一种基于有向无环图的区块链云-边协同共识方法

1.本发明涉及一种基于有向无环图的区块链云-边协同共识方法，属于区块链技术与工业互联网技术领域。


背景技术：

2.未来工业互联网是以数据为核心实现工业全要素的泛化互联，亟待打破传统烟囱封闭式工业生产体系，但多主体、弱信任环境下数据的信任传递难、隐私保护弱、协同共享差，极大程度限制了工业产业链和价值链的发展。区块链本质上是一种去中心化的分布式数据库，提供了多主体间的共识，保证了工业互联网的安全性与鲁棒性。但是，为了实现去中心化牺牲了区块链的一部分可扩展性，造成系统吞吐量不足，使得当前区块链不足以支持现代工业互联网，限制了其大规模应用。当前区块链的最长链规则会丢弃分叉区块，多数节点的算力被抵消或者浪费，恶意节点可以利用50％以下的算力颠覆最长链，从而完成双花攻击。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是提供一种基于有向无环图的区块链云-边协同共识方法，在提高区块链系统吞吐量的基础上，降低共识过程中计算资源的消耗，提升系统的安全性。用于解决区块链系统的吞吐量不高、算力资源浪费、安全性不高的问题，
4.本发明的技术方案是：一种基于有向无环图的区块链云-边协同共识方法，具体步骤为：
5.step1：针对一条分叉的区块链，根据最大权值子树原则，选择出一条云链，由深色区块构成，其余作为边缘链。
6.step2：新产生的区块将云链指针指向云链末尾，将边缘指针指向边缘链末端。
7.step3：以云链区块为分割点，将有向无环图分段，并用区块名进行命名。
8.step4：每段有向无环图内按照一定规则进行排序，产生一个线性顺序为：a，b，c，d，e，g，f，h，k，j，i，l。
9.step5：对所述线性顺序的区块中的交易信息进行交易排序，单一区块里可能包含的重复或冲突交易将直接按照该区块内交易信息排列先后顺序决定，进而完成交易合法性判定。
10.step6：最终所有区块产生一个线性顺序，并且区块内交易信息有序排列，产生无冲突交易集，超过一定时间的无冲突交易组成可信交易集。
11.进一步地，所述最大权值子树原则即选取具有最大权值的链作为云链，权值即每条分叉拥有的所有区块数目，最大权值子树为拥有区块最多的分叉。
12.进一步地，所述云链指针代表区块基于哪个区块产生，边缘链指针仅用于判定时间先后顺序，且云链指针只能有一条，而边缘链指针可以有多条。
13.进一步地，所述云链上的每一个区块就是一个时间段节点，从上个云链区块到该
区块产生之前的时间内产生的所有区块都属于该时间段，然后将整个有向无环图切割成一段一段的。
14.进一步地，所述线性顺序按照区块优先级排序，同一段内的边缘链区块按照区块产生顺序(例如，i段中，区块k先于区块j)或者比较区块的哈希值大小进行排序(例如，f段中，区块e先于区块g)。
15.本发明可以提高系统的吞吐量、减少计算资源消耗、提升系统的安全性和效率。
16.本发明的有益效果是：本发明的区块链基于有向无环图，并采用云链和边缘链共同构成账本。本发明与现有技术相比，利用图的特性规避了区块链串行化带来的限制，账本操作支持并发进行，主要解决了区块链系统的吞吐量不高、算力资源浪费、安全性不高的现象，极大地提高系统的吞吐量，减少计算资源消耗，提升系统的安全性和效率。
附图说明
17.图1是本发明的步骤流程图；
18.图2是本发明中有向无环图的示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
20.本实施例中的区块链种类包括：云链、边缘链。
21.如图1所示，一种基于有向无环图的区块链云-边协同共识方法，改进的区块链共识机制基于有向无环图，具体是当区块链出现分叉时，通过计算最大子树来确定一条云链，其余为边缘链。将新区块的云链指针指向云链末尾，边缘链指针指向边缘链末端区块。以云链区块为分割点，将有向无环图分段，根据一定的排序规则，确定交易全序，进而形成无冲突交易集，完成交易合法性判定。
22.具体步骤为：
23.step1：针对一条分叉的区块链，根据最大权值子树原则，选择出一条云链，由深色区块构成，其余作为边缘链。
24.step2：新产生的区块将云链指针指向云链末尾，将边缘指针指向边缘链末端。
25.step3：以云链区块为分割点，将有向无环图分段，并用区块名进行命名。
26.step4：每段有向无环图内按照一定规则进行排序，产生一个线性顺序为：a，b，c，d，e，g，f，h，k，j，i，l。
27.所述区块顺序按照区块优先级排序，该过程中，同一段内的边缘链区块按照区块产生顺序(i段中，区块k先于区块j)或者比较区块的哈希值大小(f段中，区块e先于区块g)进行排序。
28.step5：对所述线性顺序的区块中的交易信息进行交易排序，单一区块里可能包含的重复或冲突交易将直接按照该区块内交易信息排列先后顺序决定，进而完成交易合法性判定。
29.step6：最终所有区块产生一个线性顺序，并且区块内交易信息有序排列，产生无冲突交易集，超过一定时间的无冲突交易组成可信交易集。
30.所述最大权值子树原则即选取具有最大权值的链作为云链，权值即每条分叉拥有
的所有区块数目，最大权值子树为拥有区块最多的分叉。
31.所述云链指针代表区块基于哪个区块产生，边缘链指针仅用于判定时间先后顺序，且云链指针只能有一条，而边缘链指针可以有多条。
32.所述云链上的每一个区块就是一个时间段节点，从上个云链区块到该区块产生之前的时间内产生的所有区块都属于该时间段，然后将整个有向无环图切割成一段一段的。
33.由图2可以看出本发明利用图的特性规避了区块链串行化带来的限制，支持账本的并发写入操作，极大地提高了系统的吞吐量。
34.综上所述，本发明改进的区块链基于有向无环图，并采用云链和边缘链共同构成账本，利用图的特性规避了区块链串行化带来的限制，账本操作支持并发进行，主要解决了区块链系统的吞吐量不高、算力资源浪费、安全性不高的现象，极大地提高系统的吞吐量，减少计算资源消耗，提升系统的安全性和效率。
35.以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。


技术特征：
1.一种基于有向无环图的区块链云-边协同共识方法，其特征在于：step1：针对一条分叉的区块链，根据最大权值子树原则，选择出一条云链，由深色区块构成，其余作为边缘链；step2：新产生的区块将云链指针指向云链末尾，将边缘指针指向边缘链末端；step3：以云链区块为分割点，将有向无环图分段，并用区块名进行命名；step4：每段有向无环图内按照一定规则进行排序，产生一个线性顺序为：a，b，c，d，e，g，f，h，k，j，i，l；step5：对所述线性顺序的区块中的交易信息进行交易排序，单一区块里包含的重复或冲突交易将直接按照该区块内交易信息排列先后顺序决定；step6：最终所有区块产生一个线性顺序，并且区块内交易信息有序排列，产生无冲突交易集，超过一定时间的无冲突交易组成可信交易集。2.根据权利要求1所述的基于有向无环图的区块链云-边协同共识方法，其特征在于：所述最大权值子树原则即选取具有最大权值的链作为云链，权值即每条分叉拥有的所有区块数目，最大权值子树为拥有区块最多的分叉。3.根据权利要求1所述的基于有向无环图的区块链云-边协同共识方法，其特征在于：所述云链指针代表区块基于哪个区块产生，边缘链指针仅用于判定时间先后顺序，且云链指针只能有一条，而边缘链指针可以有多条。4.根据权利要求1所述的基于有向无环图的区块链云-边协同共识方法，其特征在于：所述云链上的每一个区块就是一个时间段节点，从上个云链区块到该区块产生之前的时间内产生的所有区块都属于该时间段，然后将整个有向无环图切割成一段一段的。5.根据权利要求1所述的基于有向无环图的区块链云-边协同共识方法，其特征在于：所述线性顺序按照区块优先级排序，同一段内的边缘链区块按照区块产生顺序或者比较区块的哈希值大小进行排序。

技术总结
本发明涉及一种基于有向无环图的区块链云-边协同共识方法，属于区块链技术与工业互联网技术领域。本发明改进的区块链共识机制基于有向无环图，具体是当区块链出现分叉时，通过计算最大子树来确定一条云链，其余为边缘链。将新区块的云链指针指向云链末尾，边缘链指针指向边缘链末端区块。以云链区块为分割点，将有向无环图分段，根据一定的排序规则，确定交易全序，进而形成无冲突交易集，完成交易合法性判定。本发明所述方法可以极大地提高系统的吞吐量，减少计算资源消耗，提升系统的安全性和效率。全性和效率。全性和效率。


技术研发人员：沈韬 余靖畅 柏粉花 刘英莉 曾凯 宋健 王青旺
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2022.02.28
技术公布日：2022/6/14