[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

说明书

本发明公开一种基于云计算的区块链分层共识证明系统与方法，分层共识证明系统将区块链网络节点按功能分为云计算节点与用户节点，分别组成内层云计算对等网络与外层用户对等网络，内外层网络可实现相邻节点互访，内层网络负责区块汇编、真实性验证与区块链一致性共识存储，外层网络负责区块的工作量证明，将交易区块的汇编、工作量证明与一致性共识存储，按三阶段分段执行，并发处理，通过区块链激励机制将三个阶段紧密关联，提高区块链网络的去中心化、可扩展性和安全性。分层共识证明系统可以解决区块链网络因全节点的功能完备性所导致的资源浪费、低吞吐量与交易效率、网络流量大、网络延迟高以及网络延迟不均匀等问题。

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，特别涉及一种基于云计算的区块链分层共识证明系统与方法。

背景技术

区块链作为比特币的基础技术，具有去中心化、去中间人、去信任、匿名、开放、可追溯、分布式与不可篡改等特点，在数字货币、跨界支付、金融科技、智能合约、证券交易、电子商务、物联网、社交通讯、文件存储、存证确权、股权众筹等领域具有广泛的革命性应用。区块链网络的安全稳定运行必须解决P2P网络拜占庭将军问题(Byzantine GeneralsProblem)，即在缺乏可信第三方中心节点的条件下，如何在分布式节点之间达成共识形成互信。节点之间的公开账本共识一般分为两大类：证明类机制与非证明类协议。无论是证明类的PoW工作量证明与PoS权益类证明，还是非证明类的BFT、PAXOS以及RAFT等分布式系统一致性共识协议，都存在一个不可能三角关系限制，即不可能同时提高区块链网络系统的去中心化、可扩展性和安全性。

比特币与以太坊等已有公链网络和Hyperledger、R3以及Chinaledger等超级联盟链账本，都存在吞吐量小、交易效率低、可扩展性差、去中心化程度偏低等缺陷，不利于现实场景中不断增长的高频交易与扩展性要求，同时去中心化程度低也是影响系统数据安全性和不可篡改性的一个关键因素。考虑已有区块链网络节点的功能特点，一个对等区块链网络节点具有实现对交易的收集、验证、传递、区块打包、存储与工作量证明或一致性共识等所有功能，或者因共识节点过多导致共识效率过低，或者因对等网络节点过多导致节点消息与区块的传播延迟过大。因此，对等网络的规模与结构限制了交易的处理效率，同时区块链对等网络的规模也造成了数据存储资源的超级浪费。一种对节点功能的分离方式是将区块的汇编、验证与存储和区块的工作量证明计算分成两类不同的节点分别完成：存储验证节点只负责对交易与区块的收集、验证、传播、汇编与一致性共识存储，工作量证明节点只负责区块的工作量证明计算。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种交易效率高、网络延迟低并且能节约数据存储资源的基于云计算的区块链分层共识证明系统与方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于云计算的区块链分层共识证明系统，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。