[发明专利]一种基于PBFT的S-PBFT简化共识协议运行及并行优化方法

说明书

本发明公开了一种基于PBFT的S‑PBFT简化共识协议运行方法，包括：(1)请求阶段；(2)预准备阶段；(3)提交阶段；(4)结束阶段。一种基于PBFT的S‑PBFT简化共识协议的内部并行方法，依次包括：区块生成、区块广播、区块验证、投票广播和区块写入/回滚；依照耗时瓶颈的诱因分为两类：本地计算耗时和网络通信耗时；本地计算耗时的流程有区块生成、区块验证和区块写入；网络通信耗时的流程为区块广播与投票广播。还公开了基于PBFT的S‑PBFT简化共识协议的内部并行方法的优化方法，基于PBFT共识算法的简化共识协议通过流程简化和并行化技术，对传统PBFT共识算法进行改进，使得其更加符合联盟链系统架构的性能需求，进一步提高系统的计算资源利用率和共识过程执行效率。

技术领域

本发明属于区块链共识技术领域，尤其涉及一种基于PBFT的S-PBFT简化共识协议运行及并行优化方法。

背景技术

传统的PBFT共识算法在一轮共识中存在三次全网广播：预准备阶段、准备阶段和提交阶段均需要以广播的形式进行数据传递。而在具体的工程实践中，广播消息有网络通信作为具体的实现手段。当系统的规模上升时，不断有新的节点加入，请求的数据量也不断增大时，多次的广播将意味着极大的网络通信量，使得网络通信资源成为系统性能的重要瓶颈。此外，由于共识过程中存在着串行化的流程，使得计算资源在数据广播期间没有得到充分的利用而浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于PBFT的S-PBFT简化共识协议运行及并行优化方法，S-PBFT共识算法是一种基于PBFT共识算法的简化共识协议，其目的是通过流程简化和并行化技术，对传统的PBFT共识算法进行改进，使得其更加符合联盟链系统架构的性能需求，进一步提高系统的计算资源利用率和共识过程执行效率。

本发明一方面提供了一种基于PBFT的S-PBFT简化共识协议运行方法，包括：

(1)请求阶段：请求将广播至全网节点，每一个节点接收请求的行为是相同的；

(2)预准备阶段：通过区块高度和轮数计算以轮询的方式进行选主，以保证节点之间的对等性；每一轮共识开始前将完成选主；所述区块高度指的是共识开始前，已确认并加入区块链数据中区块的数量；轮数指的是针对基于区块高度的下一区块，已进行过多少次共识计算；所述选主的过程为：

Propose(hash(h,r))＝n (1)

其中，Propose函数将计算出本轮主节点的编号n，n为小于当前网络节点总数N的自然数，用于索引唯一的节点；在主节点被唯一确定后，主节点将会将收集到的请求信息进行打包并广播给全网节点；

(3)提交阶段：S-PBFT共识协议在本阶段将进行投票操作，投票由全网节点共同参与，并且每一个节点的投票行为相互独立；节点收到了预准备阶段的广播数据后，基于本地区块数据对主节点的做块行为进行验证；验证结束后，将验证的结果转换为投票结果，进行全网广播；

(4)结束阶段：经过上一轮的全网投票，每一个节点都将会收到投票信息；当节点收到的投票信息足以使得其作出判断时，节点将进行做块或否定做块；之后，本轮结束，每一个节点均将进入下一轮的共识。

优选的，所述基于PBFT的S-PBFT简化共识协议面向联盟链设计，所述联盟链的节点需要一定的审批许可，方能加入共识。

优选的，所述预准备所述广播的数据用5元组来表示：

BroadcastingData＝{Height,Round,Txs,Node,Digest} (2)；

主节点的广播数据中需要蕴含当前共识中的区块高度Height、轮数Round、交易数据Txs、节点自身数据Node以及消息摘要Digest，这些数据可以使得其他从节点对主节点的做块操作进行充分的验证。