[发明专利]基于可信性评估的区块链共识方法

摘要

本发明涉及基于可信性评估的区块链共识方法。本方法采用基于信任值的加权投票共识，按照信任值排名动态随机组成共识组。每个共识组的成员都有与其信任值成正比的投票权重，而信任值由长时间累计的综合表现决定。所以，只有诚实的节点，表现长时间的正常并且有规律，才可能成为共识组的一员。共识组中会有一矿工被随机选中成为领导者，领导者可以产生微块对交易进行打包，其它节点对微块进行共识，一轮工作结束。本方法有三大改进：第一，发明一种新型的领导者和共识组的创建方法，保证选择的随机性和公平行。第二，基于长时间累计的综合表现所创建的信任值计算方式。第三，创造了一种基于改进的raft的共识算法，可以扩大吞吐量。

主权项

1.一种基于可信性评估的区块链共识协议，其特点在于包括以下步骤：步骤1：计算内部信任值；步骤1.1：计算由一个矿工在区块链中的所有时期创建的密钥块的平均值mean_k；如公式(1)所示，其中K_i表示在第i个大块中矿工创造的密钥块数量，L表示当前区块链的长度；步骤1.2：计算由一个领导者在区块链中的所有时期创建的微块的平均mean_m；如公式(2)所示，其中mj表示在第j轮矿工所生产的微块被验证成功的数量；m表示一个领导者被预定的生成的微块数；N表示矿工被选为领导者的次数；步骤1.3：计算s_k即mean_k的标准差；如公式(3)所示，其中c表示大块的大小，大块中包含系统预先定义数量的键块；t表示(向上取整)是长度为L的区块链中包含的大块数量；步骤1.4：计算s_m即mean_m的标准差；如公式(4)所示，其中N表示矿工被选为领导者的次数，m_j表示在第_j轮矿工所生产的微块被验证成功的数量；m表示一个领导者被预定的生成的微块数；步骤1.5：计算矿工定期为系统贡献算力的能力y₁；如公式(5)所示，分子mean_k表示矿工生成的固定密钥块的百分比，表示矿工为整个系统贡献的有效工作的分数；在分母中s_k是矿工生成的固定键块的标准偏差，表示矿工对每个块的贡献的规律性；它们共同保证了矿工的信任值是根据矿工的综合能力计算出来的；步骤1.6：计算领导者在选择微块时提交定义数量的微块的“规律性”y₂；如果N>＝1，即此矿工当过领导者，那么如公式(6)所示，分母mean_m表示生成的微块的百分比，在分母中s_m是矿工生成的固定微块的标准差，表示矿工对每个块的贡献的规律性；如果N<1，那么y₂为1，如公式(7)所示；y₂＝1   (7)步骤1.7：计算矿工的综合能力x；如公式(8)所示，其中y₁表示矿工定期为系统贡献算力的能力，y₂表示领导者在选择微块时提交定义数量的微块的“规律性”,L为区块链总长度；x＝y₁y₂L   (8)步骤1.8：计算根据时间要求控制信任增长的趋势f(x)；f(x)的公式是一个sigmoid函数；如公式(9)所示，其中，α，λ为系统参数，x为综合实力；α＝10000，λ＝50000；步骤2：计算外部信任值，外部信任值表示为目标矿工在进行历史交易中的信任情况，取值为[0,1]，信任值为1表示对目标矿工完全信任，信任值为0表示目标矿工为恶意矿工，信任值为0.5则表示对目标矿工的信任度没有把握；步骤2.1：本方法使用三元组T＝{b，d，u}来描述矿工的信任评价；b、d、u分别代表对目标矿工的信任程度，不信任程度和不确定程度；三者满足的关系如公式(11)所示：b+d+u＝1,{b,d,u}∈[0,1]   (11)步骤2.2：计算调控因子调控网络中的不确定因素w_c；如公式(12)所示，在一轮交易时间内，目标矿工的交易数量为E，如果交易对方对交易有异议则会发送发警告消息给目标矿工，又称否定事件，否定事件数量为s，肯定事件r，s和r都必须小于E；步骤2.3：计算b、d、u；如公式(13)(14)(15)所示，其中p表示对矿工否定事件的惩罚因子，取值为[1,4]，r为肯定事件数量，s为否定事件数量，w_c是于步骤2.2计算出的调控因子调控网络中的不确定因素的值；步骤2.4：计算外部信任值Ext；如公式(16)所示，其中p表示对矿工否定事件的惩罚因子，取值为[1,4]，r为肯定事件数量，s为否定事件数量，u为不确定程度；步骤3：计算整体信任值R；如公式(17)所示，其中f(x)表示内部信任值，Ext表示外部信任值，β控制内部信任值和外部信任值的比重；β取值范围(0,0.1]；R＝min(1,f(x)+β(Ext‑0.5))   (17)第二部分选取领导者；步骤4：根据信任值排序，随机选择分数大于中位数的矿工进入共识组；如公式(18)所示，其中SK为该矿工的私钥，INFO为当时的数学难题的Nonce随机数，result为哈希值，按哈希值最小的顺序选入共识组；result＝VRF_hash(SK,INFO)   (18)步骤5：通过工作量证明挖掘密钥块的矿工根据以下方法选取领导者；如公式(19)所示，其中X为共识组成员个数，reuslt为挖到密钥块的矿工根据VRF随机函数得到的哈希值，在共识组中第g个成员成为领导者；g＝result mod|X|   (19)第三部分，基于RAFT的共识认证；步骤6：领导者发送微块给共识组；步骤7：共识组依次对微块进行验证，如果成功则签署自己的签名；步骤8：共识组发送微块给领导者；步骤9：领导者根据收到的微块，计算此微块是否达到共识条件，即参与签名的共识成员超过一半；且其信任值值为总共识成员信任值和的2/3或者以上；步骤10：如果通过共识认证，领导者广播成功的微块和成功消息给共识组，否则广播微块和失败消息；一轮认证结束。