[发明专利]一种基于带权重的随机洗牌算法的抽签方法及应用

说明书

本发明公开了一种基于带权重的随机洗牌算法的抽签方法及应用，本方法包括抽签过程和验证过程两部分，给出了洗牌方法用于决定区块链出块者序列，若共识的节点不能出块，则由排在第二位的节点出块，依次类推；并且，采用了带权重的随机洗牌函数，可以保证输出优先级顺序概率与持有的权益成正比。本抽签方法可用于leader节点选举和委员会节点选举。本发明可以实现异步网络中的出块共识，无须多轮共识，对网络同步要求大大降低，并且，可以抵抗女巫攻击，大大提高了安全性。

技术领域

本发明涉及一种抽签方法，尤其涉及一种基于带权重的随机洗牌算法的抽签方法及应用。

背景技术

区块链是继大数据和人工智能之后的又一项互联网革命，融合了分布式计算、加密技术和可证明安全等多项技术。区块链技术为去中心系统提供了一种可行方案。区块链中的一个核心步骤是共识，即如何在多个矿工生成区块的情况下决定哪个矿工的区块被接收到链上。

比特币是第一个得到广泛应用的区块链系统，采用了PoW共识机制。在PoW共识机制中，算力是出块的决定因素，即算得最快的节点，其区块更容易上链并得到奖励。在该体制下，由于每次只能有一个节点的出块被接受到链上，其他的算力都都浪费掉，由此，PoS体制被提出并被区块链系统接受。

在PoS体制中，节点出块的概率与其占有的某项资源相关，该资源可以是其持有的代币、拥有的内存或者存储资源。与PoW相比，PoS不会出现分叉，不需要大量的计算，节省了能源。

但为了防止女巫攻击，PoS要求节点获得出块的概率与其持有的资源成正比，与其分拆和合并没有关系。在实际系统中往往采用PoS+PoW共识机制，即出块节点仍然需要一定的计算量，但比传统PoW体制计算量要小得多。在PoS体制中，核心问题是如何设计高效、公平的共识算法。

针对上述核心问题，现有技术提出了一种Algorand共识机制，是一种基于可验证随机函数(VRF)的抽签算法，可以公平地决定胜出节点，从而共识出块节点。然而，该方法对网络同步有一定要求，即要求网络节点时延，出块节点在一段时间内能够保持在线，如果网络不能同步，则共识失败，进入viewchange(转换等待)，等待下一轮共识。此外，传统的基于随机洗牌算法的共识方法缺乏安全性证明，存在安全隐患。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种基于带权重的随机洗牌算法的抽签方法及应用。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于带权重的随机洗牌算法的抽签方法，包括抽签过程和验证过程两部分；

抽签过程包括以下步骤：

S1：拼接字符串；

S2：以拼接得到的字符串和当前用户的私钥sk_i作为输入，利用可验证随机函数生成哈希值hash_i和对应的证明proof_i；

S3：对指定范围内的每个数值，利用哈希函数计算哈希值；设指定范围为1-w_i，w_i为节点i持有的份额，即对应的权重为w_i；记优先级最大的哈希值为τ_i，对应的数值记为π_i；

S4：用带权重的随机洗牌函数进行随机洗牌，生成一个优先级列表；

S5：用带权重的随机洗牌函数对默认列表进行随机置换；

S6：当前用户将自身置于生成的列表的最高优先级位置，得到列表list_i；

S7：广播hash_i、proof_i、τ_i、π_i、list_i；

所述验证过程包括以下步骤：