[发明专利]一种支持主节点动态切换的多层共识方法

权利要求书

1.一种支持主节点动态切换的多层共识方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将网络节点划分成上下两层结构，上层网络由一个分区组成，下层网络包含多个互不通信的分区；

步骤2，全网每个节点维护多个列表，每个列表记录同一分区内的节点信息，各节点之间保持列表的一致性；

步骤3，在上下两层网络的各个分区内，计算和分发该分区门限签名所需的密钥信息；

步骤4，下层网络各分区节点采用视图切换机制，选举出分区主节点；其次，下层网络各分区主节点参与上层网络的主节点选举过程，通过视图切换机制选举出上层网络主节点，完成整个网络的初始化过程；

步骤5，网络初始化完毕后，启动共识过程；具体方式为，将交易请求转发至上层网络的主节点，进行交易验证并打包成区块，并在上下两层网络之间执行两阶段的PBFT共识；上层节点依次进行PBFT共识的预准备和准备阶段，然后下层各分区节点进行PBFT共识的预准备、准备和确认阶段，最后上层节点完成PBFT共识的确认过程，结束两层共识；

步骤6，在共识的过程中，若检测到主节点存在不正当行为，则触发主节点切换机制；各分区节点采用视图切换机制进行主节点选举，选举完成后向全网广播新的主节点信息以更新节点列表。

2.根据权利要求1所述的一种支持主节点动态切换的多层共识方法，其特征在于，步骤1的具体过程如下：

将网络节点划分为上下两层结构，上层网络组成一个分区，其中包含1个主节点和p个副本节点，副本节点中有m个为下层网络的主节点，其中p≥m，且p≥3；下层网络包含m个分区，每个分区包含1个主节点和q个副本节点，下层网络的主节点同时为上层网络的共识节点，其中q≥3。

3.根据权利要求2所述的一种支持主节点动态切换的多层共识方法，其特征在于，步骤2的具体过程如下：

根据全网分区数量，创建多张节点列表；每张列表标识同一分区的节点信息，节点标识信息包括分区编号、群公钥、节点编号、IP地址、节点公钥和节点状态信息。

4.根据权利要求3所述的一种支持主节点动态切换的多层共识方法，其特征在于，步骤3的具体过程如下：

设定上层网络节点总数为3f₁+1，f₁≥1，下层网络每个分区的节点数为3f₂+1，f₂≥1，然后在各层网络中进行初始化设置，初始化过程为：上层网络和下层分区网络分别构造(2f₁+1，3f₁+1)和(2f₂+1，3f₂+1)多重门限签名，在上层网络和下层网络的每个分区内，用分区内所有节点的公钥计算本分区群公钥，每个节点用自己的私钥计算成员密钥，并在各分区内分享群公钥和成员密钥，同时向全网广播该分区的群公钥，更新全网节点列表。

5.根据权利要求4所述的一种支持主节点动态切换的多层共识方法，其特征在于，步骤4的具体过程如下：

步骤401，分区主节点的选举通过PBFT视图选举机制产生，其中每个分区的节点数为n，分区主节点通过公式p＝v mod n选举产生，v表示视图编号；当需要切换视图时，视图编号通过公式v＝v+1进行更新；

步骤402，下层网络各分区节点参与本分区主节点选举，如果没有被选举为主节点，则成为所属分区的副本节点，如果被选举为主节点，则成为所属分区的主节点；

步骤403，下层网络的分区主节点同时隶属于上层网络，参与上层网络的主节点选举过程，如果没有被选举为主节点，则成为上层网络的副本节点，如果被选举为主节点，则成为上层网络的主节点。

6.根据权利要求5所述的一种支持主节点动态切换的多层共识方法，其特征在于，步骤6的具体过程如下：

步骤601，当某一分区检测到主节点的不正当行为后，该分区通过视图切换机制选举出新的主节点；当选举出新的主节点后，由主节点向分区所有副本节点广播一条提案信息，提案内容为Primary Node，Signature，其中Primary Node表示选举出的主节点，Signature表示主节点的签名信息；

步骤602，当副本节点接收到提案信息后，验证该提案的签名信息，验证通过后，副本节点调用门限签名算法对提案信息进行签名，并将签名信息广播到主节点，信息内容为Primary Node，Replica Node，Threshold Signature，其中Primary Node表示选举出的主节点，Replica Node表示参与门限签名的副本节点，Threshold Signature表示使用门限签名算法签名的提案信息；

步骤603，当分区主节点收集到不少于2f₁+1条提案的签名信息后，分别验证每个签名，并将验证通过的签名聚合起来，形成对提案的聚合签名，并向全网广播一条PrimaryNode，AggriSignature信息用于更新节点列表，其中Primary Node表示选举出的主节，AggriSignature表示分区对提案信息的聚合签名；

步骤604，当全网的节点接收到带有聚合签名的提案信息后，首先使用该分区的群公钥验证聚合签名信息，验证通过后根据提案信息修改本地列表，将该分区的主节点修改成Primary Node节点；如果该节点同时隶属于上层网络，则同时修改该节点在上层网络的节点列表信息；当该节点列表信息修改完成后，向信息发送方回复一条确认信息表示确认，完成节点列表更新过程。