[发明专利]可变难度的无冗余平行区块链系统及方法

权利要求书

1.一种可变难度的无冗余平行区块链系统，其特征在于：包括架构模块、平行采矿模块、难度调控模块以及全局序列化模块；

所述架构模块，用于为平行区块链系统提供整体架构，涵盖区块链各分层，包括应用层、协议层、数据层、共识层和网络层；

所述平行采矿模块，设置在所述数据层和共识层中，用于并发产生区块构建平行模式区块链，包括收集预备信息构建全区块和进行工作量哈希并填充区块体产生新区块；所述全区块，包含所有的平行分支的信息以及所有类型的交易信息，在工作量哈希之后，依据平行采矿原则保留有效信息并给出相关证明得到新区块；所述数据层中的数据库存储交易、区块的信息，其中交易采用改进的稀疏默克尔树结构整合，多分支的区块采取传统默克尔树结构整合；

所述难度调控模块，设置在共识层，用于多变的采矿能力场景下，兼容平行出块同时进行难度调控；

所述全局序列化模块，设置在共识层和网络层中，用于为平行区块链系统对需要全局账本的场景中进行区块确认、存在性验证并序列化为有效账本。

2.根据权利要求1所述的可变难度的无冗余平行区块链系统，其特征在于：所述共识层，设置有共识模块，用于执行区块生成到发布的过程，包括实现无重复交易的平行链，利用状态改变难度的挖矿机制，得到全局区块序列的确认方法。

3.根据权利要求1所述的可变难度的无冗余平行区块链系统，其特征在于：所述共识层，设置有验证模块，用于校验工作量难度值合法性并验证哈希计算后填充区块体信息和相关证明对于收集信息的一致性和完整性，和验证新区块的工作量以及相关信息对于默克尔树根的成员证明。

4.一种可变难度的无冗余平行区块链方法，其特征在于：采用平行采矿模块产生区块，具体实现包括以下步骤：

步骤1：参与工作量竞争的矿工收集产生区块需要的预备信息，构建全区块，所述全区块，包含所有的平行分支的信息以及所有类型的交易信息，在工作量哈希之后，依据平行采矿原则保留有效信息并给出相关证明得到新区块；

步骤2：对预备信息处理生成预备区块头，进行工作量哈希；

步骤3：若干矿工同时并发挖掘区块时，矿工能同时在多条区块链分支进行挖矿，整合所有分支作为前置信息并进行哈希计算，对区块哈希分类，每个矿工一次只追加一条区块链分支；

步骤4：依据步骤3中获得的哈希分类对区块进行填充，生成新区块；

步骤5：对区块进行广播；

步骤6：其余矿工对区块进行验证并更新本地数据库。

5.根据权利要求4所述的可变难度的无冗余平行区块链方法，其特征在于：步骤2的具体实现包括以下子步骤：

步骤2.1：处理交易信息，构建稀疏默克尔树S-MerkleTree，交易按照映射关系构建S-MerkleTree的枝干；

步骤2.2：处理前置信息，实现多对一平行采矿；将m个链实例的最新区块作为前置状态，利用默克尔树进行整合；

步骤2.3：处理确认信息，将收集到的m个布隆过滤器组BFS进行亦或合并作为确认信息；

步骤2.4：利用步骤2.1的交易树根、步骤2.2的前置树根、步骤2.3的确认信息哈希摘要以及一个随机数，构建预备区块头；

步骤2.5：不断变化随机数，进行工作量哈希计算，区块哈希满足目标值，得到真正的区块头。

6.根据权利要求4所述的可变难度的无冗余平行区块链方法，其特征在于：步骤4中所述生成新区块，具体实现包括以下子步骤：

步骤4.1：填充交易，保留S-Merkle的第i个分支下的交易并提供成员证明；

步骤4.2：填充前置双亲，依据链ID连接改链的上一个区块到新区块并提供成员证明；

步骤4.3：填充确认信息；将新区快的哈希进行布隆过滤器压缩，追加更新到布隆过滤器组BFS中，作为后续全局序列化确认机制的关键信息。

7.根据权利要求4所述的可变难度的无冗余平行区块链方法，其特征在于：步骤6中所述其余矿工对区块进行验证，验证工作量哈希是否满足目标值，重新计算校验；验证前置双亲的成员证明和一致性，验证确认信息的一致性。