[发明专利]基于新型嵌套链架构的面向海量实时物联网的上链方法

说明书

本发明公开了一种基于新型嵌套链架构的面向海量实时物联网的上链方法，提出一条父链与多个子链共存的嵌套链架构，即父链保有较小规模的节点数量，主要负责收集重要信息用于IoT数据验证、记录身份信息、全局数据管理等；子链数量多节点多，具有高灵活性、可拓展性，用于接受和存储本地IoT数据，并为链下应用数据提供上链前的处理，保证链下应用网络的海量数据能够完整、及时、高效上载。同时，本发明基于嵌套链设计面向应用网络子链节点的动态部署方法，研究如何动态感知并排查恶意节点，高效选取和替换父链接入节点，以保证节点的合法性、安全性以及数据高效上链，实现高可用性的子链动态接入。

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种基于新型嵌套链架构的面向海量实时物联网的上链方法。

背景技术

区块链作为一种结合分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式，凭借其去中心化、不可篡改、可追溯、匿名等特征，在众多前沿领域取得了广泛的应用。随着物联网(IoT)和5G技术的飞速发展，车联网、远程医疗等应用场景产生的海量实时数据成为当前区块链技术落地的关键挑战。

联盟区块链系统如Hyperledger Fabric，具有较高的吞吐量和较低的时延，并且能够实现对节点身份的认证和数据的访问控制。然而，其可拓展性特别是节点数量相比公链受到限制，随着加入区块链节点数量的上升，会出现系统开销的急剧上升和性能的急剧下降。

发明内容

本发明针对联盟链随着区块链节点数量增加，系统开销急剧上升性能急剧下降，从而导致链下信息难以与链上数据协同的问题，提出一种基于新型嵌套链架构的面向海量实时物联网的上链方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于新型嵌套链架构的面向海量实时物联网的上链方法，区块链系统由单条父链和多条子链组成，父链和子链的组成节点均分为两种类型：普通节点只负责本地数据管理功能；通信节点除和普通节点一样的功能外还具备跨链通信功能；父链和子链中的通信节点共同构建一个通信通道，即中继链，用于链间的数据交换；子链以嵌套的结构与父链共存，用以对接链下大规模应用数据，基于机器学习实现子链通信节点的动态感知，并排查恶意节点，高效选取和替换父链接入节点，实现高可用性的子链动态接入。

进一步地，子链接入节点的选取过程是利用改进的GCN算法进行节点的感知以及分类，从而筛选出子链中高效节点用于链间通信。

进一步地，子链接入节点的选取过程为：

S31、图构建：

利用区块链中节点的特征属性以及节点间的交易信息构建交易图，作为神经网络模型输入，每个交易图是由节点与边组成的包含边信息的有向图；

S32、图学习：

GCN模型初始输入为图构建产生的矩阵，之后通过层级传播对节点状态进行更新；

S33、节点分类与父链协同评估：

GCN模型最后一层得到T次迭代后每个节点的状态向量其中t为每一个节点的输出特征数，即节点类别数；对每个节点应用将模型输出值映射成概率值，得到每一个节点的分类概率：该向量代表第i个节点分别是这t个类别的概率，即节点分别作为接入节点、候补节点、普通节点、低效节点的概率值，取最大概率为节点类型，得到每一个节点的分类概率；同时，父链根据节点历史更新信息评估子链选取的接入节点，若该节点历史作为低效节点的次数T阈值Th，则父链向子链请求从候补节点列表中替换该接入节点。

进一步地，图构建过程主要包含以下关键参数：

节点特征矩阵第k个节点的特征属性表示为：f₁为本轮发起的交易次数，f₂为上一轮发起的交易次数，s₁为当前节点类型，s₂为上一轮节点类型；