[发明专利]一种支持主节点动态切换的多层共识方法

说明书

本发明公开了一种支持主节点动态切换的多层共识方法，涉及信息安全技术领域。本发明采用分区分层的架构，将PBFT算法扩展为多层以降低单层共识所需通信开销，在每个节点维护多张通信节点列表，记录全网节点信息。各分区采用PBFT视图切换机制进行分区主节点切换，分区节点采用门限签名对列表更新提案进行签名并广播向全网，保证全网节点列表信息的一致性。相较于传统的多层PBFT共识算法，能够显著提升网络的灵活性，使得主节点切换更加安全与高效。

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，具体涉及一种支持主节点动态切换的多层共识方法。

背景技术

区块链是一种分布式共享账本，以其去中心化、不可篡改等特性，成为业界的研究热点。其中共识算法是区块链技术的重要组件，解决了节点之间的相互信任问题，在维护区块链的安全和效率方面起着至关重要的作用，使用正确的算法可显著提高区块链系统的性能。然而受限于FLP定理和CAP定理，大多数区块链系统无法同时提供高吞吐率和高可扩展性，区块链技术也未得到大规模应用。

在联盟链的应用场景下，对加入节点进行了准入限制，主要共识算法有PBFT和PBFT改进算法，具有低能耗和高性能等特点，可以提供1/3的容错能力。但是PBFT算法为达成数据的一致性采用了多阶段交互的方式，在一轮共识的过程中，整个网络需要O(n²)的通信复杂度(n为参与共识的节点数量)，一次主节点切换需要O(n³)的通信复杂度，因此PBFT算法不适用于大规模节点间的共识。以PBFT共识机制为基础，又提出了多层的PBFT算法，通过分层结构来减少每轮共识节点数量，从而达到降低通信开销的目的，这样虽然可以提高共识的可扩展性，但同时导致网络结构复杂，发生故障后系统恢复困难。因此，如何在多层网络之间实现主节点动态切换是一个值得解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种支持主节点动态切换的多层共识方法。该方法将PBFT算法扩展为多层以降低单层共识所需通信开销，在每个节点维护多张列表，记录全网节点信息。各分区采用PBFT视图切换机制进行分区主节点切换，分区节点采用门限签名对列表更新提案进行签名并广播向全网，保证全网节点列表信息的一致性。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种支持主节点动态切换的多层共识方法，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。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，当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。

进一步的，所述步骤1的具体实现过程如下：