CN110913501A - 一种适用于无线区块链网络中的共识方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于无线区块链网络中的共识方法,包括以下步骤:(1)领导选举阶段:选举出无线区块链网络中唯一一个leader矿工节点;(2)区块提议阶段:由选举阶段产生的leader矿工节点进行新区块的生成和广播;(3)区块验证阶段:其他矿工节点对新区块进行验证并将验证结果反馈给leader矿工节点;(4)区块链更新阶段:leader矿工节点根据其他节点验证信息决定是否更新本地区块链,达成共识。该方法可在矿工节点间传输信息不确定且传输信道不稳定的情况下,通过工作量证明计算、物理载波侦听和设置节点间传输规则等方法,使得整个区块链网络中所有节点在最佳的运行轮数内达成共识,并且在一定程度上避免了区块链网络中的分叉问题。
Description
技术领域
本发明属于分布式网络技术领域,特别涉及一种适用于无线区块链网络中的共识方法。
背景技术
自2008年底比特币诞生以来,加密货币和相关的区块链技术吸引了学术界和工业界越来越多的兴趣。作为比特币背后的底层技术,区块链本质上是一个分布式数据库***,它跟踪网络中发生的所有交易,并在区块链网络中每个参与的完整节点进行复制。区块链的核心技术是分布式共识协议。
虽然区块链在金融、物流等领域得到了较为广泛的应用,但其在移动服务领域的应用还十分有限。这是因为在无线网络环境中需要应对两个比较大的挑战,一是在无线区块链网络中要解决工作量证明的难题要求移动设备具备较高的计算能力,这对于轻型移动设备来说是相对比较困难的;二是由于在无线网络环境中,节点间传输信息成功率无法确定和信道无法长时间保持稳定,这使得区块链网络中共识的实现也会变得更加困难。
目前,在物联网发展的带动下,区块链技术在移动服务领域的应用前景将十分可观,例如智能家居、智慧农业、汽车通信等。但现有的研究大部分都是在解决如何在移动设备上实现工作量证明计算或者是如何取代工作量证明计算,而从无线网络特性出发设计无线区块链网络的共识协议的方法较少。
共识问题是区块链技术的核心问题,而现有技术中还没有在考虑在无线区块链网络中矿工节点间传输信息不确定且信道不稳定的情况下,节点达成共识的方法。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种适用于无线区块链网络中的共识方法,利用无线信道底层特性和技术来实现共识,并且在一定程度上避免了区块链网络中的分叉问题。
为达到上述目的,本发明的技术方案如下:
一种适用于无线区块链网络中的共识方法,包括以下步骤:
(1)领导选举阶段:利用矿工节点工作量证明计算竞争和对信道进行物理载波侦听,经过O(logn)轮,选举出无线区块链网络中唯一一个leader矿工节点;
(2)区块提议阶段:由选举阶段产生的leader矿工节点进行新区块的生成和广播;
(3)区块验证阶段:其他矿工节点对新区块进行验证并将验证结果反馈给leader矿工节点;
(4)区块链更新阶段:leader矿工节点根据其他节点验证信息决定是否更新本地区块链,并通知其他矿工节点,完成相应区块链的更新,达成共识。
上述方案中,所述步骤(1)具体如下:
(1.1)将无线区块链网络中所有矿工节点的状态值State初始化为mining,即开始工作量证明计算,并处于侦听信道状态;
(1.2)当经过t轮后,当第一次有部分矿工节点计算得到哈希谜题的解后,这些矿工节点将其状态值State设置为candidate,candidate矿工节点会以随机概率p发送1bit的非编码信息M;
(1.3)状态值为mining的节点以及其他未发送信息的candidate矿工节点将处于侦听信道状态,如侦听到信道中有节点在传输信息则将自己的状态值State设置为silent,并在后续轮数内不会改变其状态值直到重新初始化;
(1.4)经过O(logn)轮后,该方法会以高概率保证网络中所有矿工节点中只有一个节点的状态值为leader。
进一步的技术方案中,所述步骤(2)具体如下:
(2.1)网络中leader矿工节点将生成的新区块B和其位置信息D打包并广播至整个无线区块链网络中;
(2.2)网络中silent矿工节点将收到新的区块B和leader节点的位置信息D,并对新区块B内的交易信息、哈希谜题的解进行验证;
(2.3)如果新区块B经验证后有效,则silent矿工节点将验证值C设置为0,若无效则将C设置为1。
进一步的技术方案中,所述步骤(3)具体如下:
(3.1)网络中所有silent矿工节点将同时以功率为P=k*d(u,v)α发送信息M,其中d(u,v)为各点到leader节点的距离;k为常数,可以保证网络中所有silent矿工节点以功率P发送消息后,该信息可以被leader节点侦听到,且侦听到的信号功率值P衰减为k;α为无线网络信噪比模型中的路径衰减指数;状态值为leader的矿工节点侦听到信道总的信号功率值为S1,则可通过信噪比模型计算得到网络中矿工节点的总个数n1;
(3.2)网络中所有验证值C为1的silent矿工节点将再次以功率为P=k*d(u,v)α发送1bit的非编码信息M;leader矿工节点侦听到信道总的信号功率值为S2,则可通过计算得到网络中矿工节点对新区块B验证结果为无效的节点个数n2;
(3.3)leader矿工节点将根据n2/n1的值和预先设置的阈值η进行比较,如n2/n1<η则leader节点的验证参数C值为0,否则C值为1。
更进一步的技术方案中,所述步骤(4)具体如下:
(4.1)如网络中leader矿工节点的验证参数C值为0,则将生成的新区块B写入leader节点的本地区块链中并发送1bit的非编码信息M;
(4.2)网络中silent矿工节点如侦听到信道中有节点在传输信息,则将生成的新区块B写入自己的本地区块链中,否则丢弃该区块;
(4.3)网络中所有节点重置其状态值State、验证参数C和运行轮数计数器为初始值。
通过上述技术方案,本发明提供的一种适用于无线区块链网络中的共识方法与现有技术方案相比,具体具有以下技术特征及效果:
(1)本发明考虑了无线区块链网络中,节点间信息传输的不确定性和信道的不稳定性的情况,即信息的传递不一定是每次都传输成功的,且信道无法保证信息可以长时间高效地传输。我们使用IEEE 802.11标准中介质访问控制(MAC)层的物理载体侦听技术,并设置一些传输规则,可实现网络中所有矿工节点在最佳的轮数达到共识。
(2)本发明通过唯一leader矿工节点的选举,从而保证了在无线区块链网络中账本的唯一性,从而避免链路分叉,非常有利于扩展到实际的无线区块链网络中的,从而节省计算资源并加快记账速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例所公开的一种适用于无线区块链网络中的共识方法阶段示意图;
图2为本发明实施例所公开的一种适用于无线区块链网络中的共识方法具体流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种适用于无线区块链网络中的共识方法,如图1所示,该方法可在无线区块链网络中矿工节点间传输信息不确定且信道不稳定的情况下,通过工作量证明计算、物理载波侦听和设置节点间传输规则等方法,使得整个区块链网络中所有节点在最佳的轮数内达成共识。该技术解决了无线区块链网络中的节点共识问题,并且在一定程度上避免了区块链网络中的分叉问题。
如图2所示,具体实施例如下:
一种适用于无线区块链网络中的共识方法,包括以下步骤:
(1)领导选举阶段:
(1.1)将无线区块链网络中所有矿工节点的状态值State初始化为mining,即开始工作量证明计算,并处于侦听信道状态;
(1.2)当经过t轮后,当第一次有部分矿工节点计算得到哈希谜题的解后,这些矿工节点将其状态值State设置为candidate,candidate矿工节点会以随机概率p发送1bit的非编码信息M;
(1.3)状态值为mining的节点以及其他未发送信息的candidate矿工节点将处于侦听信道状态,如侦听到信道中有节点在传输信息则将自己的状态值State设置为silent,并在后续轮数内不会改变其状态值直到重新初始化;
(1.4)经过O(logn)轮后,该方法会以高概率保证网络中所有矿工节点中只有一个节点的状态值为leader。
(2)区块提议阶段:
(2.1)网络中leader矿工节点将生成的新区块B和其位置信息D打包并广播至整个无线区块链网络中;
(2.2)网络中silent矿工节点将收到新的区块B和leader节点的位置信息D,并对新区块B内的交易信息、哈希谜题的解等信息进行验证;
(2.3)如果新区块B经验证后有效,则silent矿工节点将验证值C设置为0,若无效则将C设置为1。
区块验证阶段:
(3.1)网络中所有silent矿工节点将同时以功率为P=k*d(u,v)α发送信息M,其中d(u,v)为各点到leader节点的距离;k为一个足够大的常数,可以保证网络中所有silent矿工节点以功率P发送消息后,该信息可以被leader节点侦听到,且侦听到的信号功率值P衰减为k;α为无线网络信噪比模型中的路径衰减指数;状态值为leader的矿工节点侦听到信道总的信号功率值为S1,则可通过信噪比模型计算得到网络中矿工节点的总个数n1;
(3.2)网络中所有验证值C为1的silent矿工节点将再次以功率为P=k*d(u,v)α发送1bit的非编码信息M;leader矿工节点侦听到信道总的信号功率值为S2,则可通过计算得到网络中矿工节点对新区块B验证结果为无效的节点个数n2;
(3.3)leader矿工节点将根据n2/n1的值和预先设置的阈值η进行比较,如n2/n1<η则leader节点的验证参数C值为0,否则C值为1。
(4)区块链更新阶段:
(4.1)如网络中leader矿工节点的验证参数C值为0,则将生成的新区块B写入leader节点的本地区块链中并发送1bit的非编码信息M;
(4.2)网络中silent矿工节点如侦听到信道中有节点在传输信息,则将生成的新区块B写入自己的本地区块链中,否则丢弃该区块;
(4.3)网络中所有节点重置其状态值State、验证参数C和运行轮数计数器为初始值。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种适用于无线区块链网络中的共识方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)领导选举阶段:利用矿工节点工作量证明计算竞争和对信道进行物理载波侦听,经过O(logn)轮,选举出无线区块链网络中唯一一个leader矿工节点;
(2)区块提议阶段:由选举阶段产生的leader矿工节点进行新区块的生成和广播;
(3)区块验证阶段:其他矿工节点对新区块进行验证并将验证结果反馈给leader矿工节点;
(4)区块链更新阶段:leader矿工节点根据其他节点验证信息决定是否更新本地区块链,并通知其他矿工节点,完成相应区块链的更新,达成共识。
2.根据权利要求1所述的一种适用于无线区块链网络中的共识方法,其特征在于,所述步骤(1)具体如下:
(1.1)将无线区块链网络中所有矿工节点的状态值State初始化为mining,即开始工作量证明计算,并处于侦听信道状态;
(1.2)当经过t轮后,当第一次有部分矿工节点计算得到哈希谜题的解后,这些矿工节点将其状态值State设置为candidate,candidate矿工节点会以随机概率p发送1bit的非编码信息M;
(1.3)状态值为mining的节点以及其他未发送信息的candidate矿工节点将处于侦听信道状态,如侦听到信道中有节点在传输信息则将自己的状态值State设置为silent,并在后续轮数内不会改变其状态值直到重新初始化;
(1.4)经过O(logn)轮后,该方法会以高概率保证网络中所有矿工节点中只有一个节点的状态值为leader。
3.根据权利要求2所述的一种适用于无线区块链网络中的共识方法,其特征在于,所述步骤(2)具体如下:
(2.1)网络中leader矿工节点将生成的新区块B和其位置信息D打包并广播至整个无线区块链网络中;
(2.2)网络中silent矿工节点将收到新的区块B和leader节点的位置信息D,并对新区块B内的交易信息、哈希谜题的解进行验证;
(2.3)如果新区块B经验证后有效,则silent矿工节点将验证值C设置为0,若无效则将C设置为1。
4.根据权利要求3所述的一种适用于无线区块链网络中的共识方法,其特征在于,所述步骤(3)具体如下:
(3.1)网络中所有silent矿工节点将同时以功率为P=k*d(u,v)α发送信息M,其中d(u,v)为各点到leader节点的距离;k为常数,可以保证网络中所有silent矿工节点以功率P发送消息后,该信息可以被leader节点侦听到,且侦听到的信号功率值P衰减为k;α为无线网络信噪比模型中的传输路径衰减指数;状态值为leader的矿工节点侦听到信道总的信号功率值为S1,则可通过信噪比模型计算得到网络中矿工节点的总个数n1;
(3.2)网络中所有验证值C为1的silent矿工节点将再次以功率为P=k*d(u,v)α发送1bit的非编码信息M;leader矿工节点侦听到信道总的信号功率值为S2,则可通过计算得到网络中矿工节点对新区块B验证结果为无效的节点个数n2;
(3.3)leader矿工节点将根据n2/n1的值和预先设置的阈值η进行比较,如n2/n1<η则leader节点的验证参数C值为0,否则C值为1。
5.根据权利要求4所述的一种适用于无线区块链网络中的共识方法,其特征在于,所述步骤(4)具体如下:
(4.1)如网络中leader矿工节点的验证参数C值为0,则将生成的新区块B写入leader节点的本地区块链中并发送1bit的非编码信息M;
(4.2)网络中silent矿工节点如侦听到信道中有节点在传输信息,则将生成的新区块B写入自己的本地区块链中,否则丢弃该区块;
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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