[发明专利]一种基于可验证随机函数的分片共识方法

说明书

本发明属于区块链技术领域，具体涉及一种基于可验证随机函数的分片共识方法。该方法首先在节点进网注册构建网络阶段由服务群组分配权值WEIGHT；然后所有节点选举目录委员会成员，依据WEIGHT判断节点等级并相互通信得到节点身份关系映射表，完成网络分片；不同分片同时进行普通委员会成员选举，并进行普通委员会内部共识；最后如果共识未结束，进入下一时期，进行委员会重配置。通过多委员会分片设计来并行执行交易，提高交易速度及交易吞吐量。委员会选举和重配置过程中，通过可验证随机函数VRF保证节点竞选委员会成员的公平性；由WEIGHT作为VRF的动态输入，采用基于VRF的PoS共识算法解决敌手对重配置过程的偏置问题，降低敌手操纵节点形成恶意攻击的可能性。

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，具体涉及一种基于可验证随机函数的分片共识方法。

背景技术

区块链技术是国家重点的前沿研究技术，在不可信环境下，通过对等网络P2P(Peer-to-peer network)和链式数据结构的分布式存储来实现节点对等和数据备份，借助分布式共识机制来确定区块链结构，使用密码学方法来保证数据完整性、不可否认性、保密性及可验证性，利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据，它是一种全新的分布式基础架构与计算范式。

共识机制作为区块链技术的基础和核心，是区块链的安全性、可扩展性和去中心化程度等许多重要特性的决定性因素。随着共识机制的发展，将现有的共识机制分为经典分布式共识和区块链共识。经典分布式共识主要包括拜占庭容错算法BFT(ByzantineFault Tolerance)及其扩展算法，区块链共识算法更多涉及基于工作量证明的共识算法PoW(Proof of Work)和基于权益证明的共识算法PoS(Proof of Stake)。其中，实用拜占庭协议PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)最大优势在于对拜占庭节点的可容错性，但它是一个多项式复杂度的算法，节点过多时性能急骤下降；基于工作量证明的共识机制PoW保证了各节点的公平性竞争，但需要耗费大量的算力；基于权益证明的共识机制PoS解决了能源消耗问题，但更容易被敌手腐化，造成权利的集中化，违背了区块链去中心化的原则。所以在此基础上，将经典分布式共识与区块链共识相结合的混合共识机制应运而生。中国专利CN111445241A提出了一种结合PoW和PoS的混合共识方法，该共识方法中包括两条区块链，第一条链采用PoW共识出块，第二条链以第一条链的历史数据作为依据，采用PoS共识出块并运行业务逻辑。中国专利CN110855432A公开了一种基于可验证随机函数分配验证者奖励的BFTPOS共识机制，引入“验证者”的角色来参与区块的验证工作，同时设计基于可验证随机函数的奖励分发机制来获得验证奖励。

一系列算法的出现，保证了区块链的安全性、活性、公平性，但随着链长度的增加，交易规模的大幅增大，如何在保证公平性、容错率的基础上，提高交易速度及交易吞吐量是区块链持续发展必须要解决的问题。而混合共识中多委员会的混合共识又称为分片共识，其基本原理为采用PoW或PoS的方式选举特定的委员会，在委员会内部运行经典分布式共识机制来生成区块。它的出现提出了通信分片、计算分片、存储分片的概念，为解决区块链共识算法中的高吞吐率问题提供了一个新思路。但委员会的出现，势必涉及到委员会重配置过程中如何保证其抗偏置性问题。而如何解决该问题也成为分片共识算法的重点研究内容。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明在每个节点进网时分配不同的权值WEIGHT，在委员会选举和重配置过程，引入可验证随机函数VRF和WEIGHT，采用基于VRF的PoS共识算法进行设置解决敌手对重配置过程的偏置问题。然后通过对委员会成员选举过程分片设计来并行执行交易，以此提高交易速度及交易吞吐量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于可验证随机数的分片共识方法，包括以下步骤：

1)初始化服务群组，构建并初始化节点信息注册表；所述节点信息注册表，用于记录申请入网的节点信息；