[发明专利]用于区块链的共识机制性能的分析方法和装置、存储介质

说明书

本发明提供一种用于区块链的共识机制性能的分析方法，用于有用工作量证明机制，在PoUW共识机制中，根据已执行的任务指令的数量来确定挖矿的工作量，并将每条任务指令视为伯努利分布；将PoUW共识机制的处理结果传输到工作客户端；将挖出的区块广播到P2P网络。本发明基于概率理论模型来量化PoUW的分叉概率和系统吞吐量，为了计算分叉概率，本发明首先考虑从矿工的角度分析找到区块的概率，然后从系统的角度计算分叉概率，进一步计算系统吞吐量。该发明中所提出的方法准确性高、可靠性强，为优化PoUW性能提供了参数配置指导。

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，尤其涉及一种用于区块链的共识机制性能的分析方法以及应用该方法的装置、存储介质。

背景技术

ABSTRACT工作量证明(PoW)是区块链流行的共识机制。但是，它消耗大量的计算资源，除了达成共识之外，并没有产生有用的结果。最近提出了有用工作量证明(PoUW)来解决PoW的资源浪费。使用PoUW，每个矿工首先进行有用的工作(例如数据分类)，然后根据其执行的CPU指令数量竞争获胜者。因此，与PoW相比，在PoUW中，做有用工作的时间是一个新的重要因素。在区块链中，分叉会阻碍共识机制的执行效率，而吞吐量是量化共识机制性能的关键指标。

2008年，Nakamoto提出了著名的区块链协议，以实现公共的，不变的和有序的分类帐本。该区块链协议采用称为工作量证明(PoW)的计算密集型机制，以实现分散网络中节点之间的共识。在PoW中，每个矿工(即维护区块链的节点)竞争解决密码难题，即找到满足哈希映射某些条件的随机数。获胜者是首先找到答案的节点，将获得生成新区块的特权与奖励。但是，这种PoW机制消耗了巨大的计算资源，但并没有达到共识之外的有用目的。

最近，提出了有用功证明(PoUW)来解决这个问题。使用PoUW，每个矿工都会消耗自己的计算资源来处理有用的工作(例如数据分类)，然后根据已执行的CPU指令的数量竞争优胜者。因此，不同于PoW矿工总是通过不断执行哈希操作来竞争赢家，PoUW矿工仅在任务处理(TP)时间(即需要完成处理时间)之后才通过抽奖方式竞争赢家。PoUW的TP时间是不同于PoW的新的重要因素。在PoUW中，矿工花费大量时间来做有用的工作，而花很少的时间来竞争获胜者，从而避免了计算资源的巨大浪费。

为了进一步提高PoUW的实用性，我们关注PoUW的系统参数(特别是TP时间)如何影响其性能。一个重要的性能指标是分叉概率。像PoW一样，PoUW机制旨在创建单链结构。即，希望仅将一个新生成的块链接到前一个块。但是，实际上，当多个节点同时赢得比赛时，两个或多个块将链接到同一先前的块，从而导致分叉。例如，在图1中，块i+1和i+2链接到块i，因此发生了分叉，为了维持单链结构，只有最长的链可以保留。

分叉是区块链中的一个基本问题，因为它浪费了计算资源，带来了双重支付问题和安全风险(例如，由于诚实矿工的计算资源浪费，攻击者可能比诚实矿工更容易生成更多的区块)，以及造成数据不一致(例如，由于网络延迟，不同的矿工可能会存储不同长度的链)。我们注意到，在任何时候，PoW赢家都可以随时产生，但是，PoUW赢家只能在有限的时间点生成，因为每个工人都将大部分时间(即TP时间)花费在做有用的工作上，而花很少的时间来竞争赢家。预计PoUW可能会导致更多的冲突和分叉。因此，分析PoUW的分叉概率非常重要。系统吞吐量衡量了区块链网络生成区块的速度，因此是影响PoUW实用性的另一个重要性能指标。在PoUW中，每个矿工仅在TP时间后才竞争获胜者。直观地讲，TP时间越长，区块的产生率就越低。更糟糕的是，如上一段所述，TP时间可能导致更多的分叉，从而减少了有效块的数量。因此，除了网络延迟等常规因素外，TP时间也是影响PoUW系统吞吐量的新因素。