[发明专利]基于协同过滤推荐的区块链拜占庭容错共识方法

说明书

本发明属于区块链技术领域，特别涉及一种基于协同过滤推荐的区块链拜占庭容错共识方法，通过节点之间相互推荐来计算节点全局信任值，对节点的推荐意见进行相似度度量，来优化节点全局信任值的计算过程，进而抵消恶意节点的影响作用；之后，选取具有较高信任值的节点参与共识过程，一方面排除了恶意节点对系统的干扰，保持系统的安全性和可用性，另一方面将通信复杂度与节点规模进行解耦，有效减少共识节点数量，可满足大规模网络环境下对共识效率的要求。通过实验结果表明，在网络规模庞大环境复杂的场景下，本案方案可在保证区块链系统安全性的同时，能够有效提高系统效率和可扩展性，对区块链技术的落地应用具有积极推动作用。

技术领域

本发明属于区块链技术领域，特别涉及一种基于协同过滤推荐的区块链拜占庭容错共识方法。

背景技术

于点对点网络(Peer-to-Peer，P2P)和密码学的分布式账本，由一串使用密码学方法产生的数据区块组成，每一个区块都包含上一个区块的哈希值，从创始区块连接到当前区块，形成链式结构。随着研究的深入，区块链技术可以在没有可信第三方的情况下，为分布式环境中多个实体之间建立信任关系提供支撑。因此，区块链不仅推动了加密货币的发展，还在物联网、供应链等场景中发挥着越来越重要的作用。根据开放程度的不同，区块链可以分为公有链、联盟链和私有链。其中，公有链的去中心化程度最高，不受任何机构控制，所有人都可以对区块链数据进行维护和读取，当前主流的公有链项目有EOS等。私有链的开放程度最低，仅限于企业、国家机关或者其他单独个体使用。联盟链的开放程度介于公有链和私有链之间，它由预先确定的节点参与记录维护，而其他节点想要访问联盟链，则必须经过授权才可以。

共识协议是区块链的核心基石，它解决了区块链网络中所有参与方如何就新区块达成共识的问题。根据主节点选举策略的不同，共识协议可以分为证明类和选举类两种。其中证明类共识协议的主节点需要通过某种方式证明自己具有提出新区块的资格。例如，公有链项目中的工作量证明(PoW)协议需要全网节点竞争计算一个符合特定规则的哈希值，最先找到目标值的节点会立即将该值记录到新区块中，并广播到整个网络，然后其他节点在收到区块后，会验证该哈希值的正确性，如果验证通过，则该区块就会被附加到链上。除此以外，证明类共识协议还包括股权证明(Proof of Stake，PoS)、权重证明(Proof ofWeight，PoWeight) 和容量证明(Proof of Space，PoSpace)等。作为一类被公有链广泛采用的共识协议，证明类共识协议的可用性已在实践中得到验证。但是，此类协议还普遍存在效率低和缺乏公平性等问题。选举类共识协议的主节点则是通过投票选举产生的，例如Raft、Multi-Paxos和实用拜占庭容错(PBFT)等。这类共识协议具有较高的吞吐量和较低的共识延迟。但是Raft和 Multi-Paxos只能容忍系统中存在故障节点，不能容忍作恶节点，因此，在复杂网络环境下， Raft与Multi-Paxos无法保证系统的安全性。PBFT作为第一个用于异步网络环境中的拜占庭容错共识算法，适合于对安全性和一致性要求更强的区块链场景，例如FISCO BCOS和 Hyperledger Fabric的早期版本都采用PBFT进行共识。但是随着应用环境和需求的不断变化，PBFT的局限性也逐渐显露出来。首先，PBFT的通信复杂度会随着节点数量的增加而升高，因此无法适用于对效率具有较高要求的大规模区块链系统；其次，PBFT的安全性建立在恶意节点数量不超过节点总数三分之一的基础上，所以，恶意节点的存在会对系统的安全性造成威胁，然而，PBFT缺乏相应的机制去发现并排除系统中的恶意节点；最后，PBFT中的主节点一旦崩溃或者作恶，就会触发通信复杂度为的视图更换协议，造成较大的计算和通信开销，但是PBFT又缺少有效的手段来保证选出的主节点具有较高的可靠性。

发明内容

为此，本发明提供一种基于协同过滤推荐的区块链拜占庭容错共识方法，通过引入协同过滤机制，利用节点之间相互推荐来计算全局信任值，并通过节点之间推荐意见相似度对推荐进行加权来弱化恶意节点的攻击行为对系统的影响，选取较高信任值的节点组成共识组来执行PBFT共识，提升系统安全可靠性，满足大规模网络环境下对共识效率的要求。