[发明专利]多角色驱动的流水线共识方法及系统

说明书

本发明公开了一种多角色驱动的流水线共识方法及系统，分为提议流和共识流，在提议流中，领导节点不间断地发起交易区块的共识提议。在共识流中，所有共识节点进行消息交互，通过流水线的工作方式处理来自领导节点的一系列共识提议，对提议中的交易区块达成共识。由此，实现共识消息的快速积极响应，降低交易确认的延迟；增强系统的可扩展性，提高系统的交易吞吐量。

技术领域

本发明涉及信息安全及电子商务技术领域，特别涉及一种多角色驱动的流水线共识方法及系统。

背景技术

在分布式系统中，拜占庭故障节点的任意行为可能给系统带来严重的破坏。为了让分布式系统能够在拜占庭故障存在时正常运行，学术界提出了诸多拜占庭容错协议。拜占庭容错协议旨在解决状态机复制的问题，即在分布式系统中存在拜占庭故障节点的情况下，所有的诚实节点能够就同序列的一系列请求达成一致。

PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance，实用拜占庭容错协议)是第一个使用全广播消息模式的实用拜占庭容错协议。在PBFT协议中，唯一的领导节点提交请求到系统以启动共识实例。随后，系统中所有的节点按照协议进行消息交互，就领导节点提交的这一请求达成一致。当领导节点无故障时，PBFT协议能够通过两阶段的全广播消息交互确认请求，该过程的通信复杂度为O(n²)。当领导节点是拜占庭故障节点时，PBFT通过视图切换来更换领导节点。视图切换过程中，新的领导节点将通过收集其他节点的视图切换请求来生成新的安全共识实例，以此确保系统的正确性。每个视图切换请求都包含一个发送节点当前状态的证明(包含O(n)个消息)，且节点间的通信模式是全广播消息模式，在这种情况下，PBFT的通信复杂度达到O(n³)，这使得PBFT协议无法应用于大型分布式系统。

区块链是典型的分布式系统。非授权区块链(例如比特币)允许任意节点随意加入和退出系统。非授权区块链具有高程度的去中心化特性，但是性能受限。因此，越来越多的授权区块链系统选择在小规模节点间采用拜占庭容错协议作为共识方案，以获取更高的性能。

为了扩大授权区块链能够适配的节点规模，近年来学者们致力于研究拜占庭容错协议的可扩展性。但现有研究方案仍面临两个问题。

第一是领导节点的瓶颈问题。现有的基于领导节点实现的拜占庭容错协议不再采用全广播消息模式来提交请求，而是结合门限签名方案，将通信开销降低到了线性级。这一方法极大地提高了拜占庭容错协议的可扩展性，但是领导节点成为了系统性能的瓶颈，这是由于基于领导节点实现的拜占庭容错协议的效率在很大程度上取决于领导节点的性能，例如，领导节点的计算速率、与其他节点交互的网络延迟、带宽和存储空间等。因此当系统中存在大规模数量的节点时，这些协议将不再实用。

第二是大批次消息的传输问题。另一种提升性能的方法是在每个共识实例中一次性提交批量的请求。这是一个非常简单有效的解决方案，但是如果请求批处理量过大，消息的传输时间将导致确认请求的延时陡增，系统的吞吐量也会随之骤降。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种多角色驱动的流水线共识方法，该方法实现共识消息的快速积极响应，降低交易确认的延迟，增强系统的可扩展性，提高系统的交易吞吐量。

本发明的另一个目的在于提出一种多角色驱动的流水线共识系统。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种多角色驱动的流水线共识方法，包括：

通过客户端发起交易并提交至共识网络，等待共识节点返回交易确认信息；

通过领导节点将共识网络内的交易聚合成交易区块并生成共识提议，将所述共识提议广播给共识网络内的所有共识节点；