[发明专利]适应交易量动态变化的异步共识方法及系统

说明书

本申请公开了一种适应交易量动态变化的异步共识方法及系统，主要为基于里德‑所罗门纠错码设计一个异步共识协议，在该协议中，每周期产生一个区块，各区块的产生经过广播、共识、恢复三个阶段。在广播阶段，各节点接收客户端的交易，从缓冲区中打包批处理集，构造并广播提议。在共识阶段，所有节点进行多轮消息交互，就当前区块包括哪些提议达成共识。在恢复阶段，所有节点通过两轮的消息交互，恢复出本周期共识提议包含的交易内容，构造本周期区块，从而降低现有异步共识协议的通信复杂度和冗余开销，并扩展了现有异步共识协议的应用场景，以适应动态变化的交易量，解决了相关技术通信复杂度过高以及应用场景受限等问题。

技术领域

本申请涉及信息安全和电子商务技术领域，特别涉及一种适应交易量动态变化的异步共识方法及系统。

背景技术

在分布式系统中，拜占庭故障节点的任意行为可能给系统带来严重的破坏。为了让分布式系统能够在拜占庭故障存在时正常运行，学术界提出了诸多拜占庭容错协议。异步原子广播是一种高层次的拜占庭容错协议，旨在使异步系统中的节点对连续广播的消息形成一致的顺序，通常作为共识协议应用于区块链系统中。

HoneyBadger协议是首个实用的异步原子广播协议。在HoneyBadger中，每个节点启动一个异步可靠广播实例，从缓冲区中选取固定批量的交易打包成批处理集，将其使用门限加密技术加密后，通过异步可靠广播实例广播给其他节点。随后，系统中的所有节点运行n个异步二元协定实例，一致选择至少n-f个批处理集进行门限解密，将这些批处理集按字典序排序后，作为当前区块的交易内容。每个异步可靠广播实例的通信复杂度为O(nl+λn²log n)，每个异步二元协定实例的通信复杂度为O(λn²)，因此HoneyBadger协议总的通信复杂度为O(n²l+λn³log n)。其中l为批处理集大小，λ为安全参数，n为节点数量，f为系统中最大恶意节点的数量。较高的通信复杂度使得HoneyBadger协议难以平衡吞吐量和延迟，也难以应用于大规模的分布式系统。

为了进一步将异步共识协议从理论推向实际，近年来学者们致力于研究降低异步共识协议的延迟，提高其吞吐量。但现有研究方案仍面临两个问题。

第一是通信复杂度过高的问题。现有的异步共识协议不再采用异步二元协定作为核心组件，而是基于异步多元可验证协定设计，将随机化组件的个数由O(n)级别降到了常数级，实现了O(1)的时间复杂度。但现有方案仍未完全摆脱使用抹除码保证协议安全性的设计思想，导致通信复杂度仍为O(n²l+λn³log n)，冗余信息项(λn³log n)仍高于有效载荷项(n²l)一个数量级，通信的冗余开销较大。

第二是应用场景受限的问题。一种均摊通信冗余开销的方案是增大批处理集中包含的交易量，当lλn log n时可认为共识每个交易的通信开销是线性的。然而，若采用这种处理方法，只有当缓冲区中有足够交易时才会驱动共识协议，这将增加交易在缓冲区中的等待延迟。另一方面，增大批处理集也将增加区块大小，每个区块中交易的顺序采用字典序排序，这将降低交易排序的因果性。因此，现有方案只适用于交易量相对恒定且充足，对交易顺序不敏感的应用场景。

发明内容

本申请提供一种适应交易量动态变化的异步共识方法及系统，以解决相关技术通信复杂度过高以及应用场景受限等问题。

本申请第一方面实施例提供一种适应交易量动态变化的异步共识方法，包括以下步骤：广播阶段：发送客户端的交易至网络节点，并将所述交易存入所述网络节点的缓冲区，通过动态批处理技术将所述网络节点缓存的交易打包成批处理集，将所述批处理集加密后生成提议并广播至所有网络节点；