[发明专利]一种基于区块链技术的共生信息物理系统构建方法

说明书

本发明公开了一种基于区块链技术的共生信息物理系统构建方法，围绕共识机制设计系统的逻辑层，通过设计分散状态树来描述并解决状态域之间以及区块链与非区块链计算之间的关系，进行区块链桥接和非区块链处理进程，建立以信息系统驱动物理世界，物理世界传感反馈信息系统的、开放的、无许可的、共生的信息物理系统，本发明能够将区块链共识算法的适用性扩展到网络物理系统的广泛领域，允许在自我维持的环境中协调、激励物理和网络交互，有潜力营造一个更自动化、更具成本效益的社会环境。

技术领域

本发明涉及一种信息物理系统构建方法，尤其是涉及一种基于开放式区块链技术的多代理共生信息物理系统构建方法。

背景技术

在区块链技术出现之前，由于分布式一致性协议Paxos的广泛应用，计算机科学对共识协议是非常熟悉的。无论是分布式一致性协议还是区块链技术只有系统的领导才能提议一种新的系统状态，不同的是，分布式一致性协议依靠的是系统广播，告知系统成员谁是系统的领导，而区块链技术中系统是沉默的，系统领导由系统成员共识产生。区块链协议下系统成员仅以一种方式使用一次通信——共识产生的系统领导向其它系统成员广播其提议的系统状态，每个系统成员节点根据其搭载的内部逻辑和存储的数据来验证提议系统状态的有效性。系统成员节点采用工作量证明或权益证明机制进行投票，诚实节点同意系统全局转换为提议的有效状态。早期区块链设想的性能不佳和功能有限导致了现代平台的趋势，如利用以太坊支持任意简单应用程序的执行。当我们从物理环境的抽象层中跳出来时，便进入了区块链支持的信息物理系统的领域。据我们所知，目前还没有任何前期工作可以分析去中心化区块链共识协议在网络物理系统广泛领域的适用性。

从信息物理系统的角度看，无权限区块链协议的显著特性包括以下方面：

(1).数据的复制分散存储能有效提高系统的刚性。

(2).参与度高、兼容性好，任何人均可以加入。

(3).参与者在一个缺少相互信任的环境中能够达成系统共识。

(4).能够维持最初未知代理之间的信任。

(5).分布式执行原子应用程序(智能合约，即可执行脚本)。

(6).提议的系统状态参照大多数系统节点形成的共识来处理。

(7).由于数据是公开的，系统透明度好。

(8).权益可变更的概念使得系统惩罚机制成为可能，可以阻止网络层和物理层的不良行为。

(9).系统具有自我修复特性。

(10).由于代理完全控制自己的身份和私钥，所以其仍然是完全自主的。

区块链信息物理系统中一个最令人兴奋的特性是能够激励各种交互和互连。这是历史上首次使得纯粹的虚拟资产具有普遍价值。分散共识协议在单独使用或与其他进程合用时能够协议减少系统集中故障的可能。问责制和虚拟资产的概念允许激励和惩罚机制。因此，从激励物理层交互的角度来看，我们仅受到量化和识别网络层中某些物理行为和资源能力的限制。这就需要引入各种能够与广泛可用的共识协议交互的区块链传感器和执行器，行动域包括参与数据包交付或协助更换损坏的物理组件。上述行为是允许自主交互的，代理人之间可以沟通需求。一旦需求通过风险管理逻辑交付和分析，就可以在相关方之间以智能合约的形式自主地构建交互规则。

当然，区块链技术也存在着一些内在缺陷：

(1).在大多数实际应用中，新近的系统状态可能会在整个网络中产生波动。

(2).系统状态转换请求需要签名验证。与中心化数据库系统相比，签名验证会带来额外的系统开销。

(3).由于达成一致、稳定的共识需要一定的时间，区块链处理比中心化数据库系统慢得多。