[发明专利]一种适用于无线区块链网络的容错共识方法

说明书

本发明公开了一种适用于无线区块链网络的容错共识方法，包括以下步骤：领导选举阶段：在无线区块链网络中选举出一个leader矿工节点；区块提议和验证阶段：由上一阶段产生的leader矿工节点提出和广播新区块并对其进行记录，其他矿工节点也对新区块进行记录，直到记录了多于故障节点数量的相同的区块，则进入下一阶段，否则，返回上一阶段；区块链更新阶段：所有正常工作的矿工节点更新本地区块链，达成共识。该方法可在矿工节点间传输信息不确定，传输信道不稳定且存在故障节点的情况下，通过物理载波侦听和设置节点间传输规则的方法，使得无线区块链网络中所有正常工作的节点在有效的运行轮数内达成共识，且在一定程度上避免了区块链网络中的分叉问题。

技术领域

本发明属于分布式网络技术领域，特别涉及一种适用于无线区块链网络中的容错共识方法。

背景技术

在过去的十年中，区块链系统发展迅速，引起了研究界和工业界的极大的兴趣。区块链本质上是一个分布式数据库系统，是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一批次网络交易的信息，用于验证其信息的有效性和生成下一个区块。区块链可以用于登记和发行数字化资产、产权凭证、积分等，并以点对点的方式进行转账、支付和交易。除了作为公开密码货币的核心机制外，区块链还可以应用于金融、公共服务物流和物联网等多个领域。

共识机制是通过特殊节点的投票，在很短的时间内完成对交易的验证和确认；对一笔交易，如果利益不相干的若干个节点能够达成共识，我们就可以认为全网对此也能够达成共识。共识机制是维护分布式账本去中心化的重要机制，是保持区块链安全稳定运行的核心。共识算法就是用于实现共识机制的方法。然而区块链系统想要在无线网络环境中达成共识存在着以下挑战：其一是轻型移动设备存储和计算能力有限，难以解决无线区块链网络中的工作量证明的难题；其二是由于多设备可以访问相同的无线信道，节点之间的传输相互影响。无线网络中的消息传输的不确定性和信道的不稳定性导致在无线网络中难以达成共识环境；其三是在现实生活中，设备可能因不明原因发生故障，从而导致其不工作或发送错误消息，这是难以避免的，同时也使得区块链网络中共识的实现变得更加困难。

目前，大部分针对无线区块链网络共识的研究关注的都是如何在设备上实现工作量证明计算或者是如何取代工作量证明计算，没有充分考虑无线网络的特性。在当前已有的技术中，还没有在同时考虑无矿工节点之间传输信息的成功率不确定，信道不稳定且存在故障的矿工节点的情况下，使无线区块链网络中所有正常工作的节点达成共识的方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于无线区块链网络中的容错共识方法，在区块链网络中传输信道不稳定且存在一定数量故障节点的情况下，利用无线信道底层特性和技术，使得整个网络中正常节点之间达成共识。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种适用于无线区块链网络中的容错共识方法，包括以下步骤：

(1)领导选举阶段：通过对信道进行物理载波侦听，在O(logn)轮之后，在无线区块链网络中选举出一个leader矿工节点；

(2)区块提议和验证阶段：由上一阶段产生的leader矿工节点提出和广播新区块B并对其进行记录，其他矿工节点也对新区块B进行记录，直到网络中正常节点均记录了f+1个相同的新区块B，f为网络中至多存在的故障节点数，则进入下一阶段，否则其他没有当选为leader的矿工节点返回领导选举阶段再次参与领导选举；

(3)区块链更新阶段：所有矿工节点根据记录的区块的情况更新本地区块链，达成共识。

上述方案中，步骤(1)具体如下：

(1.1)无线区块链网络中所有矿工节点的状态值State初始值设为candidate，验证参数为C和运行轮数计数器的初始值为0，矿工节点每从头开始执行一次该方法称为一轮；在每一轮，所有状态值为candidate的矿工节点以一定的概率发送非编码信息M；