[发明专利]一种多层分片架构的区块链共识方法及系统

说明书

本发明属于计算机技术领域，具体是一种多层分片架构的区块链共识方法及系统。所述多层分片架构的区块链共识方法包含两类区块，分别为大区块和小区块，所述大区块是主干区块，按出现先后顺序、逐一地向前引用前一个大区块；每个所述小区块均唯一归属于一个大区块，并在产生时引用所述大区块的大区块头。所述大区块包含多个所述小区块。所述小区块对交易进行打包。所述多层分片架构的区块链共识系统是采用所述的多层分片架构的区块链共识方法对节点进行组织及共识架构的系统。

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体是一种多层分片架构的区块链共识方法及系统。

背景技术

区块链技术(又称分布式账本技术)具有中心化、公开透明、不可篡改、可信任等优点，在智能合约、证券交易、电子商务、物联网、社交通讯、文件存储、存在性证明、身份验证、股权众筹等众多领域有望得到广泛应用。在区块链中，节点会产生交易(Transaction)，节点首先将多个交易打包到一个称之为区块(Block)的结构中，不同时间所形成的区块按时间先后首尾相连形成链，称之为区块链(Blockchain)。不同节点以分布式的决策机制来判断如何产生和新增一个区块至区块链上。而网络中所有不同的节点必须各自维护区块链的副本，并使各自所维护的区块链副本保持一致，即使因为网络延迟和丢包等问题出现短暂的分歧，但其必须最终形成确定的、唯一的结果，实现这一目的的技术过程，称为节点共识。现有共识技术一般包括工作量证明(PoW)、权益证明(PoS)、实践拜占庭容错(PBFT)和委托权益证明(DPoS)几类，然而均存在性能瓶颈，即使在互联网的环境下，仍然存在处理效率低的问题。此外，在很多物联网环境下，受限于节点算力和能量的不均一性、及不同的网络接入制式、带宽、速率、可靠性及节点移动性等，效率问题更加突出，亟需一种能够提高节点共识效率和公平性的方案，提升区块链的综合效率，形成一种通用的高效组织架构，以分布式的方式管理包括海量物联网设备在内的设备与随之产生的海量交易。

发明内容

针对现有区块链共识技术在完成共识记账时所存在的低效、不公平等缺陷与不足，本发明提出一种多层分片架构的区块链共识方法及系统。

本说明书中一个或多个实施例提供的一种多层分片架构的区块链共识方法及系统，其特征在于：包含两类区块，分别为大区块和小区块；所述大区块是主干区块，按出现先后顺序、逐一地向前引用前一个大区块；所述大区块包括：大区块头和大区块体；所述小区块用来打包交易；不同节点可以同时打包不同的小区块以形成分片效应；所述小区块包括：小区块头和小区块体；所述大区块包含多个所述小区块，形成多层结构；所述大区块和所述小区块基于共识方法产生并构成区块链。

具体地，多层分片架构的区块链共识方法分成4个部分阐述，分别为区块链结构、网络共识流程、代币分配机制、网络容错处理。

1.区块链结构

本发明采用分层的区块链结构，区块链中包含两种区块，分别为Macroblock和Miniblock，如附图1所示。其中Macroblock也称为大区块，Miniblock也称为小区块。大区块是区块链的主干区块，按出现顺序逐一的向前引用。大区块将多个小区块打包在一起。小区块用来封装交易信息，可以在物理空间上实现分片效应，每个小区块引用唯一的大区块头，且彼此之间不存在相互引用。

优选地，作为一种实施例，在本发明中，所述区块包括区块头、和区块体两部分，其中：

大区块包括：

大区块头(Macroblock Head)，具体包括：当前大区块的高度，引用前一个大区块的哈希、本大区块头所采用的PoW难度值、状态树根、当前大区块头的生成节点(下文中也称为Leader)地址、收据树根、收据树的布隆过滤器、时间戳、完成最终PoW计算所使用的随机数。

大区块体，具体包括：属于当前大区块的完整的小区块树及树根哈希、Leader对大区块的签名等。

小区块包括：