[发明专利]一种基于Raft-PBFT的区块链共识方法

说明书

本发明涉及一种基于Raft‑PBFT的区块链共识方法，属于区块链技术领域。该方法包括以下步骤：基于K均值算法将区块链网络节点划分为多个子集群；所有子集群主节点与监督节点构成主集群；客户端发送请求消息至主集群节点，重定向至监督节点；监督节点接收客户端请求消息；主集群内基于改进的Raft协议执行第一轮共识协议；若主集群节点达成共识，监督节点发送确认回复消息至客户端，并将回复证书发送至主集群节点；各子集群内基于实用拜占庭容错算法执行第二轮共识；若子集群达成共识，子集群主节点发送确认回复消息至客户端；若客户端收到不少于主集群半数的确认回复消息，客户端请求消息在集群内达成共识，区块链共识流程结束。

技术领域

本发明属于区块链技术领域，涉及一种基于Raft-PBFT的区块链共识方法。

背景技术

区块链是一种分布式数据库技术，该技术在金融服务、能源贸易、供应链管理、物联网等各个领域都显示出巨大的应用潜力。区块链的核心技术包括共识机制、分布式存储技术、密码学和智能合约，其中，共识机制着重解决分布式系统的一致性问题，旨在保证所有节点维护的数据副本的一致性，避免数据不统一和信息不对称问题的发生。

为提高共识效率，区块链中常使用轻量的共识算法，如实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)和Raft等一致性共识算法。PBFT算法可在一定程度上实现区块链系统的拜占庭容错，该算法流程包括主节点广播预准备消息给副本节点，副本节点收到预准备消息后，广播准备消息，若副本节点收到不少于2f条来自不同节点的准备消息，则该节点广播提交消息。根据PBFT算法流程，若存在不超过1/3的恶意节点数目，该算法仍可实现节点共识。尽管PBFT算法在延迟、资源需求和节点复杂性方面表现出良好的性能，但其流程较为复杂，可扩展性差，难以适用于大规模网络场景。Raft是一种强领导者算法，其可分解为两个模块：领导者选举和日志复制。在基于Raft的区块链系统中，数据仅能从领导者到其他服务器单向流动，具有线性复杂度，共识效率高，Raft可以容忍不超过50％的停机故障，但其不具备拜占庭容错能力。针对PBFT及Raft算法的缺陷，亟需设计高效、复杂度较低且支持拜占庭容错的区块链共识机制。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于Raft-PBFT的区块链共识方法。通过实现Raft与PBFT机制的高效融合，降低节点通信开销，支持拜占庭容错，提高共识效率和可扩展性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于Raft-PBFT的区块链共识方法，该方法包括以下步骤：

S1：基于K均值算法将区块链网络节点划分为多个子集群；

S2：所有子集群主节点与监督节点构成主集群；

S3：客户端发送请求消息至主集群节点，重定向至监督节点；

S4：监督节点接收客户端请求消息，验证客户端请求消息签名及客户端身份是否合法；若消息签名或客户端身份验证未通过，则丢弃该请求消息；若验证通过，转至S5；

S5：主集群内基于改进的Raft协议执行第一轮共识协议；

S6：若主集群节点未达成共识，请求消息验证失败；

S7：若主集群节点达成共识，监督节点发送确认回复消息至客户端，并将回复证书发送至主集群节点；

S8：若主集群节点收到回复证书，转至S10；

S9：若主集群节点未收到回复证书，则在其子集群内触发视图切换，转至S10；

S10：各子集群内基于实用拜占庭容错PBFT算法执行第二轮共识；

S11：子集群判断是否达成共识，若是，对应子集群主节点发送确认回复消息至客户端，转至S14；