[发明专利]一种基于云计算的区块链分层共识证明系统与方法

权利要求书

1.一种基于云计算的区块链分层共识证明系统，其特征在于：包括由云计算节点构成的内层分布式云计算网络；由用户节点构成的外层分布式用户网络；用于交易云收集、验证、传播与汇编以及用户对新区块进行工作量证明的区块链数据结构；

所述区块链数据结构包括区块头与区块体，区块头包括当前区块的密码散列值；前一区块的密码散列值；区块体Merkle树根W重密码散列值；云计算节点对Merkle树根W重密码散列值的签名值；云计算节点的公开CA证书；一个对用户工作量证明的激励支付交易；一个对云计算节点交易收集、验证、传播、区块汇编与存储的激励支付交易；时间戳；投票随机幻方；区块体由交易数据按Merkle树密码散列计算结构组成，并对区块体的Merkle树根值设置一定的密码散列重复计算次数W；W值由关联约束随机幻方构造的计算时间复杂度决定，使得区块体Merkle树根W重密码散列值的计算时间大于一个关联约束随机幻方的构造时间。

2.根据权利要求1所述的基于云计算的区块链分层共识证明系统，其特征在于：所述内层分布式云计算网络是指分布式混合云计算网络，其云计算节点包括公有云节点、企业云节点和私有云节点，各云计算节点组成一个对等通信的许可链网络；每个云计算节点持有指定公开CA证书机构发放或签名的公开CA证书作为许可链网络的进入凭据，CA证书及其相应私钥作为云计算节点对新区块汇编交易的真实性验证的承诺签名密钥及验证承诺签名的公开证据。

3.根据权利要求2所述的基于云计算的区块链分层共识证明系统，其特征在于：所述内层分布式云计算网络采用对等通信网络协议，云计算节点按照对等网络通讯协议将收到的任何消息立即无条件传播至所有邻居节点；外层分布式用户网络同样采用对等通信网络协议，用户节点按照对等网络通讯协议将收到的任何消息立即无条件传播至所有邻居节点；内层分布式云计算网络与外层分布式用户网络通过对等网络通信协议进行信息交互；其中外层分布式用户网络的用户节点根据内层分布式云计算网络中云计算节点的网络区域分布性，选择内层分布式云计算网络中最近的云计算节点作为自己的邻居节点；同理，内层分布式云计算网络的云计算节点根据外层分布式用户网络中用户节点的区域分布性，选择外层分布式用户网络中最近的用户节点作为自己的邻居节点。

4.根据权利要求3所述的基于云计算的区块链分层共识证明系统，其特征在于：所述内层分布式云计算网络的云计算节点根据网络交易的规模与地域分布特点自适应地增减；一个不属于内层分布式云计算网络的云计算节点加入内层分布式云计算网络的前提是申请节点的公开CA证书，根据内层分布式云计算网络云计算节点的分布情况，一个不属于内层分布式云计算网络的云计算节点与至少一个内层分布式云计算网络的云计算节点完成邻居节点确认与路由表交换，即可成为内层分布式云计算网络的许可云计算节点；相反地，内层分布式云计算网络的许可云计算节点通过从路由表中删去其邻居节点信息即可退出内层分布式云计算网络。

5.一种基于权利要求4所述的区块链分层共识证明系统的基于云计算的区块链分层共识证明方法，其特征在于，包括以下步骤：首先通过内层分布式云计算网络中的云计算节点将交易收集、验证、传播并与其他交易一起汇编成一个待证明的新区块并验证交易的真实性；然后通过外层分布式用户网络采用竞争抢答方式进行工作量证明，获得新区块满足难度要求的密码散列值证据；接着通过最长区块链的一致性共识协议或RAFT一致性共识协议实现新区块在内层分布式云计算网络云计算节点之间的一致性共识存储；最后通过共识证明激励机制将三个阶段紧密关联，提高区块链网络系统的去中心化、可扩展性和安全性。