到攻击。而且比特币技术中所采用的非对称加密算法可能会随着数学、密码学和计算机技术的发展变得越来越脆弱。以现在的超级计算机为例，产生比特币SHA256哈希算法的一个哈希碰撞大约需要2^48年，但随着以后量子计算机等新型计算机技术发展起来，新技术对于这个哈希算法可能具有一定的破解能力。

发明内容

本发明提供一种基于信任值的加权投票共识方法，为区块链交易的安全提供保证。首先将节点按照信任值进行排名，当信任值达到一定的阈值，该节点才可能被随机选中进入共识组。每个共识组的成员都有与其信任值成正比的投票权重，这样保证了一个矿工的投票能力是取决于他的综合表现而不是某一瞬间的计算能力。节点的综合表现需要长时间的自律性表现的积累，所以，只有表现正常并且有规律的诚实节点，才可能成为共识组的一员。在系统的每一轮工作中，共识组中会有一个矿工被随机选中成为领导者，领导者产生微块、对交易进行打包，然后其它节点对微块进行共识。

本方法有四大改进：第一，提供一种新型的领导者和共识组的创建方法，保证节点选择的随机性和公平性；第二，矿工的决策权及投票能力不是由其算力决定，而是需要其长时间的工作累计产生的信任值决定的。矿工的信任值取决于两点，有效的工作总量和工作的规律性。因此，当一个攻击者新加入系统，即使他拥有足够强大的算力，也没有办法立即成为领导者，因为他在之前没有有效的工作量；第三，当矿工偏离系统规定，产生负面行为，系统可以降低他的信任值，使其无法攻击系统。而其他基于POW公式的系统则只是通过撤销这些矿工的奖励来惩罚他们，并没有阻止其再次攻击系统；第四，提供了一种基于改进的raft的共识算法，用于提高交易吞吐量。

附图说明

图1为密钥块的结构图。