CN115529137B - 一种基于改进pbft算法的知识产权交易方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于改进PBFT算法的知识产权交易方法，应用于基于改进PBFT算法的知识产权交易***，根据知识产权交易类型，将共识节点分为专利权交易共识组、商标权交易共识组、著作权交易共识组、其它类型交易共识组四个共识组和一个共识协调组，客户端发送交易请求到区块链网络，区块链网络把客户端请求发送给共识模块处理，共识协调组根据知识产权的交易类型将客户端的请求交易发送到不同的交易共识组进行共识，该共识组可以并行处理客户端不同类型的交易请求，与传统PBFT共识算法需要全部节点参与共识和不能并行处理交易相比，这极大的提高了***性能。

Description

一种基于改进PBFT算法的知识产权交易方法
技术领域
本发明涉及知识产权交易技术领域，尤其涉及一种基于改进PBFT算法的知识产权交易方法。
背景技术
知识产权是一种无形的财产权，是个人或集体在其科学、技术、文学、艺术领域里创造的精神财富，是人们对其智慧创造物依法享有的专用权。随着知识产权在世界经济和科技发展中的作用日益凸显，知识产权保护问题变得非常重要。
区块链技术的去中心化和不可篡改等特质能够解决知识产权领域的确权、侵权、交易欺诈和权责界定等痛点问题。近些年来，区块链+知识产权场景不断的推进，涌现了一批知识产权确权和存证的案例，但是在知识产权交易应用上还比较薄弱。知识产权交易安全是知识产权保护核心技术问题之一，知识产权交易与产业化转化之间有着密切的相关性。然而目前在联盟链中常用的具有拜占庭容错的PBFT算法存在通信复杂度高，扩展性差，节点无法动态加入等问题，共识节点在三阶段共识过程中需要全部节点互相通信来达成一致性，通信复杂度高，当共识节点数量增加时，性能会急剧下降。
近年来，很多学者从信誉模型、数字签名技术等角度对PBFT算法进行了研究和改进，取得了一定的成果，但是仍然不能满足现有知识产权交易性能要求。本发明针对知识产权交易场景，提出一种基于改进PBFT算法的知识产权交易方法。
发明内容
鉴以此，本发明的目的在于提供一种基于改进PBFT算法的知识产权交易方法，以至少解决以上问题。
为实现上述目的，本发明第一方面提供一种基于改进PBFT算法的知识产权交易方法，所述方法应用于基于改进PBFT算法的知识产权交易***，所述***包括客户端、区块链网络、共识模块和共识协调组，所述方法包括以下步骤：
S1、通过区块链网络获取客户端的交易请求；
S2、区块链网络将客户端的交易请求通过共识模块发送到共识协调组；
S3、共识协调组对客户端的交易请求进行验证，在验证通过后根据交易请求的交易类型发送到对应的共识组进行共识；
S4、共识组在自身组内进行共识，并且通过组内共识节点对共识结果进行签名；
S5、共识协调组对每个小组共识结果进行验证，验证通过后对结果进行上链。
进一步的，在步骤S3中，交易请求的交易类型包括专利权交易、商标权交易、著作权交易和其他类型交易，所述专利权交易、商标权交易、著作权交易和其他类型交易分别对应专利权交易共识组、商标权交易共识组、著作权交易共识组和其它类型交易共识组。
进一步的，在步骤S4中，共识组在自身组内进行共识，并且通过组内共识节点对共识结果进行签名具体为：
S41、利用哈希函数对共识节点的IP地址、节点ID和节点公钥进行哈希计算，通过哈希计算出结果即为该共识节点的哈希值；
S42、对共识节点进行排序，对各个共识节点的哈希值从小到大进行排序，并且将共识节点顺时针排列形成一个哈希环；
S43、对共识节点分组，按着哈希环排列顺序，将节点依次分给专利权交易共识组、商标权交易共识组、著作权交易共识组、其它类型交易共识组和共识协调组，其中每个共识组的节点数不少于4个。
进一步的，在专利权交易共识组、商标权交易共识组、著作权交易共识组、其它类型交易共识组和共识协调组中的第一个节点就是该组哈希值最小的节点，比较每组第一个节点的哈希值大小，从小到大排列，该节点的排列位置即该节点所在组的序号，小组的序号为1，2，3，4，5，小组1为共识协调组，小组2为专利权交易共识组、小组3为商标权交易共识组、小组4为著作权交易共识组、小组5为其它类型交易共识组。
进一步的，在步骤S5中，共识协调组对每个小组共识结果进行验证，验证通过后对结果进行上链具体为：
构建共识节点评估模型来计算和评估节点的信誉值，其中，从共识时延和是否有恶意行为这2个维度来对节点进行评估信誉值，选取信誉值高的节点当选主节点结束一轮共识后，对节点进行评估，根据网络环境对节点的共识时延进行评价，共识时延评价分为3个档次共识时延低、共识时延正常、共识时延高，共识时延低为1分，共识时延正常为0分，共识时延高为-1分，根据节点在共识过程中的行为对节点进行评价，无恶意行为得1分，有恶意行为得-1分，最后根据节点在共识时延和是否有恶意行为的得分情况计算节点的信誉值，节点信誉值＝0.5*α+0.5*β，
其中α为共识时延评分，β为是否有恶意行为评分，，每个节点的初始信誉值为10分，节点的信誉值会随着节点的行为逐渐变化，设定信誉值阈值为50分，超过50分后重置为10分，如果信誉值低于0分则限制其不能成为共识节点，不能参与共识，
进一步的，共识节点评估模型运行步骤如下：
S51、初始化设置：在专利权交易共识组、商标权交易共识组、著作权交易共识组、其它类型交易共识组和共识协调组内的每个节点初始化本组的评估模型，建立信誉值表，为每个节点设立初始信誉值10分；
S52、更新信誉值表：根据共识过程中节点的行为，评估本轮共识中节点的信誉值得分情况，通过节点信誉值计算公式计算本轮得分，并且更新到节点的信誉值表中；
S53、检查信誉值表：对信誉值超过50分的重置为10分；对信誉值低于0分，限制其参与下一轮的共识过程，其它节点拒绝它的共识消息，其它正常节点正常参与下一轮共识；
S54、随着节点的共识过程重复进行步骤S52和步骤S53。
进一步的，设置共识节点动态加入机制，当共识节点要加入专利权交易共识组、商标权交易共识组、著作权交易共识组、其它类型交易共识组和共识协调组时，先计算该节点的哈希值，将该哈希值对小组数取余，即计算节点的哈希值％5,得出的余数就是该节点加入的共识组编号，节点将自身的信息和加入请求发给该共识组，该共识组对节点信息和请求进行验证，验证通过后，同意其加入。
本发明第二方面提供一种基于改进PBFT算法的知识产权交易***，所述***用于执行第一方面所述的方法，所述***包括客户端、区块链网络、共识模块和共识协调组。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该发明根据知识产权类型将共识节点分为专利权交易共识组、商标权交易共识组、著作权交易共识组、其它类型交易共识组四个交易共识组和一个共识协调组，共识协调组根据客户端交易类型把共识请求发送给相应的共识组共识，四个交易共识组相互独立，可以并行处理交易请求，共识效率极大的增加。
2、结合一致性哈希原理，将节点进行分组共识，提高分组的随机性和安全性，节点之间进行组内共识，降低整体共识节点的通信复杂度。
3、各个小组内通过从交易速度和是否有恶意行为的模型来选择主节点，与传统PBFT轮流当选主节点相比提高了主节点的可靠性，避免频繁切换主节点，可以提高整体共识效率和网络稳定性。
4、节点动态加入机制，通过节点哈希值确定要加入的共识组，该共识组对要加入的节点进行审核，解决了传统PBFT不同动态加入节点的问题。
5、使用区块链技术对知识产权交易进行共识上链，可以解决交易欺诈和权责界定等痛点问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种基于改进PBFT算法的知识产权交易方法整体流程示意图。
图2是本发明实施例提供的一种基于改进PBFT算法的知识产权交易方法的分组过程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所列举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
参照图1和图2，本发明提供一种基于改进PBFT算法的知识产权交易方法，所述方法应用于基于改进PBFT算法的知识产权交易***，所述***包括客户端、区块链网络、共识模块和共识协调组，所述方法包括以下步骤：
S1、通过区块链网络获取客户端的交易请求；
S2、区块链网络将客户端的交易请求通过共识模块发送到共识协调组；
S3、共识协调组对客户端的交易请求进行验证，在验证通过后根据交易请求的交易类型发送到对应的共识组进行共识；
S4、共识组在自身组内进行共识，并且通过组内共识节点对共识结果进行签名；
S5、共识协调组对每个小组共识结果进行验证，验证通过后对结果进行上链。
示例性地，根据知识产权交易类型，将共识节点分为专利权交易共识组、商标权交易共识组、著作权交易共识组、其它类型交易共识组四个共识组和一个共识协调组，客户端通过SDK发送交易请求到区块链网络，区块链网络把客户端请求发送给共识模块处理，共识协调组根据知识产权的交易类型将客户端的请求交易发送到不同的交易共识组进行共识，这些共识组可以并行处理客户端不同类型的交易请求，与传统PBFT共识算法需要全部节点参与共识和不能并行处理交易相比，这极大的提高了***性能。
在步骤S3中，交易请求的交易类型包括专利权交易、商标权交易、著作权交易和其他类型交易，所述专利权交易、商标权交易、著作权交易和其他类型交易分别对应专利权交易共识组、商标权交易共识组、著作权交易共识组和其它类型交易共识组。
在步骤S4中，共识组在自身组内进行共识，并且通过组内共识节点对共识结果进行签名具体为：
S41、利用哈希函数对共识节点的IP地址、节点ID和节点公钥进行哈希计算，通过哈希计算出结果即为该共识节点的哈希值；
S42、对共识节点进行排序，对各个共识节点的哈希值从小到大进行排序，并且将共识节点顺时针排列形成一个哈希环；
S43、对共识节点分组，按着哈希环排列顺序，将节点依次分给专利权交易共识组、商标权交易共识组、著作权交易共识组、其它类型交易共识组和共识协调组，其中每个共识组的节点数不少于4个。
在专利权交易共识组、商标权交易共识组、著作权交易共识组、其它类型交易共识组和共识协调组中的第一个节点就是该组哈希值最小的节点，比较每组第一个节点的哈希值大小，从小到大排列，该节点的排列位置即该节点所在组的序号，小组的序号为1，2，3，4，5，小组1为共识协调组，小组2为专利权交易共识组、小组3为商标权交易共识组、小组4为著作权交易共识组、小组5为其它类型交易共识组。
示例性地，确定各小组的序号后，各自选出各组的主节点，知识产权交易共识注重交易处理速度和安全性，所以从共识处理速度和是否有恶意行为这两个维度来评估节点，选择共识处理速度快和无恶意行为的节点当选主节点。共识初期，缺乏共识交易历史数据，无法对节点进行评估，所以采取按节点哈希值大小轮流当本组的共识主节点进行共识，当区块达到一定高度后，通过对节点进行评估，选取共识处理速度快和无恶意行为的节点当选主节点。
在步骤S5中，共识协调组对每个小组共识结果进行验证，验证通过后对结果进行上链具体为：
构建共识节点评估模型来计算和评估节点的信誉值，其中，从共识时延和是否有恶意行为这2个维度来对节点进行评估信誉值，选取信誉值高的节点当选主节点结束一轮共识后，对节点进行评估，根据网络环境对节点的共识时延进行评价，共识时延评价分为3个档次共识时延低、共识时延正常、共识时延高，共识时延低为1分，共识时延正常为0分，共识时延高为-1分，根据节点在共识过程中的行为对节点进行评价，无恶意行为得1分，有恶意行为得-1分，最后根据节点在共识时延和是否有恶意行为的得分情况计算节点的信誉值，节点信誉值＝0.5*α+0.5*β，
其中α为共识时延评分，β为是否有恶意行为评分，，每个节点的初始信誉值为10分，节点的信誉值会随着节点的行为逐渐变化，设定信誉值阈值为50分，超过50分后重置为10分，如果信誉值低于0分则限制其不能成为共识节点，不能参与共识。
共识节点评估模型运行步骤如下：
S51、初始化设置：在专利权交易共识组、商标权交易共识组、著作权交易共识组、其它类型交易共识组和共识协调组内的每个节点初始化本组的评估模型，建立信誉值表，为每个节点设立初始信誉值10分；
S52、更新信誉值表：根据共识过程中节点的行为，评估本轮共识中节点的信誉值得分情况，通过节点信誉值计算公式计算本轮得分，并且更新到节点的信誉值表中；
S53、检查信誉值表：对信誉值超过50分的重置为10分；对信誉值低于0分，限制其参与下一轮的共识过程，其它节点拒绝它的共识消息，其它正常节点正常参与下一轮共识；
S54、随着节点的共识过程重复进行步骤S52和步骤S53。
设置共识节点动态加入机制，当共识节点要加入专利权交易共识组、商标权交易共识组、著作权交易共识组、其它类型交易共识组和共识协调组时，先计算该节点的哈希值，将该哈希值对小组数取余，即计算节点的哈希值％5,得出的余数就是该节点加入的共识组编号，节点将自身的信息和加入请求发给该共识组，该共识组对节点信息和请求进行验证，验证通过后，同意其加入。
特别的，通过举一个具体例子来描述知识产权交易共识上链的具体步骤：
首先，当用户要进行专利交易时，用户通过客户端SDK将专利交易请求发送给区块链网络中的共识协调组，共识协调组收到用户的专利交易请求后，初步验证交易请求，验证信息包括用户的密钥是否正确，交易是否合法，交易买方账户余额是否有此次交易的金额，交易的专利是否属于卖方等信息。验证通过后，共识协调组根据用户交易的类型即专利交易，把用户的专利交易请求发送给专利权交易共识组的主节点，其中专利权交易共识组由上面所述的分组方法从共识节点中选出，专利权交易共识组的主节点由上面所述的评估模型评估的该组节点信誉值最高的节点当选。
当专利交易共识组的主节点收到共识协调组发来的用户交易请求后，首先确认该交易类型是否是专利权交易，如果不是则不进行共识并发消息给共识协调组交易类型不匹配，如果该交易类型属于专利权交易，则在专利交易共识组本组内进行PBFT(PracticalByzantine Fault Tolerance)共识。首先，主节点对这个交易请求进行验证，验证内容包括用户的密钥是否正确，交易是否合法，交易买方账户余额是否有此次交易的金额，交易的专利是否属于卖方等信息，验证通过后，主节点生成预准备消息，将预准备消息发送给专利交易共识组内的其它节点验证，组内的其它节点收到主节点的预准备消息后对预准备消息进行验证，验证通过后，组内的节点向其它节点发送自己的验证结果并签名，当组内节点收到足够的验证通过信息后，把交易请求和节点验证通过的签名打包发送给共识协调组，共识协调组验证该交易请求和节点签名，验证内容包括该交易请求是否和当初发送给专利共识组的一致，节点签名数量是否足够，节点签名是否正确等消息，验证通过后，协调共识组将该交易进行上链，更新到区块链账本，至此该专利权交易共识上链完成。
其中，当专利共识组内主节点在共识过程中发生了故障错误或拜占庭错误时，我们设置了应对该情况的主节点更换机制：在专利共识组内，根据节点在共识过程中的表现情况用上面所述的评估模型对节点进行信誉值计算，假设该组内由i个节点，按照节点信誉值从大到小排序，形成一个主节点候选节点排名{N1,N2......Ni-1},该排名中只有i-1个节点不包含当前的主节点。当组内的主节点发送错误时，按照该信誉值排名，选择信誉值高的当主节点。
其中，当专利共识组完成该轮共识过程后，评估模型机制对专利共识组内的共识节点进行信誉值评分计算，并检查各个节点信誉值情况，对信誉值高于50分的节点重置其信誉值为10分，对信誉值低于0分的节点限制其参与下轮共识。
这个例子是专利权交易共识上链的过程，其它类型知识产权交易共识类似，传统PBFT共识上链需要全部共识节点共识参与，通信复杂度且不能并行处理交易请求，而改进的方案只需要在相应类型的共识组内共识即可且当有不同类型的交易时，不同类型共识组可以同时工作，并行处理交易，极大的提高了共识速度，降低了交易时延。传统PBFT轮流当选主节点，改进方法通过信誉值选举，主节点可靠性高，避免频繁切换主节点，提高了整体共识效率和网络的稳定性。
本发明另外一实施例还提供一种基于改进PBFT算法的知识产权交易***，所述***包括客户端、区块链网络、共识模块和共识协调组，
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于改进PBFT算法的知识产权交易方法，其特征在于，所述方法应用于基于改进PBFT算法的知识产权交易***，所述***包括客户端、区块链网络、共识模块和共识协调组，所述方法包括以下步骤：
S1、通过区块链网络获取客户端的交易请求；
S2、区块链网络将客户端的交易请求通过共识模块发送到共识协调组；
S3、共识协调组对客户端的交易请求进行验证，在验证通过后根据交易请求的交易类型发送到对应的共识组进行共识；
S4、共识组在自身组内进行共识，并且通过组内共识节点对共识结果进行签名；
S5、共识协调组对每个小组共识结果进行验证，验证通过后对结果进行上链。
2.根据权利要求1所述的一种基于改进PBFT算法的知识产权交易方法，其特征在于，在步骤S3中，交易请求的交易类型包括专利权交易、商标权交易、著作权交易和其他类型交易，所述专利权交易、商标权交易、著作权交易和其他类型交易分别对应专利权交易共识组、商标权交易共识组、著作权交易共识组和其它类型交易共识组。
3.根据权利要求2所述的一种基于改进PBFT算法的知识产权交易方法，其特征在于，在步骤S4中，共识组在自身组内进行共识，并且通过组内共识节点对共识结果进行签名具体为：
S41、利用哈希函数对共识节点的IP地址、节点ID和节点公钥进行哈希计算，通过哈希计算出结果即为该共识节点的哈希值；
S42、对共识节点进行排序，对各个共识节点的哈希值从小到大进行排序，并且将共识节点顺时针排列形成一个哈希环；
S43、对共识节点分组，按着哈希环排列顺序，将节点依次分给专利权交易共识组、商标权交易共识组、著作权交易共识组、其它类型交易共识组和共识协调组，其中每个共识组的节点数不少于4个。
4.根据权利要求3所述的一种基于改进PBFT算法的知识产权交易方法，其特征在于，在专利权交易共识组、商标权交易共识组、著作权交易共识组、其它类型交易共识组和共识协调组中的第一个节点就是该组哈希值最小的节点，比较每组第一个节点的哈希值大小，从小到大排列，该节点的排列位置即该节点所在组的序号，小组的序号为1，2，3，4，5，小组1为共识协调组，小组2为专利权交易共识组、小组3为商标权交易共识组、小组4为著作权交易共识组、小组5为其它类型交易共识组。
5.根据权利要求4所述的一种基于改进PBFT算法的知识产权交易方法，其特征在于，在步骤S5中，共识协调组对每个小组共识结果进行验证，验证通过后对结果进行上链具体为：
构建共识节点评估模型来计算和评估节点的信誉值，其中，从共识时延和是否有恶意行为这2个维度来对节点进行评估信誉值，选取信誉值高的节点当选主节点结束一轮共识后，对节点进行评估，根据网络环境对节点的共识时延进行评价，共识时延评价分为3个档次共识时延低、共识时延正常、共识时延高，共识时延低为1分，共识时延正常为0分，共识时延高为-1分，根据节点在共识过程中的行为对节点进行评价，无恶意行为得1分，有恶意行为得-1分，最后根据节点在共识时延和是否有恶意行为的得分情况计算节点的信誉值，节点信誉值＝0.5*α+0.5*β，
其中α为共识时延评分，β为是否有恶意行为评分，每个节点的初始信誉值为10分，节点的信誉值会随着节点的行为逐渐变化，设定信誉值阈值为50分，超过50分后重置为10分，如果信誉值低于0分则限制其不能成为共识节点，不能参与共识。
6.根据权利要求5所述的一种基于改进PBFT算法的知识产权交易方法，其特征在于，共识节点评估模型运行步骤如下：
S51、初始化设置：在专利权交易共识组、商标权交易共识组、著作权交易共识组、其它类型交易共识组和共识协调组内的每个节点初始化本组的评估模型，建立信誉值表，为每个节点设立初始信誉值10分；
S52、更新信誉值表：根据共识过程中节点的行为，评估本轮共识中节点的信誉值得分情况，通过节点信誉值计算公式计算本轮得分，并且更新到节点的信誉值表中；
S53、检查信誉值表：对信誉值超过50分的重置为10分；对信誉值低于0分，限制其参与下一轮的共识过程，其它节点拒绝它的共识消息，其它正常节点正常参与下一轮共识；
S54、随着节点的共识过程重复进行步骤S52和步骤S53。
7.根据权利要求6所述的一种基于改进PBFT算法的知识产权交易方法，其特征在于，设置共识节点动态加入机制，当共识节点要加入专利权交易共识组、商标权交易共识组、著作权交易共识组、其它类型交易共识组和共识协调组时，先计算该节点的哈希值，将该哈希值对小组数取余，即计算节点的哈希值％5,得出的余数就是该节点加入的共识组编号，节点将自身的信息和加入请求发给该共识组，该共识组对节点信息和请求进行验证，验证通过后，同意其加入。
8.一种基于改进PBFT算法的知识产权交易***，其特征在于，所述***用于执行如所述权利要求1-7任一条所述的方法，所述***包括客户端、区块链网络、共识模块和共识协调组。
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