[发明专利]一种区块链的可扩展共识方法

说明书

本发明公开了一种区块链的可扩展共识方法，通过DHT路由思想，将所有的排序节点映射到哈希环，利用一致性哈希算法将交易Tx路由到指定区块，以此实现区块的并行化出块。同时，为了保证并行化出块的区块顺序一致性。在哈希环中排序节点选举一个主节点mainNode负责将所有区块编号。使用单个节点mainNode对区块进行排序保证分布式出块的区块顺序一致性。使得区块打包具有非常好的扩展性和灵活性，符合当今企业级区块链应用的需求。

技术领域

本发明属于区块链技术领域，更为具体地讲，涉及一种区块链的可扩展共识方法。

背景技术

区块链根据权限控制不同，一般分为三类：私有链，公有链和联盟链。私有链只对单独的个体或组织开放，如企业内部使用。公有链对所有人开放，链上的所有节点可随时加入或退出。目前在公有链系统中，默认所有参与节点不可信，故采用PoW(Proof of Work)等BFT算法解决分布式共识问题，其代价是海量计算导致共识速度缓慢、系统吞吐量下降。典型代表如Bitcoin，受其选取的PoW共识算法限制，平均出块时长为10分钟，TPS仅为7。是选择了去中心化和安全性而牺牲性能的典型代表之一。相比之下，联盟链增加了准入机制弱化了去中心化特性。典型代表如Hyperledger Fabric，所有参与者均需通过CA认证才能相互通信。这样的优势在于，整个系统原则上无恶意节点，故可以委托某可信服务负责出块，相比于公链可以极大缩短共识时间，提高了性能。同时，为了保证系统容错性，联盟链的共识服务也支持多实例同时运行：其共识服务的实现通过Paxos/Raft等协议选举Leader，由Leader实际负责将交易打包形成区块。虽然联盟链的交易速度天然要比公链快，但单个Leader串行出块的扩展性不佳，不能支持高并发事务系统。

联盟链排序服务主要功能是将Client接收到的交易进行排序后打包出块，其流程为：管理系统通道和应用通道、维护通道账本和配置、提供Broadcast广播服务接收交易，启动对应的Orderer共识排序服务打包出块、Deliver区块分发服务处理区块请求、Orderer从本地账本中返回请求范围内的区块数据。

现有的联盟链在排序服务阶段使用的共识服务技术通常为Solo、Kafka、Raft等共识算法，Solo算法只适用于测试环境。Kafka算法因配置繁琐与额外的管理开销等原因逐渐被弃用。默认采用的Raft共识算法有着复杂的选举机制，增加了系统开销。联盟链在排序服务阶段主要功能是将交易进行排序并打包成块。Raft共识算法是严格的单个Leader打包区块，多个Follower参与共识的算法。单个节点串行化出块会造成事务阻塞，严重降低了系统性能。

在联盟链排序服务中，不同的通道单独运行一套Raft协议的示例，该协议允许每个实例选择不同的Leader。通道的创建者和通道管理员能够选择当前系统中可用排序节点的子集，并根据需要添加或删除排序节点(暂不支持一次增删多个节点)。如其工作流程如下：

1)Client给Orderer发送交易，所有交易根据判断是配置交易还是普通交易转发给Raft集群中的Leader节点进行相应处理。

2)如果当前的Orderer是Leader节点，对交易进行打包出块。普通交易根据区块容量和超时时间进行打包出块，对于配置交易单独出块。如果Orderer不是Leader节点，则会通过rpc转发给Leader节点。

3)Leader节点将打包好的区块传递给底层的Raft状态机，将该日志广播给其他的Follower节点，收到半数以上的节点响应，Leader节点提交该日志，区块被写入本地账本。