[发明专利]一种区块链容错共识方案的优化方法

说明书

本发明公开了一种区块链容错共识方案的优化方法。包括：使用多叉树堆数据结构构建和维护节点网络拓扑；主节点共享秘密、分发准备信息、分发确认消息时按照多叉树堆自顶向下分发；每个主动节点获取消息时为对应子节点准备计时器，主节点获取子节点的时延，根据时延权值计算对应子节点的时延权值；通过时延启动故障检测机制来检测和替换故障节点，再根据权值更新多叉树堆结构；主节点通过聚合子节点的子密钥重建原始密钥，组装回复消息发送给客户端。本发明解决了共识算法中故障节点影响消息聚合阶段的时延、消息传递的复杂性、网络带宽开销大等瓶颈，限制了区块链的交易速度问题。

技术领域

本发明涉及了区块链技术领域的一种共识方案的优化方法，具体涉及了一种区块链容错共识方案的优化方法。

背景技术

区块链是一种去中心化的点对点系统，具备分布式的特点。通常，区块链由一个区块列表组成，每个区块中包含一组事务。这样的去中心化网络遵守节点间通信和验证新区块协议的网络管理方法，这依赖于一个共识协议来实现分散节点之间的一致性。达成共识的过程，需要由一组成员参与决策过程，该过程支持某决定，并服从决策过程中所有参与的成员的利益。在区块链中，通常选择一些节点作为共识节点，可以执行共识方案，这被称之为选举阶段。然后，共识节点负责将一批事务打包到一个新区块中。最后，将生成的区块广播到网络中，并确认区块中的交易。经过计算验证之后，该区块中的数据成功上链。

传统的拜占庭共识方案允许去中心化网络对网络状态达成一致，这使其可以集成到区块链共识层，允许各机构安全地对事务达成共识。然而，在实际的应用中，其存在着故障节点影响消息聚合阶段的时延、消息传递的复杂性、网络带宽开销大等瓶颈，限制了区块链的交易速度。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题和需求，本发明的目的是提供一种区块链容错共识方案的优化方法，实现解决消息聚合中故障节点时延过大而影响网络拓扑性能问题。

本发明采用的技术方案是：

包括以下步骤：

1)使用多叉树堆数据结构构建节点网络拓扑，节点网络拓扑的主节点作为多叉树堆数据结构的根节点，将节点网络拓扑的所有主动节点按初始化权重组织为多叉树堆数据结构的各个子节点；

2)主节点生成一组随机密钥，将随机密钥分成多个份额并作为各个子密钥，接着主节点通过多叉树堆数据结构向各个主动节点对应地发送一个子密钥；

3)客户端向主节点发送请求信息，主节点接收到客户端发来的请求信息后对客户端发来的请求信息进行处理，获得对应的准备信息并通过多叉树堆数据结构传播到所有主动节点；

4)所有主动节点接收到准备信息后通过自身的子密钥验证准备信息的签名，并启动所有主动节点对应子节点的计时器；

5)通过多叉树堆数据结构自底而上地将各个验证通过的主动节点对应的子密钥进行聚合并发送给主节点，其中根据每个验证通过的主动节点对应子节点的计时器确定主动节点对应子节点的时延，若每个子节点的时延超过时延阈值则启动故障检测机制，同时根据时延计算对应子节点的权值并更新，最后根据更新后的各个子节点的权值更新多叉树堆数据结构；

6)主节点通过预设数量的子密钥一次重建原始密钥，接着主节点根据一次重建原始密钥执行客户端请求后生成对应的执行结果并作为确认消息，主节点通过多叉树堆数据结构将确认信息发送给所有主动节点；

7)所有主动节点验证确认消息后自身执行客户端请求的结果，如果每个主动节点自身执行客户端请求的结果与确认消息一致，则通过多叉树堆数据结构自底而上地将所有主动节点对应的子密钥进行聚合并发送给主节点；

8)主节点再通过当前预设数量的子密钥二次重建原始密钥，主节点再根据二次重建原始密钥组装回复消息并发送给客户端；