[发明专利]一种基于聚类的可扩展的分片共识算法

说明书

本发明为一种基于聚类的可扩展的分片共识算法。一种基于聚类的可扩展的分片共识算法，包括以下步骤：(1)使用K‑prototype聚类算法对网络中的节点，根据混合属性进行分片处理；(2)将各个所述的分片处理相应交易进行共识流程、合并与分发流程；(3)动态重新分片：在网络所设定的时间间隔结束后，K‑prototype聚类算法对网络中的所有节点进行重新分片；(4)选取分片代理节点与全局代理节点。本发明所述的一种基于聚类的可扩展的分片共识算法，在显著降低通信复杂度与提高系统吞吐量的同时，保证了系统的安全性与可靠性。

技术领域

本发明具体涉及一种基于聚类的可扩展的分片共识算法。

背景技术

区块链技术于2008年诞生。作为区块链的核心技术，共识算法对区块链起着至关重要的作用。目前，区块链根据开放程度的高低可以分为三种类型，分别为公共区块链、联盟链以及私有链。因此，共识算法也相应的分为了公共区块链共识算法，联盟链共识算法和私有链共识算法。

公共区块链共识算法通常是基于证明的，例如Proof-of-Work(PoW)和Proof-of-Stake(PoS)。作为区块链技术中第一个共识算法,PoW要求每个节点通过计算一个数学难题来竞争记账的权利，但是由于算力集中导致的不公平性以及计算所耗费的巨大电力资源而没有被广泛使用。POS算法是根据所持权益量来选择记账节点的，虽然POS解决了PoW算法耗费电力资源的问题但是会削弱去中心化。虽然基于证明的共识机制有非常好的节点可伸缩性但是会带来吞吐量低和时延长等问题。

随着区块链技术的快速发展，目前区块链已经由公共区块链时代发展到了联盟链时代，联盟链已经成为了许多领域和应用的首选的区块链。同时，联盟链中采用更多的是较轻的共识算法，如Paxos，Raft以及经典的拜占庭容错算法PBFT等，其中Paxos，Raft被广泛使用于没有拜占庭节点的系统中。然而，由于网络攻击的多变性与不确定性，网络中可能存在拜占庭节点，此时PBFT算法相较于Paxos和Raft共识算法则优势更为突出。同时，PBFT不需要使用大量的计算，因此它已被广泛应用于联盟链中。

诸多学者开展了广泛的研究来对PBFT算法进行改进和完善，例如有学者提出的EPBFT协议使用可验证随机函数(VRF)实现了共识节点的选择，使得该协议适用于动态网络。有学者提出的DGBFT共识协议将通过节点分组大大降低通信复杂度。有学者提出的CDBFT共识协议通过投票奖惩方案及其相应的信用评估方案激发了节点的积极性。上述协议虽然从不同的侧重点来改进PBFT算法，但是随着网络规模的增大时，存在通信复杂度高或者所使用的信用模型过于复杂等问题。因此设计一种能适用于大规模联盟链的共识算法至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于聚类的可扩展的分片共识算法(KBFT)，针对联盟链主要使用的经典实用拜占庭容错算法(PBFT)在节点数量增多时，会导致通信阻塞以及吞吐量低等问题，提高了系统的运行效率的同时也使得系统的安全性和稳健性得到了保证。

为了实现上述目的，所采用的技术方案为：

一种基于聚类的可扩展的分片共识算法，包括以下步骤：

(1)使用K-prototype聚类算法对网络中的节点，根据混合属性进行分片处理；

(2)将各个所述的分片处理相应交易进行共识流程、合并与分发流程；

(3)动态重新分片：在网络所设定的时间间隔结束后，K-prototype聚类算法对网络中的所有节点进行重新分片；

(4)选取分片代理节点与全局代理节点。

进一步的，所述的步骤(1)中，根据节点的数值属性和分类属性进行分类。

再进一步的，所述的步骤(1)中，分类的步骤为：

a：随机选取g个节点作为初始原型；