TWI698100B - 多區塊鏈產生及整合方法暨區塊鏈系統 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種多區塊鏈產生及整合方法，包含下列步驟：將多個節點分散於多個群組中；多個節點分別形成多個區塊，且每一群組中的區塊互相確認形成區塊網；壓實各區塊網以形成複數個區塊鏈，並計算每一區塊鏈中之每一區塊的時間標籤；根據時間標籤整合各區塊鏈以產生整合區塊鏈；以及，於每一節點中儲存整合區塊鏈。本發明之多區塊鏈產生及整合方法可整合不同群組中的區塊鏈，或可將區塊鏈網路中的節點分於不同群組中分別進行運算以提高區塊產生效率。

Description

多區塊鏈產生及整合方法暨區塊鏈系統

本發明關於一種多區塊鏈產生及整合方法以及區塊鏈系統，並且特別地，關於一種將節點分散於多個群組中以產生多個區塊鏈，並將多個區塊鏈整合為一整合區塊鏈之方法及應用此方法的系統。

近年來，各種虛擬貨幣(Crypto Currency)開始在網際網路上大量使用和流行，如比特幣、以太幣、萊特幣、瑞波幣等，且這些虛擬貨幣的日交易額超過千萬美元，並且在不斷增長中。目前已有多間著名公司和機構支持使用比特幣或其他虛擬貨幣作為交易貨幣，未來可能會有更多公司或機構加入。虛擬貨幣與一般貨幣不同，並沒有實體，但虛擬貨幣及其交易的可信賴度可依靠區塊鏈技術來支持。

區塊鏈技術是一種不依賴第三方、通過自身分散式節點進行網路數據的存儲、驗證、傳遞和交流的一種技術方案。因此，有人從金融會計的角度，把區塊鏈技術看成是一種分散式開放性去中心化的大型網路記賬薄(公開帳本)，任何人任何時間都可以採用相同的技術標準加入自己的信息，延伸區塊鏈，持續滿足各種需求帶來的數據錄入需要。

例如，比特幣使用的公開帳本是一套基於工作量證明 (Proof-of-Work)機制的分散式存儲方案，通常具有極高的安全性和抗攻擊特性。要對比特幣區塊鏈的安全性形成有效攻擊，需要高達數千TH/s以上的計算能力，這已經超過了當前全球前500強超級電腦的計算能力總和的百倍。

在區塊鏈的技術中，每台連接到區塊鏈網路的電腦都可以形成一個節點以從區塊鏈網路上獲取信息或資料，例如獲得交易資料等，接著節點可將這些資料進行包含雜湊(Hash)運算等出塊程序或區塊產生程序以產生新區塊，並將新產生的區塊連接於該節點所儲存之區塊鏈的最後端。除了信息或資料本身的雜湊運算之外，在前述比特幣所採用的區塊鏈系統中還採用了工作量證明機制來決定區塊是否能產生，而工作量證明係以節點解開難解的雜湊運算來達成，因此，為了能獲得新區塊的產生權利，每個節點將會耗費大量的運算能力在工作量證明的雜湊運算上。

區塊鏈發展至今已不僅僅是用在虛擬貨幣的用途，去中心化的技術可應用多種不同的技術領域，而工作量證明也不再是產生區塊的唯一憑藉。相反地，當區塊鏈應用於其他領域時，工作量證明反而成為阻礙區塊產生的重要因素。因此，在某些區塊鏈架構中，各節點可自行處理資料並產出區塊，在此架構下不需要工作量證明，因此節點的運算能力可由工作量證明的雜湊運算解放出來，而產生區塊的速度也將會對應地提升。為了確保這些區塊鏈架構中產生的區塊具有可信度，須解決區塊鏈中的拜占庭將軍問題(Byzantine Generals Problem)，而一般採用的方式是以超過區塊鏈網路中所有節點數量的三分之二確認此新產生區塊正確來作為此區塊成為已確認區塊或有效區塊的標準。

由於區塊鏈系統係去中心化的系統，其運算都是由各節點來進行，故新節點的加入會擴張區塊鏈架構，進而增大單位時間內的資料處理量並使資料更不易被竄改。然而，當節點的數量大幅膨脹時，表示所有節點數量也會大幅提升，導致一個節點所產生的區塊須經過大量節點確認後才能成為有效區塊，換言之，前述用來解決拜占庭將軍問題的機制以及網路傳輸速度的限制反而會拖慢產生新區塊的速度。

因此，有必要研發一種新式的區塊鏈架構，以解決上述問題。

有鑑於此，本發明之一範疇在於提供一種多區塊鏈產生及整合方法，可更有效地產生區塊。

根據本發明之一具體實施例，多區塊鏈產生及整合方法可透過區塊鏈系統來進行，其中區塊鏈系統包含區塊鏈網路及連接此區塊鏈網路的多個節點。多區塊鏈產生及整合方法包含以下步驟：將多個節點分散於多個群組中；各節點分別產生複數個區塊，每一群組中所產生的區塊互相確認而形成區塊網(Blocklattice)；壓實各區塊網而形成多個區塊鏈，並計算每個區塊鏈中之每個區塊的時間標籤；根據時間標籤整合前述的多個區塊鏈以形成整合區塊鏈；以及，於每一個節點中儲存整合區塊鏈。

本發明之另一範疇在於提供一種區塊鏈系統，可更有效地產生區塊。

根據本發明之另一具體實施例，區塊鏈系統可包含區塊鏈網路以及連接此區塊鏈網路的多個節點。多個節點可分散於多個群組中，並可分別產生新區塊。每一個群組中之節點產生的區塊互相確認，進而形成 一區塊網。各節點根據自身所屬之群組之區塊網產生並儲存區塊鏈，其中各區塊鏈中的區塊具有時間標籤。各節點進一步根據自身所屬之群組之區塊鏈以及自其他群組所接收到的區塊鏈產生並儲存整合區塊鏈。

綜上述，本發明之多區塊鏈產生及整合方法與應用此方法的區塊鏈系統，可提高產生區塊的速度以及處理資料的效能。

1‧‧‧區塊鏈系統

10‧‧‧區塊鏈網路

12‧‧‧節點

120‧‧‧群組

B‧‧‧區塊

L‧‧‧區塊網

C‧‧‧區塊鏈

C1‧‧‧整合區塊鏈

S20~S28、S260~S262、S264~S266‧‧‧流程步驟

圖1A係繪示根據本發明之一具體實施例之區塊鏈系統的架構示意圖

圖1B係繪示可透過圖1A之區塊鏈系統達成的多區塊鏈產生及整合方法的步驟流程圖。

圖2係繪示根據本發明之另一具體實施例之多區塊鏈產生及整合方法的步驟流程圖。

圖3係繪示根據本發明之另一具體實施例之多區塊鏈產生及整合方法的步驟流程圖。

為了讓本發明的優點，精神與特徵可以更容易且明確地了解，後續將以具體實施例並參照所附圖式進行詳述與討論。值得注意的是，這些具體實施例僅為本發明代表性的具體實施例，其中所舉例的特定方法、裝置、條件、材質等並非用以限定本發明或對應的具體實施例。又，圖中各裝置僅係用於表達其相對位置且未按其實際比例繪述，合先敘明。

請參考圖1A及圖1B，圖1A係繪示根據本發明之一具體實施例之區塊鏈系統1的架構示意圖，圖1B係繪示可透過圖1A之區塊鏈系統1達 成的多區塊鏈產生及整合方法的步驟流程圖。如圖1A所示，區塊網系統1可包含區塊鏈網路10以及多個連接於區塊鏈網路10的節點12，各節點12可透過區塊鏈網路10互相聯繫。區塊鏈網路10中可儲存多筆資料，這些資料可根據不同的應用領域而包含不同的形式或內容，例如，這些資料可包含金融交易資料、醫療病歷、身分驗證資料、學歷資料或人工智慧學習資料等。節點12於實務中可為電腦主機或是任何具有網路功能的邏輯運算裝置，並可自區塊鏈網路10中獲取上述資料，以對所獲取的資料執行區塊產生程序而生成區塊B。

於本具體實施例中，多個節點12可被分散或被歸類至不同的群組120之中，如圖1A所示，多個節點12分別被分散到3個群組120，但本發明之群組數量並不以圖1A所繪示之數量為限，也可為2個群組或超過3個群組。於實務中，一個節點12可被隨機分配至其中一個群組120，或可依據一個既定的規則來分配。舉例來說，新節點可依照其加入此區塊網系統之順序而被分配至較新形成的群組中；或者，節點可依照所在的區域被歸類於對應的群組，例如位於東亞區域中的節點被歸類於東亞群組中，而北美區域中的節點被歸類於北美群組中。請注意，本發明並不限定一個群組中之節點的數量，然而，節點數量仍必須要足夠克服區塊鏈中的拜占庭將軍問題。

如圖1B所示，本具體實施例之多區塊鏈產生及整合方法包含以下步驟：步驟S20，將多個節點12分散於多個群組120之中；步驟S22，各節點12分別產生複數個區塊B，並且每一個群組120中的各區塊B互相確認形成區塊網L；步驟S24，分別壓實各區塊網L以產生多個區塊鏈C，同時計 算出每個區塊鏈C中之每一個區塊B的時間標籤；步驟S26，根據所有區塊B的時間標籤整合所有區塊鏈C，以產生整合區塊鏈C1；以及步驟S28，各節點12分別儲存整合區塊鏈C1。

於步驟S22中，各節點12可自行產生新的區塊B，而不需要進行為了獲得新區塊產生權利之工作量證明雜湊運算。於實務中，當一個群組120中之一個節點12產生新區塊B時，可將此新區塊B接於自身先前產生之區塊所形成之區塊鏈的最後端，並發出對應於此新區塊B的廣播至區塊鏈網路10。廣播的內容包含了此新產生區塊B的相關資訊，例如區塊的創建者代碼(Block Proposer ID)、該區塊之雜湊值(Block Hash)、該區塊之前一區塊之雜湊值(Previous Block Hash)、創建者簽名(Signature)、區塊高度(Block Height)、以及確認資料(Acks)等；接著，於同一群組120中之其他節點12可由區塊鏈網路10接收前述的廣播，並利用廣播內的確認資料確認此新產生區塊B。當此群組120內超過三分之二的節點12確認此新產生區塊B時，此新產生區塊B即成為已確認區塊或有效區塊。此外，當確認無誤後，其他節點12也可於產生其他新區塊時將前述廣播中的確認資訊寫入新區塊中。因此，群組120中的各節點120除了可分別產生自身的區塊鏈，並且透過群組120中之不同節點120產生的區塊B間的互相確認，還可進一步將不同節點120的區塊鏈中之區塊B互相連接形成區塊網L，進而保證區塊B之資料的正確性。

於步驟S24中，各節點12可將自身所屬群組120之區塊網L壓實成為一區塊鏈C，並同時計算出區塊鏈C中的每一區塊B的時間標籤，其中，時間標籤中包含此區塊B的產生時間或成為已確認區塊的時間。請注 意，在同一群組120中的所有節點12會計算得到同樣的區塊鏈C，並且將此區塊鏈C儲存起來。於步驟S24後，各群組120即獲得各自的區塊鏈C。實務中，節點12中可同時儲存自身所產生區塊所形成的區塊鏈以及所屬群組120的區塊鏈C。

於步驟S26中，各群組120之各節點12除了自身儲存的區塊鏈C之外，還可自區塊鏈網路10接收其他群組120之節點12所儲存的區塊鏈C。接著，各節點12以自身儲存的區塊鏈C以及其他群組120的區塊鏈C，配合所有區塊鏈C中的所有區塊B的時間標籤而將所有的區塊鏈C整合為整合區塊鏈C1，並且於步驟S28中將此整合區塊鏈C1儲存。因此，區塊鏈系統1最終可得到一個整合全節點之區塊的區塊鏈。實務中，節點12中可同時儲存自身所產生區塊所形成的區塊鏈、所屬群組120的區塊鏈C以及整合區塊鏈C1。

請參照圖2，圖2係根據本發明之另一具體實施例之多區塊鏈產生及整合方法的步驟流程圖。如圖2所示，本具體實施例與前一具體實施例不同處，在於本具體實施例之步驟S26進一步包含了步驟S260以及S262。請注意，本具體實施例之方法的其他步驟，係與上一具體實施例的相對應步驟大致相同，故於此不再贅述。

於本具體實施例中，當執行步驟S24而產生多個區塊鏈C之後，區塊鏈系統1可進一步執行步驟S260：根據各區塊B的時間標籤分別對各區塊B排序。各區塊B的時間標籤中帶有該區塊B的產生時間或被確認時間，故可用來對所有的區塊B進行時間上的排序。於實務中，各群組120之區塊鏈C中的區塊B已互相連接，因此於執行步驟S260之前可先將各區塊鏈 C之區塊B間的連接打散。於前述步驟S260後，所有的區塊B之間已形成了時間上的排序，因此可根據此時間上的排序將所有的區塊B連接而形成整合區塊鏈C1，如步驟S262所示。

綜上述，本發明之區塊鏈系統與多區塊鏈產生及整合方法可先將多個節點分散到不同群組之中，並以群組為單位將群組內的節點所產生的區塊互相連接產生區塊網。於此階段中，節點所產生的區塊並不需要經過區塊鏈網路中的所有節點確認，僅須由所屬群組中的其他區塊確認即可形成已確認區塊或有效區塊，進而節省了大量的其他節點進行確認所耗費的時間，換言之，提高了區塊產出效率。接著，區塊鏈系統中所有群組的區塊鏈整合成一個整合區塊鏈，使在區塊鏈網路上的所有節點都能獲得相同的整合區塊鏈，從而確保了資料的可信度以及去中心化的效果。

如前述的具體實施例，本發明係根據各區塊的時間標籤將各區塊鏈整合產生整合區塊鏈，然而，由於各群組分別計算群組內的區塊的時間標籤，因此與其他區塊鏈互相整合時可能會遇到兩個區塊鏈中之區塊的時間標籤之時間相近甚至相同的狀況，甚至可能導致整合區塊鏈C1分歧。

請參照圖3，圖3係繪示根據本發明之另一具體實施例之多區塊鏈產生及整合方法的步驟流程圖。如圖3所示，本具體實施例與前述具體實施例不同處，在於本具體實施例之方法進一步包含步驟S264及S266。請注意，本具體實施例之方法的其他步驟，係與前述具體實施例的相對應步驟大致相同，故於此不再贅述。

於本具體實施例中，當區塊鏈系統1執行完步驟S24後，可接續執行步驟S264，檢查所有區塊鏈C中之區塊B的時間標籤，並找出時間 標籤相近的第一區塊及第二區塊；接著，區塊鏈系統1可執行步驟S266，將第一區塊與第二區塊整合為一整合區塊，並以整合區塊取代第一區塊及第二區塊。因此，在後續的步驟S26之中，區塊鏈系統1所產生的整合區塊鏈C1中原本時間相近的第一區塊及第二區塊也會被整合為整合區塊，使得整合區塊鏈C1可具有單一的區塊連接順序而避免分歧。若時間標籤相近的區塊B超過兩個，也可一併將所有相近的區塊B整合為一個整合區塊，再以此整合區塊取代所有相近的區塊B。於實務中，整合區塊可包含了所有被整合區塊B中的資料，故可確保區塊鏈中的資料穩定度及可信度。

請注意，雖然本具體實施例中步驟S264及步驟S266係於步驟S24與步驟S26之間執行，但本發明並不以此為限。步驟S264及步驟S266之實際功效僅在於將具有相近或相同時間標籤的不同區塊整合為一，因此可於區塊鏈系統1執行步驟S26時同時進行步驟S264及S266，亦即，根據時間標籤對各區塊B排序同時可將時間標籤相近的區塊B整合為一；或者，步驟S264及步驟S266也可於區塊鏈系統1執行步驟S26後續行，亦即，當整合所有區塊鏈C而形成整合區塊鏈C1之後，再對整合區塊鏈C1中具有相同或相近時間標籤的多個區塊B進行整合而形成整合區塊。

綜上述，本發明之多區塊鏈產生及整合方法與應用此方法的區塊鏈系統可將所有節點分散於多個群組，且每個群組各自產生區塊網及區塊鏈，換言之，在同樣的節點數量之下，本發明的區塊鏈系統產生區塊及區塊鏈的速度將遠超過先前技術的產生速度，亦即大幅提升了資料處理速度。此外，本發明之方法及系統中各群組所產生的區塊鏈可根據時間標籤進一步整合為整合區塊鏈而儲存於各節點中，故於提升產出區塊速度同 時也能確保資料的不可竄改性以及去中心化的效果。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1‧‧‧區塊鏈系統

10‧‧‧區塊鏈網路

12‧‧‧節點

120‧‧‧群組

B‧‧‧區塊

L‧‧‧區塊網

C‧‧‧區塊鏈

C1‧‧‧整合區塊鏈

Claims (5)

1. 一種多區塊鏈產生及整合方法，透過一電腦及網路系統進行，該電腦及網路系統包含一區塊鏈網路以及連接該區塊鏈網路之複數個節點，該方法包含以下步驟：將該等節點分散於複數個群組中；該等節點分別自行產生複數個區塊，且每一該等群組內所形成的該等區塊互相確認而形成一區塊網，其中該等區塊分別被所屬之群組中超過三分之二的該等節點確認時即成為一已確認區塊；計算出每一該等區塊之一時間標籤，該時間標籤為每一該等區塊之產生時間或成為該已確認區塊之時間；各該等節點分別接收各該等節點所屬群組以及其他群組所產生的該等區塊；各該等節點根據該等時間標籤分別對自身所產生的以及所接收到的該等區塊排序，並依據排序結果依序連接該等區塊以產生一整合區塊鏈；以及於每一該等節點中儲存該整合區塊鏈。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含下列步驟：檢查該等區塊的該等時間標籤，以找出該等時間標籤相近之一第一區塊以及一第二區塊；以及將該第一區塊及該第二區塊整合形成一整合區塊，並將該整合區塊取代該第一區塊及該第二區塊，其中該整合區塊包含該第一區塊及該第二區塊中之所有資料。
3. 一種區塊鏈系統，包含：一區塊鏈網路，儲存有複數筆資料；以及 複數個節點，連接該區塊鏈網路，該等節點分散於複數個群組中並用來分別自行產生複數個區塊，每一該等群組中之該等節點所產生該等區塊互相確認以形成一區塊網，其中該等區塊分別被所屬之群組中超過三分之二的該等節點確認時即成為一已確認區塊；其中，該等節點分別計算自身所屬之該群組之每一該等區塊之一時間標籤，並分別接收各該等節點所屬群組以及其他群組所產生的該等區塊，該時間標籤為每一該等區塊之產生時間或成為該已確認區塊之時間，且該等節點分別根據自身所屬群組所產生之該等區塊以及自其他群組之該等節點所接收之該等區塊的該等時間標籤對所有該等區塊排序，以產生並儲存一整合區塊鏈。
4. 如申請專利範圍第3項所述之系統，其中該等節點分別檢查該等區塊的該等時間標籤，以找出該等時間標籤相近之一第一區塊以及一第二區塊，將該第一區塊及該第二區塊整合形成一整合區塊，並以該整合區塊取代該第一區塊及該第二區塊而產生該整合區塊鏈，其中該整合區塊包含該第一區塊及該第二區塊中之所有資料。
5. 如申請專利範圍第3項所述之系統，其中該等節點分別為一電腦主機。

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