CN116545608A - 基于熟人免疫策略的区块传播方法和*** - Google Patents

基于熟人免疫策略的区块传播方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于熟人免疫策略的区块传播方法、***、存储介质和电子设备，涉及区块链技术领域。本发明基于区块链***，包括在区块创建节点的邻居节点中，采用熟人免疫策略确定若干中继节点；基于所述区块创建节点，将所述区块发送至各个中继节点，所述中继节点验证通过后接受该区块，并向全网广播。通过改进现有区块链***的流行病传播协议，减少了区块的传播延迟，从而减少平均区块间隔，在更短的时间里产生更多的区块，提高了每秒交易量。也未对现有***造成较大的变动，不改变主要的数据结构和网络结构，容易部署实现。

Description

基于熟人免疫策略的区块传播方法和***
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，具体涉及一种基于熟人免疫策略的区块传播方法、***、存储介质和电子设备。
背景技术
区块链是一种有去中心化特性的分布式数据库，目前以在金融领域的应用著称于世，是各种加密货币如比特币的底层技术，具有透明性、不可篡改性、匿名性、可追溯性等特性。在去中心化***中，gossip协议是点对点通信的流行选择，典型应用是Bitcoin、Ethereum和Ripple等。
然而，当前的公共区块链***的交易处理能力并不高，比特币的每秒交易量(TPS)仅为7左右。低交易处理能力限制了区块链的应用场景。简单地增大区块体积以容纳更多交易来提高TPS的方式会增大区块的传播延迟从而使得孤块率变高，降低了***安全性。一些加速区块传播的方法往往需要改动区块的数据结构、去除某些区块验证流程，或者改变节点网络的拓扑结构。这些方式对现有***改变较大，且往往有较大的弊端，比如结构化网络降低了区块链***的安全性。
区块中继是指在区块链网络中，当一个节点无法直接将新的区块传递给其他节点时，它会将该区块发送给中继节点，由中继节点将该区块广播给其他节点。这有助于确保网络中的所有节点都具有相同的区块链状态，使用了区块中继来确保节点能够及时接收到新的区块并更新其状态。一般的公有链加密货币***的区块中继方式是：将区块发送直接给数个一阶邻居节点，每个一阶邻居节点继续发送给自己的一阶邻居节点(注意不重复发送已接收该区块的邻居节点)，直到所有节点收到该区块为止。
熟人免疫是复杂网络中流行病免疫策略的一种，特点是无需全局拓扑信息、在无标度网络中表现尤为出色。熟人免疫算法的基本思想为：从节点中随机挑选一定比例的节点，再从每一个被挑选的节点中随机选择一个邻居节点进行免疫。在复杂网络领域中，一阶邻居节点是指与给定节点直接相连的节点。
鉴于此，有必要提供一种基于熟人免疫策略的区块传播方案。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于熟人免疫策略的区块传播方法、***、存储介质和电子设备，解决了现有公共区块链***的交易处理能力有待提高的技术问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于熟人免疫策略的区块传播方法，基于区块链***，包括：
S1、在区块创建节点的邻居节点中，采用熟人免疫策略确定若干中继节点；
S2、基于所述区块创建节点，将所述区块发送至各个中继节点，所述中继节点验证通过后接受该区块，并向全网广播。
优选的，所述S1中的邻居节点包括一阶邻居节点，以及通过GETADDR消息确定的二阶邻居节点。
优选的，所述S1在二阶邻居节点中选择出现频次靠前的top-k个节点作为中继节点；所述熟人免疫策略包括：
S100、初始化候选列表C＝N\{i}；其中，在不去除重复节点的前提下，N表示区块创建节点的二阶邻居节点列表；i为区块创建节点本身；
S200、若countj＝max(1,count2,…countl,…countL)；其中，C中的不重复的节点数为L；j表示待分析的节点；countl表示节点l在C中的出现频次；
S300、选取节点j，更新候选列表C＝C\{j}，并令L＝L-1；
S400、重复S200～S300，直到k个节点被选中。
优选的，所述S2中所述中继节点验证通过后接受该区块，是指：
(1)若所述区块创建节点的IP地址在当前中继节点的地址列表中，检查区块的哈希是否符合***的目标难度、以及区块的交易是否有效，检查通过后接受该区块；或者
(2)若所述区块创建节点的IP地址未在当前中继节点的地址列表中，验证区块创建节点的地址和区块体中Coinbase交易的输出地址是否一致，若一致，检查区块的哈希是否符合***的目标难度以及区块的交易是否有效，检查通过后接受该区块。
一种基于熟人免疫策略的区块传播***，基于区块链***，包括：
节点选择模块，用于在区块创建节点的邻居节点中，采用熟人免疫策略确定若干中继节点；
区块传播模块，用于基于所述区块创建节点，将区块所述发送至各个中继节点，所述中继节点验证通过后接受该区块，并向全网广播。
一种存储介质，其存储有用于基于熟人免疫策略的区块传播的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如上所述的基于熟人免疫策略的区块传播方法。
一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如上所述的基于熟人免疫策略的区块传播方法。
(三)有益效果
本发明提供了一种基于熟人免疫策略的区块传播方法、***、存储介质和电子设备。与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明基于区块链***，包括在区块创建节点的邻居节点中，采用熟人免疫策略确定若干中继节点；基于所述区块创建节点，将所述区块发送至各个中继节点，所述中继节点验证通过后接受该区块，并向全网广播。通过改进现有区块链***的流行病传播协议，减少了区块的传播延迟，从而减少平均区块间隔，在更短的时间里产生更多的区块，提高了每秒交易量。也未对现有***造成较大的变动，不改变主要的数据结构和网络结构，容易部署实现。
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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种基于熟人免疫策略的区块传播方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例通过提供一种基于熟人免疫策略的区块传播方法、***、存储介质和电子设备，解决了现有公共区块链***的交易处理能力有待提高的技术问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
在区块链网络中，每个节点都可以有多个邻居节点，这些邻居节点可以是一阶邻居节点，也可以是更高阶的邻居节点。而熟人免疫策略只需知道被随机挑选的节点以及它们的一阶邻居节点信息，从而无需全局的节点信息。由于在无标度网络中，某些度数大的节点和许多节点直接相连，因而以该方法选择的节点有较大概率选中度数大的节点。
由于公有链(如比特币)往往是拓扑隐藏的并抵制窥探拓扑结构的行为，因此本申请使用无需全局信息的熟人免疫算法，避开对区块链全局节点拓扑信息的需求，选取更加合适的节点来传播区块，从而减少区块的传播时间。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例：
如图1所示，一种基于熟人免疫策略的区块传播方法，基于区块链***，包括：
S1、在区块创建节点的邻居节点中，采用熟人免疫策略确定若干中继节点；
S2、基于所述区块创建节点，将所述区块发送至各个中继节点，所述中继节点验证通过后接受该区块，并向全网广播。
本发明实施例通过改进现有区块链***的流行病传播协议，减少了区块的传播延迟，从而减少平均区块间隔，在更短的时间里产生更多的区块，提高了每秒交易量。也未对现有***造成较大的变动，不改变主要的数据结构和网络结构，容易部署实现。
接下来将详细介绍上述技术方案的各个步骤：
在步骤S1中，在区块创建节点的邻居节点中，采用熟人免疫策略确定若干中继节点。
其中，所述邻居节点包括一阶邻居节点，以及通过GETADDR消息确定的二阶邻居节点。
并且本步骤在二阶邻居节点中选择出现频次靠前的top-k个节点作为中继节点；所述熟人免疫策略包括：
S100、初始化候选列表C＝N\{i}；其中，在不去除重复节点的前提下，N表示区块创建节点的二阶邻居节点列表；i为区块创建节点本身；
S200、若countj＝max(count1,count2,…countl,…countL)；其中，C中的不重复的节点数为L；j表示待分析的节点；countl表示节点l在C中的出现频次；
S300、选取节点j，更新候选列表C＝C\{j}，并令L＝L-1；
S400、重复S200～S300，直到k个节点被选中。
在步骤S2中，基于所述区块创建节点，将所述区块发送至各个中继节点，所述中继节点验证通过后接受该区块，并向全网广播。
其中，所述中继节点验证通过后接受该区块，是指：
(1)若所述区块创建节点的IP地址在当前中继节点的地址列表中，检查区块的哈希是否符合***的目标难度、以及区块的交易是否有效，检查通过后接受该区块；或者
(2)若所述区块创建节点的IP地址未在当前中继节点的地址列表中，验证区块创建节点的地址和区块体中Coinbase交易的输出地址是否一致，若一致，检查区块的哈希是否符合***的目标难度以及区块的交易是否有效，检查通过后接受该区块。
不难理解的是，在第(2)点中，先行验证区块创建节点即发送者信息，可以有效避免恶意节点发动泛洪攻击。
本发明实施例以当下最为热门的加密货币比特币为例。在比特币的p2p网络中，每个节点维护着一个拥有数个其他节点IP地址的列表，一个比特币节点从中选择最多8个(默认值)节点作为出站连接，用于发送交易和区块等消息。每个节点可以接受最多117个(默认值)入站连接，或者选择不接受入站连接。当原来的出站连接不可用时，比如出站邻居节点关闭连接或者本节点重新启动时，节点便会选择新的出站连接。一般说来，比特币网络中有约20％到50％的连接能持续至少一周，这为本申请能够顺利实现打下基础。
比特币是拓扑隐藏的并抵制窥探拓扑结构的行为，因此采用上述无需全局信息的熟人免疫算法。比特币网络中各节点统计自身的一阶邻居信息，并通过GETADDR消息获取二阶邻居节点信息列表。从获得的节点信息列表中按照出现频数从高到低的顺序挑选8个(默认值)节点作为候选节点列表，矿工节点本身除外。矿工节点在成功挖出一个符合要求的区块后，便立刻向候选节点列表中的节点发送区块，节点接收到区块时，验证发送者的地址和区块体中Coinbase交易的输出地址是否一致，验证通过后才接受连接并接收区块。
虽然比特币网络可视为ER随机网络，节点的8个出站邻居为随机选择而得。但实际上，绝大多数IP地址只出现在少数可达节点的桶中，而有些IP地址往往频繁出现在大量可达节点的桶中；在可达节点中，前50％是最不频繁的，接下来的25％显示了中等但不均匀的受欢迎程度，最后25％非常受欢迎。这表示节点的受欢迎程度非常不平衡，检索到的IP地址只有很少的一部分是非常受欢迎的，这表明现实中的比特币网络可能拥有无标度性质，即少数节点拥有大量邻居。而熟人免疫算法在无标度网络中效果更加突出，因此本发明实施例提供的协议在现实应用中效果优异。
本发明实施例提供了一种基于熟人免疫策略的区块传播***，基于区块链***，包括：
节点选择模块，用于在区块创建节点的邻居节点中，采用熟人免疫策略确定若干中继节点；
区块传播模块，用于基于所述区块创建节点，将区块所述发送至各个中继节点，所述中继节点验证通过后接受该区块，并向全网广播。
本发明实施例提供了一种存储介质，其存储有用于基于熟人免疫策略的区块传播的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如上所述的基于熟人免疫策略的区块传播方法。
本发明实施例提供了一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如上所述的基于熟人免疫策略的区块传播方法。
可理解的是，本发明实施例提供的基于熟人免疫策略的区块传播***、存储介质和电子设备与本发明实施例提供的基于熟人免疫策略的区块传播方法相对应，其有关内容的解释、举例和有益效果等部分可以参考区块传播方法中的相应部分，此处不再赘述。
综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：
1、本发明实施例通过改进现有区块链***的流行病传播协议，减少了区块的传播延迟，从而减少平均区块间隔，在更短的时间里产生更多的区块，提高了每秒交易量。也未对现有***造成较大的变动，不改变主要的数据结构和网络结构，容易部署实现。
2、本发明实施例先行验证区块创建节点即发送者信息，可以有效避免恶意节点发动泛洪攻击。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于熟人免疫策略的区块传播方法，其特征在于，基于区块链***，包括：
S1、在区块创建节点的邻居节点中，采用熟人免疫策略确定若干中继节点；
S2、基于所述区块创建节点，将所述区块发送至各个中继节点，所述中继节点验证通过后接受该区块，并向全网广播。
2.如权利要求1所述的基于熟人免疫策略的区块传播方法，其特征在于，所述S1中的邻居节点包括一阶邻居节点，以及通过GETADDR消息确定的二阶邻居节点。
3.如权利要求2所述的基于熟人免疫策略的区块传播方法，其特征在于，所述S1在二阶邻居节点中选择出现频次靠前的top-k个节点作为中继节点；所述熟人免疫策略包括：
S100、初始化候选列表C＝N\{i}；其中，在不去除重复节点的前提下，N表示区块创建节点的二阶邻居节点列表；i为区块创建节点本身；
S200、若countj＝max(1,count2,…countl,…countL)；其中，C中
的不重复的节点数为L；j表示待分析的节点；countl表示节点l在C中的出现频次；
S300、选取节点j，更新候选列表C＝C\{j}，并令L＝L-1；
S400、重复S200～S300，直到k个节点被选中。
4.如权利要求1所述的基于熟人免疫策略的区块传播方法，其特征在于，所述S2中所述中继节点验证通过后接受该区块，是指：
(1)若所述区块创建节点的IP地址在当前中继节点的地址列表中，检查区块的哈希是否符合***的目标难度、以及区块的交易是否有效，检查通过后接受该区块；或者
(2)若所述区块创建节点的IP地址未在当前中继节点的地址列表中，验证区块创建节点的地址和区块体中Coinbase交易的输出地址是否一致，若一致，检查区块的哈希是否符合***的目标难度以及区块的交易是否有效，检查通过后接受该区块。
5.一种基于熟人免疫策略的区块传播***，其特征在于，基于区块链***，包括：
节点选择模块，用于在区块创建节点的邻居节点中，采用熟人免疫策略确定若干中继节点；
区块传播模块，用于基于所述区块创建节点，将区块所述发送至各个中继节点，所述中继节点验证通过后接受该区块，并向全网广播。
6.一种存储介质，其特征在于，其存储有用于基于熟人免疫策略的区块传播的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如权利要求1～4任一项所述的基于熟人免疫策略的区块传播方法。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如权利要求1～4任一项所述的基于熟人免疫策略的区块传播方法。
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