[发明专利]一种基于流水线的高效区块链共识算法

说明书

一种基于流水线的高效区块链共识算法，基于拜占庭容错共识算法，通过委员会选取阶段和投票阶段两个共识提交阶段，运用流水线并行的执行方式，采用无领导模式和随机选取方式，优化区块链共识算法。本发明通过流水线并行的执行方式，提出了一种无领导者流水线BFT共识算法。在两个阶段的投票后达成共识，实现了并行的执行和验证。进一步提高现有的BFT类共识算法的交易执行效率和吞吐量，避免在出现大批量交易时由于共识算法效率低下导致的共识失败，从而使区块链系统达成共识。

技术领域

本发明及区块链共识算法技术领域，具体涉及一种基于流水线的高效区块链共识算法。

背景技术

随着计算机技术的不断发展，区块链技术逐渐走向成熟，从人们熟知的比特币到现在的区块链金融，区块链技术已经广泛的应用到我们的日常生活中。共识算法作为区块链技术的一个重要组成部分，决定了系统出块的速率和正确率，对区块链技术起着关键的作用。近年来，在共识算法领域中拜占庭将军问题受到越来越多的研究者的青睐，拜占庭将军问题是指当存在一些恶意节点时，如何避免恶意节点的影响，自动且安全的执行操作。传统的PBFT共识算法通信成本较高，共识速率慢，节点动态变更能力较差，在小规模集群中算法效率较高，在大规模集群上性能一般，不能满足用户的需求。因此研究者从不同的角度去优化改进算法，提高算法的执行速度降低算法的通信成本。

目前，对于拜占庭类共识算法的研究主要通过降低节点数和降低通信次数来提高算法的效率，如：增加第三方可信机制、优化算法通信结构等。传统的BFT类共识算法使用3f+1个节点参与投票来容忍f个拜占庭类节点，为了防止主节点作恶，算法采用三阶段的共识，通过三次的信息交互完成共识，这在一定程度上降低了执行效率，同时提高了系统的复杂程度。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术区块链共识算法执行效率低、吞吐量受限、计算资源浪费的问题，提供一种基于流水线的高效区块链共识算法。

本发明为了实现上述目的，所提供的技术方案是：一种基于流水线的高效区块链共识算法，基于拜占庭容错共识算法，通过委员会选取阶段和投票阶段两个共识提交阶段，运用流水线并行的执行方式，采用无领导模式和随机选取方式，优化区块链共识算法。

优选的，在所述委员会选取阶段，当用户发起交易时，根据交易内容、时间戳和消息对应的视图生成随机种子，根据随机种子进行委员会划分，委员会内部进行消息的转发和投票，根据收集的票数决定是否提交；在所述投票阶段，委员会内各个节点收集投票数量，根据投票的数量决定是否进行消息的提交，若提交则进行消息广播，普通节点在收到消息后进行消息同步操作。

优选的，在所述委员会选取阶段，委员会内没有领导者节点，节点之间通过相互通讯获得信息和投票。

优选的，所述委员会选取阶段采用环形网络拓扑结构。

优选的，在所述投票阶段，执行组织进行组内交易验证的并行执行时，采用异构执行或同构执行；验证节点对交易执行情况进行验证时，采用同构验证或异构验证。

优选的，具体包括以下步骤：

1)用户发起交易时，客户端进行全广播，所有节点存储一份消息备份，共享消息交易池；

2)各节点根据交易内容、时间戳和消息对应的视图信息进行hash运算，随机选取委员会节点，根据不同计算结果将不同的节点划分到不同的委员会；

3)不同委员会进行交易请求进行委员会选取阶段的执行和验证；

4)不同交易请求进行投票阶段的执行和验证，采用并行的执行架构，验证通过后将验证信息在所有节点中进行广播；

5)收集到指定票数的节点将该交易请求反馈给客户端。

优选的，所述步骤3)中不同委员会之间处理不同的交易请求，组织内采用无领导者的方式。