[发明专利]一种面向分层架构的PBFT共识节点动态调整方法

说明书

本发明涉及区块链的共识机制领域，特别涉及一种面向分层架构的PBFT共识节点动态调整方法，包括利用K‑mediods聚类算法对终端节点进行聚类，将聚类结果的每个簇的簇心作为第一层共识组合，簇内的其他节点作为第二层共识组；每个簇中作为簇心的节点与该簇内其他节点交互，进行门限代理授权；每个簇内的节点广播该节点拥有的数据摘要，由该簇作为簇心的节点担任第二层共识组的主节点，将一段时间内的数据进行共识；第一层共识组合中的节点轮流作为主节点，且当前作为主节点的节点将其所在簇内完成的共识结果进行打包并发起共识；本发明保障共识能够顺利达成一致性，同时区块链技术一定程度上保障物联网终端节点存储数据的安全。

技术领域

本发明涉及区块链的共识机制领域，特别涉及一种面向分层架构的PBFT共识节点动态调整方法。

背景技术

随着区块链技术的逐渐成熟，区块链的应用场景也越来越广泛。区块链本质上是一个分布式存储系统，所有节点共同维护整个区块链生态的正常运行，但是节点彼此之间是无法相互信任的，可能会存在恶意的节点为了自己的利益而做出一些损害系统整体利益的操作。为了防范这种潜在的威胁，区块链系统需要一种共识机制来使各个节点达成共识,保证数据的最终一致性。研究区块链的共识机制对区块链的安全性、交易处理速度增快和可扩展性等方面起着重要的意义。实用拜占庭容错算法(PBFT)是当前联盟链和私有链中最常采用的经典共识方案，主要利用一致性协议、检查点协议和视图切换协议来共同维护系统的一个状态，对于系统内的请求进行验证并达成一致性的结论。

在传统的区块链拜占庭(BFT)共识算法中，当网络中离线的共识节点数量超过共识组节点总数的1/3时，BFT共识算法将无法完成，使得系统将卡在本轮无法继续，从而导致整个区块链网络将瘫痪。然而，在物联网应用中，这种情况是很有可能发生的，并极大的限制了区块链技术在物联网应用中的安全性和稳定性。由于物联网设备是由终端控制，每个物联网设备的操作状态可能不同。某些物联网设备可能仅在工作时间开启，并在其他时间关闭。每个终端的工作时间也不一样，所以物联网设备的开启和关闭时间也不一致。同时，由于物联网设备在公共网络上运行，网络状况也将减弱，这将突然导致一些物联网设备与网络断开连接。除了存在终端节点离线的情况以外，还存在着新的终端节点加入到共识的这种需求。面对共识节点的加入和退出，最直接的方式就是先关闭所有的共识节点，并修改配置文件，然后重新加载所有的共识节点，但是这种方式效率太低，并且需要停止整个区块链网络的服务，所以是不可取的。

发明内容

为了保障了物联网终端节点存储数据的安全，本发明提出一种面向分层架构的PBFT共识节点动态调整方法，该方法用于物联网中的共识节点实现动态的调整并保障共识流程顺利完成，具体包括以下步骤：

S1、利用K-mediods聚类算法对终端节点进行聚类，将聚类结果的每个簇的簇心作为第一层共识组合，簇内的其他节点作为第二层共识组；

S2、每个簇中作为簇心的节点与该簇内其他节点交互，进行门限代理授权；

S3、每个簇内的节点广播该节点拥有的数据摘要，由该簇作为簇心的节点担任第二层共识组的主节点，将一段时间内的数据进行共识；

S4、第一层共识组合中的节点轮流作为主节点，且当前作为主节点的节点将其所在簇内完成的公式结果进行打包，并在本轮共识中发起共识。

进一步的，利用K-mediods聚类算法对终端节点进行聚类包括：

S11、终端节点根据信誉机制选取出N个信誉值较高的节点作为聚类中心；

S12、其他终端节点使用K-mediods聚类算法以距离为相似度评判标准来进行初步聚类；

S13、初步聚类完成之后，以簇心的距离为收缩因子，每次凝聚距离最近的两个簇心，并对其所在的簇进行收缩；

S14、重复步骤S13，直到收缩后簇内的簇心达到设置代表点的个数为止，完成聚类。