[发明专利]基于关联环签名的拜占庭容错共识优化方法

说明书

本发明公开了一种基于关联环签名的拜占庭容错共识优化方法，其包括接收Pre‑Prepare消息并对其进行关联环签名；接收PREPARE消息，并确定发送PREPARE消息的节点为PREPARE消息内公钥环中的成员后，对PREPARE消息进行关联性验证；统计PREPARE消息通过关联性验证的票数加权和M₁，若M₁大于2F+1，则生成并对COMMIT消息进行关联环签名；接收COMMIT消息，并在确定发送COMMIT消息的节点为主域节点时，对COMMIT消息进行关联性验证；统计COMMIT消息通过关联性验证的票数加权和M₂，若M₂大于2f_p+1时，则将COMMIT消息写入其数据库中。

技术领域

本方案涉及区块链技术，具体涉及一种基于关联环签名的拜占庭容错共识优化方法。

背景技术

共识算法是区块链技术的核心要素，也是近年来分布式系统研究的热点。目前，最广为人知的共识算法当属比特币中使用的工作量证明(PoW)。PoW首次提出时用来解决垃圾邮件问题，后来被中本聪用于比特币当中。PoW从经济学角度实现共识，矿工通过解决数学难题生成区块来记账，生成的区块经过全网广播验证来写入区块链，区块之间通过hash值连接。之后的矿工在最新区块上继续挖矿工作，挖矿产生的比特币奖励让大多数矿工表现良好，而要破环PoW系统，则需要控制全网50％以上的算力，这保证了共识系统的安全性。

PoW的缺点在于挖矿需要消耗大量的电力，比特币网络的电力消耗甚至已经超过了159个国家的消耗量。而当前挖一个区块的时间大约在十分钟，需要六个区块的确认才能保证交易生效，交易的确认时间过长使得该共识算法的应用场景受限。同时，全网算力的集中也将导致安全风险，面临分叉时可能将引起算力竞赛。

在联盟链中，使用最广泛的共识算法是实用拜占庭容错算法(PracticalByzantine Fault Tolerance，PBFT)，该算法通过三阶段协议来进行共识过程，当主节点出问题时引发视图切换协议，在新视图中通过重新执行那些账本不一致事务来保证一致性。PBFT算法解决了原始拜占庭容错算法效率不高的问题，将算法复杂度由指数级降低到多项式级，使得拜占庭容错算法在实际系统应用中变得可行。但由于PBFT算法的三阶段协议需要进行大量通信，这极大限制了PBFT算法的共识性能，导致了PBFT算法无法应用于大规模共识环境。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于关联环签名的拜占庭容错共识优化方法解决了大规模共识环境下PBFT算法存在的共识性能差的问题，同时保证参与共识用户的投票匿名性。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种基于关联环签名的拜占庭容错共识优化方法，其包括：

S1、主域节点和子域节点接收来自于共识域中的主节点广播的Pre-Prepare消息；

S2、当Pre-Prepare消息中的序号和视图通过验证后，生成PREPARE消息并进行关联环签名，广播至主域中所有主域节点；

S3、主域节点接收PREPARE消息，根据环签名验证确定发送PREPARE消息的节点为PREPARE消息内公钥环中的成员后，对PREPARE消息进行关联性验证；

S4、统计PREPARE消息通过关联性验证的票数加权和M₁，若票数加权和M₁大于2F+1，则生成COMMIT消息并进行关联环签名，广播至所有节点；

S5、主域节点和子域节点接收COMMIT消息，根据环签名验证确定发送COMMIT消息的节点为主域节点时，对COMMIT消息进行关联性验证；