[发明专利]一种区块链拜占庭容错共识方法及系统

说明书

本发明提供了一种区块链拜占庭容错共识方法及系统，方法包括：S1：节点进行密码抽签，被抽中的节点提议区块并广播；S2：对最高优先级的区块进行第一轮投票；S3：如果存在第一轮投票大于或等于设定条件的区块，则对该区块进行第二轮投票；S4：如果第一轮票数和第二轮票数均大于或等于设定条件，则对该区块达成共识并返回S1，否则执行S5；S5：如果不存在第一轮票数大于或等于设定条件的区块，则对空块进行第三轮投票；如果存在第一轮票数大于或等于设定条件且第二轮票数小于设定条件的区块，则对该区块进行第三轮投票；如果第三轮票数大于或等于设定条件，则返回S2，否则返回S1，从而提高拜占庭容错共识算法效率且降低网络传输压力。

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，特别是涉及一种区块链拜占庭容错共识方法及系统。

背景技术

当前，区块链系统应用越来越广泛，如中国央行从2014年就开始研究基于区块链的数字货币，并已取得较好的研究成果；2019年3月，IBM(IBM.US)宣布跨境支付区块链World Wire；2019年6月，美国Facebook公司推出Libra数字货币，以期望为全球提供无国界的数字货币和金融服务的区块链平台；2019年6月，Visa宣布跨境支付区块链网络B2BConnect。除数字货币外，区块链技术在物联网、电子发票、司法存证、食品安全等领域应用不断推广。

共识方法是区块链的核心协议。当前，工作量证明(Proof of Work)机制由于大量的资源消耗和长时间等待而受到越来越多的质疑。普林斯顿大学Arvind Narayanan教授指出目前比特币挖矿的电力消耗已经接近全球电力总消耗的1％，数值大约是5000兆瓦，几乎是整个伦敦人口(约800万)每天的用电量。权益证明(Proof of Stake)和委托权益证明(Delegated Proof of Stake)等机制由于中心化导致安全性较低。该类共识机制使得拥有大量代币的用户能够坐享其成。此外，用户抵押代币以期望获得利息，不利于代币的流动性，而且还会吸引黑客攻击大量币的钱包。

基于拜占庭容错的共识机制由于其不分叉特性和高效性得到越来越多的研究。例如，Micali等提出Algorand共识方法，该方法具有不分叉的优点。Pass和Shi提出混合共识机制，该机制中将经典共识机制与非授权共识机制相结合,利用工作量证明，实现非授权环境中的状态机复制。该机制具有交易快速响应特性(responsivenss),是指交易的确认时间与网络真实时延有关,而与网络时延上限无关。Maofan等提出HotStuff共识方法，该方法将PBFT网状通信拓扑变成了星形通信网络拓扑，使得每次通信都依靠主节点以降低系统通信复杂度。随后Libra在HotStuff的基础上引入显示的活跃机制，并使用聚合签名的方式保留验证者的身份以提高验签效率。

上述拜占庭容错共识方法均涉及2轮投票，如果2轮投票大于或等于设定条件票数占比，则能够达成共识。但是如果仅第1轮大于或等于设定条件票数占比，而第2轮小于设定条件票数占比，则要求系统重新选择区块提议节点，以完成区块提议。该过程使得区块链共识效率较低。因此，Jae Kwon等提出的Tendermint共识机制，该机制在使用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT)方法的基础上添加了锁的概念。如果区块Block-A的第1轮大于或等于设定条件票数占比，则锁定该区块，且下一轮严格要求对上一轮已投票的区块继续投票。虽然对上一轮已投票的区块继续投票以期望达成共识，但是在该过程中，如果节点对上一轮的空块nil或者其他区块Block-B投票进行了投票，则要求该节点继续对空块nil或者其他区块Block-B进行投票，而仅当对区块Block-A投票的节点才能够继续对区块Block-A进行投票。因此，该过程不利于下一轮的共识，从而使得共识效率较低。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种区块链拜占庭容错共识方法及系统，以提高共识效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种区块链拜占庭容错共识方法，所述方法包括：