CN110928674B - 一种实现区块链共识机制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现区块链共识机制的方法，包括：将争夺记账权的多个候选节点加入区块链***中的P2P网络；获取多个所述候选节点自行广播的自身物理服务器的配置资源；根据预设的服务器配置资源评价模型对多个所述候选节点的配置资源进行分数评价以得出多个候选节点的竞选排名；依据所述竞选排名选择排名中的前K个候选节点成为记账节点。实施本发明的有益效果：通过直接采用候选节点广播自身服务器的硬件算力、内存容量、存储空间、网络带宽四项配置信息来作为竞争记账权利的主要方式，将有效减少以往节点竞选过程中所出现算力资源和能源的浪费情况，其中存储空间和网络带宽更是保证区块链健壮运行的关键因素。

Description

一种实现区块链共识机制的方法

技术领域

本发明涉及区块链应用技术领域，尤其涉及一种实现区块链共识机制的方法。

背景技术

随着区块链技术的快速发展和在某些具体领域上的颠覆式应用，在构建区块链***时其共识机制方法也被越来越多的被讨论，共识机制作为区块链的核心技术，决定着整个***的稳定运行与发展，因此共识机制的好坏对于行业发展至关重要。

目前常用的共识机制方法包括POW(工作证明)、POS(股权证明)、DPOS(选举证明)等。其中POW作为比特币的共识机制，其共识原理是所有节点进行算力竞选，通过不断的哈希计算算出特定区块哈希值的节点将获得区块记账权利，算力竞选使得矿工不断购买高算力设备，所有节点进行算力竞赛所耗费的电力也造成了过多的能源消耗，此外比特币算力前三的矿池占算力接近50％，使得区块链***趋于中心化。POS作为以太坊的共识机制，曾出现了严重的分叉事件造成严重损失。共识机制DPOS主要通过持有币的用户对节点进行投票选举出部分超级节点来争夺记账权，然而很多持币用户对于投票选举并不热衷，其选票易被交易所控制，此外当选后的超级节点在很长时间内可能需要在维持上选票上耗费大量财力物力，而疏于硬件资源的及时更新，从长远看就将不利于区块链***的健壮发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现区块链共识机制的方法，解决现有技术中共识机制POW(工作证明)、POS(股权证明)、DPOS(选举证明)等所存在的问题。

本发明的技术方案实现如下：

本发明提供一种实现区块链共识机制的方法，包括如下步骤：

S0、将实现区块链共识机制的方法的时间划分多个时间段：T0～T1、T1～T2……Tn-1～Tn、Tn～Tn+1……；设置当前时间段为Ti-1～Ti，则下一时间段为Ti～Ti+1；

S1、在当前时间段中，将争夺记账权的多个候选节点加入区块链***中的P2P网络；

S2、获取多个所述候选节点在接收到来自***网络的广播服务器配置资源的信息请求后自行广播的自身物理服务器的配置资源；

S3、根据预设的服务器配置资源评价模型对多个所述候选节点的配置资源进行分数评价以得出多个候选节点的竞选排名；

S4、依据所述竞选排名选择排名中的前K个候选节点成为记账节点，返回步骤S1；

其中，所述步骤S4进一步包括：

S41、依据所述竞选排名选择竞选排名中的前K个候选节点成为记账节点，未被选择的候选节点则自动成为监督节点；

S42、在选择竞选排名中的前K个候选节点成为记账节点之后，进入下一时间段，返回步骤S1以重新将争夺记账权的多个候选节点加入区块链***中的P2P网络，同时，通过被选为记账节点的K个候选节点对交易信息打包，并依据从区块信息中导出的伪随机数轮流产生区块。

在本发明所述的方法中，所述步骤S1包括步骤S11-S12：

S11、在当前时间段中，将争夺记账权的多个候选节点加入区块链***中的P2P网络；

S12、所述P2P网络跟踪多个所述候选节点于当前时间段中的上线状态或下线状态，将处于上线状态或下线状态的多个候选节点追加到活跃在线节点中并实时更新活跃在线节点的节点数量。

在本发明所述的方法中，所述步骤S2包括步骤S21-S22：

S21、在当前时刻中获取多个所述候选节点自行广播的自身物理服务器的属性信息、当前内存容量、当前存储空间及当前网络带宽；所述配置资源包括属性信息、当前内存容量、当前存储空间及当前网络带宽；

S22、依据预设的规则将每个所述候选节点的属性信息换算为每个所述候选节点的硬件算力。

在本发明所述的方法中，所述步骤S3包括步骤S31-S33：

S31、建立服务器配置资源评价模型：

Rj＝w₁*S_1j+w₂*S_2j+w₃*S_3j+w₄*S_4j

其中，Rj为多个候选节点中第j个的分数，w₁为硬件算力的权重值，S_1j为多个候选节点中第j个的硬件算力的值，w₂为当前内存容量的权重值，S_2j为多个候选节点中第j个的当前内存容量，w₃为当前存储空间的权重值，S_3j为多个候选节点中第j个的当前存储空间，w₄为当前网络带宽的权重值，S_4j为多个候选节点中第j个的当前网络带宽；

S32、依据所述服务器配置资源评价模型计算多个所述候选节点的配置资源的分数；

S33、依据所述分数对多个所述候选节点进行竞选排名。

在本发明所述的方法中，所述步骤S41中，K≥21。

在本发明所述的方法中，所述步骤S41中，若所述竞选排名中排名第K个候选节点存在分数相同的候选节点，则从分数相同的候选节点中选择其中之一。

在本发明所述的方法中，步骤S4还包括步骤S43：

S43、对所述记账节点进行监控，若所述记账节点掉线和/或未能产生区块，则挑选所述竞选排名中排名靠前的监督节点替代所述记账节点。

因此，本发明的有益效果是，通过直接采用候选节点广播自身服务器的硬件算力(CPU、GPU等)、内存容量、存储空间、网络带宽四项配置信息来作为竞争记账权利的主要方式，将有效减少以往节点竞选过程中所出现算力资源和能源的浪费情况，其中存储空间和网络带宽更是保证区块链健壮运行的关键因素。此外，在节点竞选中，每轮选出K个代表来成为记账节点，这就有效维护了区块链***的去中心化特性，同时在生产区块速率上有极大优势。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明一实施例提供的一种实现区块链共识机制的方法的流程图；

图2为本发明一实施例提供的物理服务器的属性信息的示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下将对照附图详细说明本发明的具体实施方式。应当理解，以下说明仅为本发明实施例的具体阐述，不应以此限制本发明的保护范围。

参见图1，图1为本发明一实施例提供的一种实现区块链共识机制的方法的流程图，该实现区块链共识机制的方法包括步骤S1-S4：

S1、将争夺记账权的多个候选节点加入区块链***中的P2P网络；所述步骤S1包括步骤S11-S12：

S11、在当前时间段中，将争夺记账权的多个候选节点加入区块链***中的P2P网络。

S12、所述P2P网络跟踪多个所述候选节点于当前时间段中的上线状态或下线状态，将处于上线状态或下线状态的多个候选节点追加到活跃在线节点中并实时更新活跃在线节点的节点数量。区块链P2P网络开始监测候选节点的上线、下线和异常状态，记录在线活跃候选节点的总数量。

在区块链共识方法中，候选节点加入区块链***的P2P网络后，候选节点的物理服务器处于互联模式，从而形成了一个高效和可靠的去中心化集群***。虽然不同区块链***中所采用的P2P网络协议不尽相同，譬如比特币采用的一种无结构化的点对点协议，以太坊主要应用了DHT技术中的Kademlia网络，号称第三代区块链***技术的EOS则是采用的自定义P2P网络，但区块链***的核心思想均是构建多节点去中心化的区块链***。其中所形成的去中心化集群管理***，主要包括：候选节点管理模块；消息发送模块；消息接受与处理模块；消息广播模块等。由于***是去中心化的，所以是没有中心节点的，因此每个节点都是平等的，并不存在管理员的概念，所有节点它们共同保存着整个区块链***。

S2、获取多个所述候选节点自行广播的自身物理服务器的配置资源；所述步骤S2包括步骤S21-S22：

S21、在当前时刻中获取多个所述候选节点自行广播的自身物理服务器的属性信息、当前内存容量、当前存储空间及当前网络带宽；所述配置资源包括属性信息、当前内存容量、当前存储空间及当前网络带宽。参见图2，图2为本发明一实施例提供的物理服务器的属性信息的示意图，属性信息包括CPU/GPU的品牌、型号、个数、核数、主频等信息、最大存储空间、最大内存空间及最大网络带宽等。而当前内存容量、当前存储空间及当前网络带宽可能会因使用情形的变化而时刻存在变化，因此需要实时获取。

S22、依据预设的规则将每个所述候选节点的属性信息换算为每个所述候选节点的硬件算力。即候选节点各自广播物理服务器的配置资源，主要包括硬件算力(CPU、GPU等)、内存容量、存储空间、网络带宽四项信息。

节点需要广播的内容是写入P2P网络中的，当节点加入区块链网络后，就会接受到来自***网络的广播服务器配置资源的信息请求，然后对该请求进行处理，通过执行相关***命令后获取到自身服务器的硬件配置结果，最后将硬件配置结果通过消息广播模块进行广播。

其中相关***命令执行代码参考如下请求(命令针对于Linux***的服务器)：

查看主板的序列号：dmidecode|grep-i'serial number'

用硬件检测程序kuduz探测新硬件：service kudzu start(or restart)

查看CPU信息：cat/proc/cpuinfo[dmesg|grep-i'cpu'][dmidecode-tprocessor]

查看内存信息：cat/proc/meminfo[free-m][vmstat]

查看显卡/声卡信息：lspci|grep-i'VGA'[dmesg|grep-i'VGA']

查看网卡信息：dmesg|grep-i'eth'[cat/etc/sysconfig/hwconf|grep-ieth][lspci|grep-i'eth']

S3、根据预设的服务器配置资源评价模型对多个所述候选节点的配置资源进行分数评价以得出多个候选节点的竞选排名；所述步骤S3包括步骤S31-S33：

S31、建立服务器配置资源评价模型：

Rj＝w₁*S_1j+w₂*S_2j+w₃*S_3j+w₄*S_4j

其中，Rj为多个候选节点中第j个的分数，w₁为硬件算力的权重值，S_1j为多个候选节点中第j个的硬件算力的值，w₂为当前内存容量的权重值，S_2j为多个候选节点中第j个的当前内存容量，w₃为当前存储空间的权重值，S_3j为多个候选节点中第j个的当前存储空间，w₄为当前网络带宽的权重值，S_4j为多个候选节点中第j个的当前网络带宽；

S32、依据所述服务器配置资源评价模型计算多个所述候选节点的配置资源的分数。

S33、依据所述分数对多个所述候选节点进行竞选排名。

具体的，根据候选节点所广播的物理服务器配置资源：硬件算力(CPU、GPU等)、内存容量、存储空间、网络带宽，对四项主要配置内容建立评分公式：

Rj＝w₁*S_1j+w₂*S_2j+w₃*S_3j+w₄*S_4j

其中四项权重值w1、w2、w3、w4可以根据区块链***的具体应用方向，进行动态设置，譬如当***对某一项配置资源要求较高时，则可适当加大其评分权重，但四项权重值相加仍等于1，满足条件：w1+w2+w3+w4＝1。

按照以上服务器配置资源评价***，开始对广播信息的候选节点进行分数评价。对每一个候选节点j，依据评分***得出其竞选分数值Rj。以Rj从大到小排列，得出候选节点竞选分数的排名结果。

需要说明的是，S(硬件算力)、S(内存容量)、S(存储空间)、S(网络带宽)则代表候选节点在各项服务器配置上的抽象得分Score，抽象过程如下：

首先S值的大小范围固定在0～100分以内，分数确定的标准可以参考如下：

(1)以硬件算力为例：当CPU的核数越大时，得分数越高；若存在GPU配置，则根据市场对产品的评估结果，配置越好得分数越高；

(2)以内存容量为例：内存容量越大，得分数越高；

(3)以存储空间为例：以SSD为代表的存储硬件，存储量越大，得分数越高；

(4)以网络带宽为例：宽带速度越快，得分数越高。

S4、依据所述竞选排名选择排名中的前K个候选节点成为记账节点，返回步骤S1。所述步骤S4包括步骤S41-S43：

S41、依据所述竞选排名选择竞选排名中的前K个候选节点成为记账节点，未被选择的候选节点则自动成为监督节点；其中，K≥21。若所述竞选排名中排名第K个候选节点存在分数相同的候选节点，则从分数相同的候选节点中选择其中之一。即根据上一步所得到的候选节点竞选排名结果，选择其中得分数靠前的K个节点成为记账节点，其他落选的候选节点则自动成为监督节点，设定记账节点K默认值为21个。

在索引排名结果时，若在第K个节点的确定中存在评价分数相同的候选节点，则从这些候选节点随机选出一个节点即可。

S42、通过被选为记账节点的K个候选节点轮流对交易信息打包以形成共识并产生区块；所述步骤S42包括步骤S421-S422：

S421、在选择竞选排名中的前K个候选节点成为记账节点之后，进入所述下一时间段；进入下一时间段后，则返回步骤S1以重新将争夺记账权的多个候选节点加入区块链***中的P2P网络，此时下一时间段即为步骤S1中的当前时间段。

S422、被选为记账节点的K个候选节点对交易信息打包，并依据从区块信息中导出的伪随机数轮流产生区块。即步骤S422是在下一时间段中执行的。记账节点产生区块的过程即为写入数据的过程，其中每个区块包含区块头和区块体两个部分，区块头中主要记录生成时间、区块Hash值、上一个区块Hash值等一些原信息，区块体中则主要记录***的交易信息等。

记账节点生产区块的排序是按照之前***自动确定的顺序轮流进行，每名代表分配到一个时间段开始生产。记账节点没有修改交易详细内容的权利，比如发起人、接收人、或者余额。如果在自己的时间段内，记账节点因为各种原因比如网络异常无法生产区块或者把交易信息放入区块，那么下一个记账节点创造出的区块，将会变成两倍大的区块，包括前一个节点遗漏的交易信息，而确认时间将会延长一倍。出错的记账节点会被监督节点视为异常状态，若连续10轮区块记录都出现异常，则直接将其记账权剔除，并挑选出排名靠前的监督节点进行替代。

优选的，步骤S4还包括步骤S43：

S43、对所述记账节点进行监控，若所述记账节点掉线和/或未能产生区块，则挑选所述竞选排名中排名靠前的监督节点替代所述记账节点。步骤S44是在下一时间段中执行的。监督节点则对记账节点进行监督，当一些记账节点出现掉线、未能正常产生区块等异常情况时，则***自动挑选出排名靠前的监督节点进行替代。

优选的，该实现区块链共识机制的方法还包括步骤S0：

S0、将实现区块链共识机制的方法的时间划分多个时间段：T0～T1、T1～T2……Tn-1～Tn、Tn～Tn+1……；设置当前时间段为Ti-1～Ti，则下一时间段为Ti～Ti+1，其中，i为1、2、……n……的其中之一。

例如：在T0～T1时刻加入P2P网络的节点，且广播了自身服务器配置资源的节点将成为本时段内的在线活跃候选节点，以上满足条件的候选节点将争夺的是T1～T2时刻中的区块记账权；时间进入到T1～T2时刻内，前一段时间内所选出的记账节点开始生产区块，同时所有候选节点继续进行新一轮的节点竞选，来争夺T2～T3时刻中的区块记账权。

以此类推，在Tn-1～Tn时刻的节点竞选，争夺的是Tn～Tn+1时刻中的区块记账权，竞选过程重复上述步骤。

本发明实施例的创新之处在于共识机制方法中记账节点的选择上，直接采用候选节点广播自身服务器的硬件算力(CPU、GPU等)、内存容量、存储空间、网络带宽四项配置信息来作为竞争记账权利的主要方式，将有效减少以往节点竞选过程中所出现算力资源和能源的浪费情况，其中存储空间和网络带宽更是保证区块链健壮运行的关键因素。此外，在节点竞选中，每轮并非只选择一个节点成为记账节点，而是选出K个代表来成为记账节点，这就有效维护了区块链***的去中心化特性，同时在生产区块速率上有极大优势。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种实现区块链共识机制的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S0、将实现区块链共识机制的方法的时间划分多个时间段：T0～T1、T1～T2……Tn-1～Tn、Tn～Tn+1……；设置当前时间段为Ti-1～Ti，则下一时间段为Ti～Ti+1；

S1、在当前时间段中，将争夺记账权的多个候选节点加入区块链***中的P2P网络；

S2、获取多个所述候选节点在接收到来自***网络的广播服务器配置资源的信息请求后自行广播的自身物理服务器的配置资源；

S3、根据预设的服务器配置资源评价模型对多个所述候选节点的配置资源进行分数评价以得出多个候选节点的竞选排名；

S4、依据所述竞选排名选择排名中的前K个候选节点成为记账节点，返回步骤S1；

其中，所述步骤S4进一步包括：

S41、依据所述竞选排名选择竞选排名中的前K个候选节点成为记账节点，未被选择的候选节点则自动成为监督节点；

S42、在选择竞选排名中的前K个候选节点成为记账节点之后，进入下一时间段，返回步骤S1以重新将争夺记账权的多个候选节点加入区块链***中的P2P网络，同时，通过被选为记账节点的K个候选节点对交易信息打包，并依据从区块信息中导出的伪随机数轮流产生区块。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括步骤S11-S12：

S11、在当前时间段中，将争夺记账权的多个候选节点加入区块链***中的P2P网络；

S12、所述P2P网络跟踪多个所述候选节点于当前时间段中的上线状态或下线状态，将处于上线状态或下线状态的多个候选节点追加到活跃在线节点中并实时更新活跃在线节点的节点数量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括步骤S21-S22：

S21、在当前时刻中获取多个所述候选节点自行广播的自身物理服务器的属性信息、当前内存容量、当前存储空间及当前网络带宽；所述配置资源包括属性信息、当前内存容量、当前存储空间及当前网络带宽；

S22、依据预设的规则将每个所述候选节点的属性信息换算为每个所述候选节点的硬件算力。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S3包括步骤S31-S33：

S31、建立服务器配置资源评价模型：

Rj＝w₁*S_1j+w₂*S_2j+w₃*S_3j+w₄*S_4j

其中，Rj为多个候选节点中第j个的分数，w₁为硬件算力的权重值，S_1j为多个候选节点中第j个的硬件算力的值，w₂为当前内存容量的权重值，S_2j为多个候选节点中第j个的当前内存容量，w₃为当前存储空间的权重值，S_3j为多个候选节点中第j个的当前存储空间，w₄为当前网络带宽的权重值，S_4j为多个候选节点中第j个的当前网络带宽；

S32、依据所述服务器配置资源评价模型计算多个所述候选节点的配置资源的分数；

S33、依据所述分数对多个所述候选节点进行竞选排名。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S41中，K≥21。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S41中，若所述竞选排名中排名第K个候选节点存在分数相同的候选节点，则从分数相同的候选节点中选择其中之一。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4还包括步骤S43：

S43、对所述记账节点进行监控，若所述记账节点掉线和/或未能产生区块，则挑选所述竞选排名中排名靠前的监督节点替代所述记账节点。

Images