[发明专利]一种区块链的分层共识方法和系统

说明书

本发明涉及一种区块链的分层共识方法和系统。将全网络中参与共识的计算机节点进行分组，把全网络划分为一个主干网和多个相互独立的子网络，主干网是共识的第一层，各子网络是共识的第二层；区块链网络中节点达成共识的过程通过分层的策略实现，第一层主干网中的节点首先形成共识，第二层子网络中的节点再同步形成共识。由于主干网中的节点数量比全网络中的节点数量大大减少，当全网络节点数量较大时区块链系统仍然能够高效的达成一致，网络带宽占用的更少。

技术领域

本发明属于区块链技术领域，特别是涉及一种区块链的分层共识方法和系统。

背景技术

区块链是一种去中心化的、由各节点参与的分布式数据库技术。区块链网络中记录的信息由所有验证节点共同参与记录，无需任何中心化的节点审核，记录的信息具有不可伪造和防篡改的特点。完备可追溯、去中心化和去信用化是区块链技术的三大特点。区块链没有一个中心的机构，各个节点信息的一致性是通过区块链的共识机制来保证的。区块链共识机制是在拜占庭容错的分布式一致性算法基础上，根据具体业务场景传输和同步数据的通信模型。共识方法是区块链的核心技术之一，方法的性能直接影响系统的有效性。

目前常见的共识方法有工作量证明机制、权益证明机制、授权股权证明机制、实用拜占庭容错协议等。

工作量证明机制(Proof of Work,POW),网络中的节点需要通过一定工作量的计算得到随即哈希散列的数值解，才能通过节点竞争获取记账的权利(挖矿)。一般节点的计算机算力越强越容易得到记账权利及相应奖励。每次达成共识需要全网共同参与运算，性能效率比较低，容错性方面允许全网50％节点出错。

权益证明机制(Proof of Stake，POS)，已有很多不同变种，它将POW中的算力改为系统权益，基本概念是产生区块的难度应该与用户在网络里所占的股权成比例。拥有数字资产越多，寻找随机数的速度就越快。相对于POW，一定程度减少了数学运算带来的资源消耗，性能也得到了相应的提升。但是POS中，拥有权益的参与者未必希望参与记账，并且容易产生分叉。

授权股权证明机制(Delegate Proof of Stake，DPOS)，在PoS的基础上，将记账人的角色专业化，先通过权益来选出记账人，然后记账人之间再轮流记账，过程类似于董事会投票。但是这种方式依然没有解决最终性问题，需要检查点机制来弥补最终性。

实用拜占庭容错协议(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT),是一种采用许可投票、少数服从多数来选举领导者进行记账的共识机制。该共识机制允许强监管节点参与，具备权限分级能力，性能更高，耗能更低，并且该共识机制容许拜占庭容错，允许33％的节点作恶，容错性为33％。

目前的共识方法还不完善，不能适应所有应用场景，尤其是网络节点数量大或存在多个子网的情况下，需要设计有针对性的共识方法，以提高共识的效率，减少网络流量。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种区块链的分层共识方法和系统，能够在网络中节点数量较大时，使区块链系统高效的达成一致。

本发明技术方案将全网络中参与共识的计算机节点进行分组，把全网络划分为一个主干网和多个相互独立的子网络，主干网是共识的第一层，各子网络是共识的第二层。所述子网络是由多个计算机节点组成，并且不存在一个计算机节点同时属于两个不同的子网络。组成子网络的节点会选举出一个主节点，所述主干网由所有子网络中的主节点组成。区块链网络中节点达成共识的过程通过分层的策略实现，第一层主干网中的节点首先形成共识，第二层子网络中的节点再同步形成共识。由于主干网中的节点数量比全网络中的节点数量大大减少，因此当全网络节点数量较大时区块链系统仍然能够高效的达成一致，并且相比于PBFT共识算法来说，网络带宽占用的更少。

具体而言，本发明提供了一种区块链的分层共识方法，所述方法包括：