一种大规模节点高效共识方法与流程

技术特征：
1.一种大规模节点高效共识方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.将全网节点划分成多个分组，所有的区块数据被划分到各个分组，每组只处理和存储与本分组相关联的区块信息；步骤2.将每个分组的节点划分为上下两层结构，上层网络组成一个分区，下层网络包含多个独立的分区；步骤3.在上下两层网络的各个分区内，计算和分发聚合签名所需的密钥信息；步骤4.在每个分组内，上层网络主节点接收区块数据，并利用秘钥信息上层网络节点先进行共识的预准备和准备过程，然后下层网络节点依次进行预准备、准备和确认过程，最后上层节点完成确认过程，结束两层共识。2.根据权利要求1所述的一种大规模节点高效共识方法，其特征在于，所述步骤2的具体实现过程如下：将每个分组的节点划分为上下两层结构，上层网络组成一个分区，其中1个主节点，p个副本节点，副本节点中有m个为下层网络的主节点，其中p≥m，且p≥3；下层网络包含m个分区，每个分区包含1个主节点，n个副本节点，下层网络的主节点同时为上层网络的副本节点，其中n≥3。3.根据权利要求2所述的一种大规模节点高效共识方法，其特征在于，所述步骤3的具体实现过程如下：设定上层网络节点总数为3f1 1，f1≥1，下层网络每个分区的节点数为3f2 1，f2≥1，然后在各层网络中进行初始化设置，初始化过程为：上层网络和下层分区网络分别构造(2f1 1，3f1 1)和(2f2 1，3f2 1)多重签名，在上层网络和下层网络的每个分区内，用分区内所有节点的公钥计算聚合公钥，每个节点用自己的私钥计算成员密钥，并在各分区内分享聚合公钥和成员密钥。4.根据权利要求3所述的一种大规模节点高效共识方法，其特征在于，所述步骤4的具体实现过程如下：步骤401，上层预准备阶段；在进入新一轮共识之前，上层主节点统计上一轮本层共识确认阶段的确认信息，如果在超时之前，上层主节点收集到不少于2f1 1条确认信息，则进入新一轮共识；如果在超时时间内未收集到2f1 1条确认信息，则重发已完成的共识结果给本层其余的副本节点，再进行新一轮的共识流程；当开始新一轮共识后，上层主节点收集交易内存池中的交易，将交易打包成区块并广播给本层所有副本节点；广播消息为<<pre-prepare,v,h,d>,block>，其中pre-prepare标识当前消息所处的协议阶段，v标识当前消息所在的视图编号，h为区块高度，d为上层主节点对区块block的签名，block为整个区块内容；步骤402，上层准备阶段；上层准备过程分为两个阶段：阶段一：上层副本节点收到本层主节点发送过来的广播消息后，首先对消息进行验证，检查签名、区块高度以及视图编号，验证完毕后对其中的所有交易进行验证，验证无误后发送一条<prepare1,v,h,d,i>给本层主节点，其中prepare1标识当前消息所处的协议阶段，v标识当前消息所在的视图编号，h为区块高度，d为上层副本节点对区块block的签名，i为副本节点编号；阶段二：上层主节点一直监听本层副本节点发送过来的prepare1信息，上层主节点对
每个prepare1信息进行验证，验证通过则收集起来，收集到不少于2f1 1个签名后，分别验证每个签名，并将验证通过的2f1 1个不同节点的签名聚合起来，形成对区块的聚合签名信息，广播一条<prepare2,v,h,aggrsignature,node>消息给所有本层副本节点，其中prepare2标识当前消息所处的协议阶段，v标识当前消息所在的视图编号，h为区块高度，aggrsignature为上层主节点对区块block的聚合签名，node为参与聚合签名的所有节点的id列表，上层主节点收集的签名包括自己的签名；步骤403，下层预准备阶段；当上层副本节点接收到上层主节点的prepare2消息后，根据上层主节点提供的node信息，生成所有参与聚合签名节点的合成公钥，并将本地存储的区块信息作为签名验证算法的输入，进行聚合签名的验证过程，当聚合签名、视图编号和区块高度验证不通过或验证超时，上层副本节点向本层所有节点广播视图切换信息，当本层副本节点接收到不少于2f1 1个视图切换请求后，重新进行本层主节点选举；如果在规定时间内验证通过，上层副本节点等下层共识完成后进入上层确认阶段，上层副本节点中同时担任下层分区主节点的节点向下层分区副本节点广播一条<<pre-prepare,v,h,d,d’>,block>信息，其中pre-prepare标识当前消息所处的协议阶段，v标识当前消息所在的视图编号，h为区块高度，d为分区主节点对区块block的签名，d’为上层预准备阶段上层主节点对区块block的签名，block为整个区块内容；步骤404，下层准备阶段；下层准备过程分为两个阶段：阶段一：下层副本节点收到本层主节点发送过来的pre-prepare消息后，首先对消息进行验证，检查签名、区块高度以及视图编号，验证完毕后对其中的所有交易进行验证，验证无误后发送一条<prepare1,v,h,d,i>给本层主节点，其中prepare1标识当前消息所处的协议阶段，v标识当前消息所在的视图编号，h为区块高度，d为下层副本节点对区块block的签名，i为副本节点编号；阶段二：下层分区主节点一直监听本层副本节点发送过来的prepare1信息，下层分区主节点对每个prepare1信息进行验证，验证通过则收集起来，下层分区主节点收集到不少于2f2 1个签名后，分别验证每个签名，并将验证通过的2f2 1个不同节点的签名聚合起来，形成对区块的聚合签名信息，广播一条<prepare2,v,h,aggrsignature,node>消息给所有本层副本节点，其中prepare2标识当前消息所处的协议阶段，v标识当前消息所在的视图编号，h为区块高度，aggrsignature为下层分区主节点对区块block的聚合签名，node为参与聚合签名的所有节点的id列表，下层分区主节点收集的签名包括自己的签名；步骤405，下层确认阶段；当下层副本节点接收到下层分区主节点的prepare2消息后，根据提供的node信息，生成所有参与聚合签名节点的合成公钥，并将本地存储的区块信息作为签名验证算法的输入，进行聚合签名的验证过程，当聚合签名、视图编号和区块高度验证不通过或验证超时，下层副本节点向本层所有节点广播视图切换信息，当本层副本节点接收到不少于2f2 1个视图切换请求后，重新选举本层主节点；如果在规定时间内验证通过，下层副本节点将本地存储的区块链接到区块链的链尾完成同步，并向本层主节点发送一条<commit,v,h,d,i>信息作为回复，其中commit标识当前消息所处的协议阶段，v标识当前消息所在的视图编号，h为区块高度，d为副本节点对共识确认消息摘要的签名，i为副本节点编号；步骤406，上层确认阶段；当进入上层确认阶段时，只担任上层副本节点的节点向上层
主节点发送一条<commit,v,h,d,i>信息作为回复，同时担任上层副本节点和下层分区主节点的节点先统计本分区内副本节点发送的commit消息，如果在超时时间内未收集到2f2 1条确认信息，则重发已完成的共识结果给本分区的副本节点，重新进行本层共识；如果在超时之前，下层分区主节点收集到超过2f2 1条确认信息，则表示本分区共识已完成；此时，下层分区主节点向上层主节点发送一条<commit,v,h,d,i>信息作为回复，其中commit标识当前消息所处的协议阶段，v标识当前消息所在的视图编号，h为区块高度，d为上层副本节点对共识确认消息摘要的签名，i为下层分区主节点编号。

技术总结
本发明公开了一种大规模节点高效共识方法，涉及信息安全技术领域，网络中的节点划分成多个分组，每个分组并行地处理不相交的数据，在每个组内运行改进的可扩展PBFT共识算法，处理并存储区块信息。各分组将节点划分为上下两层，并为各层节点计算聚合公钥和成员密钥等，在共识过程中启用多重BLS聚合签名。上层节点先进行共识的预准备和准备过程，然后下层节点依次进行预准备、准备和确认过程，最后上层节点完成确认过程，结束两层共识。本发明能够用于大规模节点间进行高效共识，相较于传统的PBFT类共识方法，更加安全和高效。更加安全和高效。更加安全和高效。


技术研发人员：贾哲 冯伟坡 焦利彬 赵宾华 刘丽哲 赵海强 匡春旭 赵阳阳
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：2022.06.10
技术公布日：2022/8/19