基于区块链的资产确权溯源方法及系统与流程

本技术属于区块链领域，尤其涉及一种基于区块链的资产确权溯源方法及系统。

背景技术：

1、自然资源资产确权与溯源是实现生态产品价值转化、维护国家生态安全以及促进资源合理配置的重要基础。随着自然资源管理精细化程度不断提升，涉及林权、水权、矿权及土地使用权等资产的权属数据呈现出更新频繁、空间关联紧密和流转链条复杂等特点。传统集中式信息管理模式在跨部门数据交互和确权登记过程中，容易产生信息孤岛、数据被篡改以及确权流转路径难以追溯等问题，难以保障资产评估与确权过程的公开透明及数据安全可信。将通用区块链底层架构和共识机制直接应用于自然资源资产业务场景时，在业务适配性、节点选取合理性以及系统安全性方面仍存在不足。

2、在区块链底层网络中，共识协议是保障分布式账本一致性和溯源数据可靠性的核心机制。传统共识算法在选取记账节点或构建共识委员会时，通常主要依赖账户资金质押量或算力等单一指标，容易导致记账权向少数高质押或高算力节点集中，削弱系统的去中心化程度，也难以体现自然资源资产所具有的地理空间分布属性和节点长期真实行为表现。此外，现有随机选举协议在生成随机种子时往往脱离具体业务场景，缺乏与自然资源时空数据及外部环境特征的有效融合，使节点选举的随机性和不可预测性不足，容易受到恶意节点预谋操纵或合谋攻击。同时，常规共识确认机制在大量节点参与时存在通信开销较大、签名验证效率较低等问题，难以适应海量自然资源资产数据高并发确权上链的需求。因此，亟需一种能够综合评估自然资源时空特征与节点多维表现，并提升选举公平性、抗攻击能力和共识处理效率的确权溯源方法。

技术实现思路

1、根据本发明的第一方面，提出一种基于区块链的资产确权溯源方法，用于解决现有方法无法适应海量自然资源资产数据高并发处理的需求的问题，包括如下步骤：

2、获取候选共识节点的账户质押量、历史行为数据和节点位置信息；基于所述历史行为数据计算历史行为指标，利用待确权资产与节点位置信息的空间哈希编码计算空间关联度；将所述账户质押量、历史行为指标和空间关联度加权计算生成复合共识权重；将资产标识符、核心时空数据哈希值、上一区块的链式随机性哈希值及环境参数进行哈希运算生成公共随机种子；

3、各候选共识节点利用私钥和公共随机种子，通过可验证随机函数生成选举哈希值、归一化选举值与相应证明；基于全网总复合共识权重和预设候选比例，计算第一选举阈值；当归一化选举值低于所述第一选举阈值时，节点成为候选委员会成员；对候选委员会成员的选举哈希值进行默克尔树聚合生成熵源，结合公共随机种子与上一区块时间戳生成第二选举阈值；将归一化选举值除以复合共识权重得到二次选举参量，选取所述参量低于所述第二选举阈值的节点构成最终委员会；

4、最终委员会成员利用私钥分片对新区块生成部分签名；收集到法定数量的部分签名后，通过门限签名机制聚合出区块门限签名；将所述区块门限签名哈希运算后作为链式随机性哈希值封装于新区块中。

5、可选地，所述获取候选共识节点的账户质押量、历史行为数据和节点位置信息；基于所述历史行为数据计算历史行为指标，利用待确权资产与节点位置信息的空间哈希编码计算空间关联度，包括：

6、将所述历史行为数据中的出块成功总次数与参与共识总次数的商作为历史行为指标；

7、分别对所述待确权资产的位置信息和所述节点位置信息进行geohash编码生成第一编码字符串和第二编码字符串；

8、从左向右比对所述第一编码字符串与所述第二编码字符串，计算得到最长公共前缀的字符个数；

9、根据公式2m计算得到所述空间关联度，其中，m为所述最长公共前缀的字符个数。

10、可选地，所述将所述账户质押量、历史行为指标和空间关联度加权计算生成复合共识权重，包括：

11、获取当前区块链网络的平均出块时间秒数作为网络状态参数；

12、计算所述平均出块时间秒数与预设标准出块时间秒数的比值，并取以自然常数为底的所述比值次幂得到网络调制系数；

13、分别对所述账户质押量、历史行为指标和空间关联度进行归一化处理；

14、将归一化后的账户质押量与固定常数相乘，将归一化后的历史行为指标与固定常数相乘，将归一化后的空间关联度与固定常数相乘，将得出的三个乘积求和；

15、将求和得出的数值取所述网络调制系数次幂，并将所得幂数值与预设极小正数ε中的最大值作为所述复合共识权重。

16、可选地，所述将资产标识符、核心时空数据哈希值、上一区块的链式随机性哈希值及环境参数进行哈希运算生成公共随机种子，包括：

17、按从左到右的顺序将所述资产标识符、所述核心时空数据哈希值和上一区块的链式随机性哈希值的二进制字节串进行无缝连接，得到第一字节串；

18、通过预言机智能合约获取所述自然资源资产监测节点的环境电磁噪声传感器采集的微秒级采样数值作为所述环境参数，将所述微秒级采样数值转化为ascii码字节数组连接在所述第一字节串尾部，构成第二字节串；

19、对所述第二字节串进行连续两次的sha-256单向散列运算，提取输出结果的前256位作为本轮选举的公共随机种子。

20、可选地，所述各候选共识节点利用私钥和公共随机种子，通过可验证随机函数生成选举哈希值、归一化选举值与相应证明，包括：

21、各候选共识节点读取本地的非对称加密私钥，采用基于椭圆曲线的可验证随机函数算法对所述公共随机种子进行运算，输出生成数值串与对应的可验证随机函数证明，所述可验证随机函数证明用于配合节点公钥验证所述生成数值串由对应私钥和公共随机种子计算得到；

22、对所述生成数值串应用sha-256算法，得到256比特长度的哈希预留串；

23、将所述相应证明设为所述可验证随机函数证明；

24、将所述哈希预留串作为所述节点的选举哈希值，并将所述哈希预留串对应的大整数除以2的256次方，得到处于[0,1)区间内的归一化选举值。

25、可选地，所述基于全网总复合共识权重和预设候选比例，计算第一选举阈值，包括：

26、获取预设候选比例，所述预设候选比例为大于0且不大于1的数值；

27、将所述预设候选比例、全网候选共识节点总数与单个候选共识节点的复合共识权重相乘，得到第一乘积数值；

28、将所述第一乘积数值除以所述全网总复合共识权重，将得出的商与1进行比较，并取二者中的最小值作为所述候选共识节点对应的所述第一选举阈值。

29、可选地，所述对候选委员会成员的选举哈希值进行默克尔树聚合生成熵源，结合公共随机种子与上一区块时间戳生成第二选举阈值，包括：

30、将所有候选委员会成员的所述选举哈希值转化为定长字符串格式并按字典序从小到大排列；

31、以排列好的定长字符串作为初始待配对层，在逐层构建默克尔树结构的过程中，若当前待配对层中的节点数量为奇数，则复制所述当前待配对层中排序在末位的节点，并将复制得到的节点追加至所述当前待配对层；

32、对追加后的当前待配对层中的相邻节点依次配对合并并执行sha-256哈希运算，生成上一层节点，重复上述过程直至生成位于树顶端节点的默克尔根，并将所述默克尔根作为所述熵源；

33、提取上一区块的秒级整型时间戳，将所述时间戳与所述默克尔根转换为大整数后相乘；

34、将相乘产生的结果数值与所述公共随机种子的对应大整数数值执行按位异或运算，将运算结果取模运算100后除以100得到一个处于0和1的区间范围内的计算值，将所述计算值设定为所述第二选举阈值。

35、可选地，所述最终委员会成员利用私钥分片对新区块生成部分签名；收集到法定数量的部分签名后，通过门限签名机制聚合出区块门限签名，包括：

36、将所述法定数量设定为大于当前最终委员会总节点数量的一半的最小整数数值；

37、提取组装完毕的所述新区块的区块头内容的sha-256哈希值摘要，最终委员会成员利用私钥分片结合bls签名算法对所述摘要进行签署生成部分签名；

38、统计收到的所述部分签名数量满足所述法定数量时，根据各部分签名对应的节点标识计算拉格朗日插值系数，并利用所述拉格朗日插值系数对各部分签名执行bls群元素聚合运算，生成对应于委员会公共公钥的特征长度的十六进制码字符作为所述区块门限签名。

39、根据本发明的第二方面，提出一种基于区块链的资产确权溯源系统，包括如下模块：

40、计算模块，用于获取候选共识节点的账户质押量、历史行为数据和节点位置信息；基于所述历史行为数据计算历史行为指标，利用待确权资产与节点位置信息的空间哈希编码计算空间关联度；将所述账户质押量、历史行为指标和空间关联度加权计算生成复合共识权重；将资产标识符、核心时空数据哈希值、上一区块的链式随机性哈希值及环境参数进行哈希运算生成公共随机种子；

41、生成模块，用于各候选共识节点利用私钥和公共随机种子，通过可验证随机函数生成选举哈希值、归一化选举值与相应证明；基于全网总复合共识权重和预设候选比例，计算第一选举阈值；当归一化选举值低于所述第一选举阈值时，节点成为候选委员会成员；对候选委员会成员的选举哈希值进行默克尔树聚合生成熵源，结合公共随机种子与上一区块时间戳生成第二选举阈值；将归一化选举值除以复合共识权重得到二次选举参量，选取所述参量低于所述第二选举阈值的节点构成最终委员会；

42、收集模块，用于最终委员会成员利用私钥分片对新区块生成部分签名；收集到法定数量的部分签名后，通过门限签名机制聚合出区块门限签名；将所述区块门限签名哈希运算后作为链式随机性哈希值封装于新区块中。

43、优选地，所述获取候选共识节点的账户质押量、历史行为数据和节点位置信息；基于所述历史行为数据计算历史行为指标，利用待确权资产与节点位置信息的空间哈希编码计算空间关联度，包括：

44、将所述历史行为数据中的出块成功总次数与参与共识总次数的商作为历史行为指标；

45、分别对所述待确权资产的位置信息和所述节点位置信息进行geohash编码生成第一编码字符串和第二编码字符串；

46、从左向右比对所述第一编码字符串与所述第二编码字符串，计算得到最长公共前缀的字符个数；

47、根据公式2m计算得到所述空间关联度，其中，m为所述最长公共前缀的字符个数。

48、优选地，所述将所述账户质押量、历史行为指标和空间关联度加权计算生成复合共识权重，包括：

49、获取当前区块链网络的平均出块时间秒数作为网络状态参数；

50、计算所述平均出块时间秒数与预设标准出块时间秒数的比值，并取以自然常数为底的所述比值次幂得到网络调制系数；

51、分别对所述账户质押量、历史行为指标和空间关联度进行归一化处理；

52、将归一化后的账户质押量与固定常数相乘，将归一化后的历史行为指标与固定常数相乘，将归一化后的空间关联度与固定常数相乘，将得出的三个乘积求和；

53、将求和得出的数值取所述网络调制系数次幂，并将所得幂数值与预设极小正数ε中的最大值作为所述复合共识权重。

54、优选地，所述将资产标识符、核心时空数据哈希值、上一区块的链式随机性哈希值及环境参数进行哈希运算生成公共随机种子，包括：

55、按从左到右的顺序将所述资产标识符、所述核心时空数据哈希值和上一区块的链式随机性哈希值的二进制字节串进行无缝连接，得到第一字节串；

56、通过预言机智能合约获取所述自然资源资产监测节点的环境电磁噪声传感器采集的微秒级采样数值作为所述环境参数，将所述微秒级采样数值转化为ascii码字节数组连接在所述第一字节串尾部，构成第二字节串；

57、对所述第二字节串进行连续两次的sha-256单向散列运算，提取输出结果的前256位作为本轮选举的公共随机种子。

58、优选地，所述各候选共识节点利用私钥和公共随机种子，通过可验证随机函数生成选举哈希值、归一化选举值与相应证明，包括：

59、各候选共识节点读取本地的非对称加密私钥，采用基于椭圆曲线的可验证随机函数算法对所述公共随机种子进行运算，输出生成数值串与对应的可验证随机函数证明，所述可验证随机函数证明用于配合节点公钥验证所述生成数值串由对应私钥和公共随机种子计算得到；

60、对所述生成数值串应用sha-256算法，得到256比特长度的哈希预留串；

61、将所述相应证明设为所述可验证随机函数证明；

62、将所述哈希预留串作为所述节点的选举哈希值，并将所述哈希预留串对应的大整数除以2的256次方，得到处于[0,1)区间内的归一化选举值。

63、优选地，所述基于全网总复合共识权重和预设候选比例，计算第一选举阈值，包括：

64、获取预设候选比例，所述预设候选比例为大于0且不大于1的数值；

65、将所述预设候选比例、全网候选共识节点总数与单个候选共识节点的复合共识权重相乘，得到第一乘积数值；

66、将所述第一乘积数值除以所述全网总复合共识权重，将得出的商与1进行比较，并取二者中的最小值作为所述候选共识节点对应的所述第一选举阈值。

67、优选地，所述对候选委员会成员的选举哈希值进行默克尔树聚合生成熵源，结合公共随机种子与上一区块时间戳生成第二选举阈值，包括：

68、将所有候选委员会成员的所述选举哈希值转化为定长字符串格式并按字典序从小到大排列；

69、以排列好的定长字符串作为初始待配对层，在逐层构建默克尔树结构的过程中，若当前待配对层中的节点数量为奇数，则复制所述当前待配对层中排序在末位的节点，并将复制得到的节点追加至所述当前待配对层；

70、对追加后的当前待配对层中的相邻节点依次配对合并并执行sha-256哈希运算，生成上一层节点，重复上述过程直至生成位于树顶端节点的默克尔根，并将所述默克尔根作为所述熵源；

71、提取上一区块的秒级整型时间戳，将所述时间戳与所述默克尔根转换为大整数后相乘；

72、将相乘产生的结果数值与所述公共随机种子的对应大整数数值执行按位异或运算，将运算结果取模运算100后除以100得到一个处于0和1的区间范围内的计算值，将所述计算值设定为所述第二选举阈值。

73、优选地，所述最终委员会成员利用私钥分片对新区块生成部分签名；收集到法定数量的部分签名后，通过门限签名机制聚合出区块门限签名，包括：

74、将所述法定数量设定为大于当前最终委员会总节点数量的一半的最小整数数值；

75、提取组装完毕的所述新区块的区块头内容的sha-256哈希值摘要，最终委员会成员利用私钥分片结合bls签名算法对所述摘要进行签署生成部分签名；

76、统计收到的所述部分签名数量满足所述法定数量时，根据各部分签名对应的节点标识计算拉格朗日插值系数，并利用所述拉格朗日插值系数对各部分签名执行bls群元素聚合运算，生成对应于委员会公共公钥的特征长度的十六进制码字符作为所述区块门限签名。

77、本发明通过综合评估账户质押量、历史行为指标以及节点与资产之间的空间关联度，生成复合共识权重，突破传统仅依赖单一资本或算力指标的节点选择方式，使权重分配更加多维、合理，并使确权过程与资产空间属性形成有效绑定。在节点选举阶段，结合可验证随机函数与公共随机种子，利用第一选举阈值和基于默克尔树聚合熵源生成的第二选举阈值进行双重筛选，提高节点选举过程的随机性与不可预测性，降低恶意节点预谋操纵或合谋攻击的风险，增强网络抗攻击能力。此外，通过门限签名机制完成最终委员会的区块签名聚合，减少共识确认过程中的通信开销和签名验证负担，在保障确权数据不可篡改和全流程安全溯源的基础上，提高资产确权数据上链处理效率。