去中心化的区块链解决方案和流程

本发明涉及区块链技术领域，具体涉及一种去中心化区块链的解决方案。

背景技术：

随着互联网/物联网的快速发展，独立的离线设备越来越少，取而代之的是一组连接到网络的设备。 设备与云端、设备与设备之间，构建了一个互联互通的网络，涉及到我们日常生活的方方面面。 目前大部分网络采用集中式架构。 虽然建造方便，维护方便，但建设和维护成本太高。 而且中心化架构的安全性比较脆弱，存在自我证明的问题。 如果黑客入侵主服务器，将会造成非常大的损失。

由于中心化解决方案存在诸多问题，去中心化的区块链技术开始崭露头角，比特币、以太坊等技术公链逐渐进入人们的视野，并日趋完善。 但本质上，这些技术公链仍然存在两个缺陷，限制了其在特定场景下的落地。

首先，交易性能不足，无法应用于大规模交易场景。

其次，基于 POW 的共识算法需要大量的计算资源，造成了巨大的资源浪费。

因此，迫切需要去中心化区块链的出现，来填补特定应用场景下的使用。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种去中心化区块链的解决方案，采用多种先进的技术算法，结合去中心化的思想，集成一个合约与以太坊网络兼容的环境，以及在交易性能和共识算法能耗方面更优越的区块链系统，可以满足场景的高性能交易和低算力共识。 为了加强区块链的安全性，提出了对权限节点的权限控制管理，可以适应交易量大、共识同步快的场景需求。

本发明提供了去中心化区块链的解决方案比特币交易流程中如何实现去中心化，在区块链系统中增加了各种权限节点和功能数据流； 权限节点加入区块链系统前，由节点自身初始化非对称算法公私钥对，加密存储在权限节点内存中，用于交易签名和验证；

权威节点是分布式节点，在交易验证、账本区块生成、节点属性定期更新等情况下，权威节点之间会发生数据同步。

在本发明的一个实施例中，权限节点分为超级权限节点、普通权限节点和轻权限节点。 超级权限节点可以出块并同步账本数据，普通权限节点可以同步账本数据，轻权限节点不保存账本数据，只实现超级权限节点和普通权限节点的状态查询。

在本发明的一个实施例中，当区块链系统处于不同场景时，采用可插拔的主动证明POA节点共识算法进行区块管理。

在本发明的一个实施例中，当区块链系统在不同场景时，采用一种基于Merkle基数树mpt和递归长度前缀编码rlp的可插拔数据存储算法进行数据存储。

在本发明的一个实施例中，主动证明的poa节点共识算法，具体步骤如下：

(1) 每个活跃的权威节点不断执行哈希算法，寻找哈希值小于特定值的区块头；

其中，区块头包含的信息包括前一个区块的哈希值、拥有该权限的节点地址、区块号、无交易Merkle树的根值、交易信息；

(2) 当权威节点找到满足条件的区块头时，全网广播该区块头；

(3) 所有活跃的权威节点接收广播并进行验证。 如果验证通过，则以广播中的区块头为数据源，使用中本聪算法随机寻找n位幸运股东；

(4) 所有活跃的权限节点判断自己是否是幸运股东。 如果他们是前n-1位幸运股东之一，私钥将对区块头进行签名并向全网广播； 如果他们是第n位幸运的stakeholder，使用区块头构建一个新区块，其中包含第n-1位幸运stakeholder的签名，他自己对完整区块的hash值的签名，最后广播到全网;

(5) 收到完整的区块后，所有活跃的权威节点对其进行验证。 如果验证通过，则该块将被添加到区块链中，否则该块将被丢弃。

在本发明的一个实施例中，区块链系统兼容以太坊网络的虚拟机环境和合约系统。

如上所述，本发明的去中心化区块链解决方案具有以下有益效果：本发明提高了区块链网络的高性能交易，降低了节点共识的计算量，使其更适用于并发交易和低-延迟场景； 同时，由于区块链系统兼容以太坊网络合约环境，区块链系统适用于以太坊网络的应用，可以无缝移植到本区块链系统中； 并且通过提出对权限节点的权限控制管理，大大增强了区块链系统的安全性。

图纸说明

图1为本发明实施例公开的区块链系统的权限节点结构示意图。

详细说明

以下通过具体实施例对本发明的实施方式进行说明，本领域的技术人员从本说明书所公开的内容中，能够容易地了解到本发明的其他优点和效果。 本发明还可以通过其他不同的具体实施方式来实施或应用，在不脱离本发明的精神的前提下，可以基于不同的观点和应用对本说明书中的细节进行各种修改或变更。 需要说明的是比特币交易流程中如何实现去中心化，在不冲突的情况下，下述实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅是示意性地说明本发明的基本思想，图中仅示出与本发明相关的部件，而不是部件的数量、形状和形状。实际执行。 尺寸图，实际实现时各元器件的种类、数量、比例可以任意改变，元器件布置形式也可能比较复杂。

本发明提供了去中心化区块链的解决方案，在区块链系统中增加了各种权限节点和功能数据流； 如图1所示，权限节点分为超级权限节点a和普通权限节点b，轻权限节点c，超级权限节点a可以接收和处理交易，存储账本，发起共识，生成区块，设置权限； 普通权限节点b可以接收和处理交易，存储账本； 轻权限节点c不保存账本数据，仅实现权限节点的状态查询和发起交易。

其中，区块链系统允许三种权限节点共存，至少存在一个可以出块的超级权限节点a。 由于超级权限节点a和普通权限节点b需​​要存储账本，需要更大容量的设备或者作为服务器，轻权限节点c不存储账本，适用于手机、物联网等轻容量设备节点； 权限节点间的权限管理用于权限节点升级或降级的场景，当超级权限节点a退出区块链系统时，超级权限节点a降级，超级权限节点a升级其他普通节点b替换它。

权限节点在加入区块链系统前，自行初始化非对称算法公私钥对，并加密存储在权限节点内存中，用于交易签名和签名验证。

当区块链系统中的普通权限节点b或轻权限节点c发起交易时，普通权限节点b或轻权限节点c使用非对称私钥签名，然后将交易发送给超级权限节点a进行跟进-up工作，如图1中的Process①； 当累积到一定数量的交易后，超级权限节点a将交易数据打包，然后将交易数据打包发送给全网的超级权限节点a和普通权限节点b进行交易共识，如图中②流程1、超级权限节点a和普通权限节点b验证交易合法性时，签名验证过程是权限节点使用公钥验证交易签名数据，证明交易是否合法的过程合法来源，如果交易签名验证通过，则将结果发布到全网各个权限节点，发起交易的普通权限节点b或轻权限节点c查询交易包通过，以及交易完成； 如果交易签名未通过，则丢弃该交易数据。

区块链系统的权限节点是分布式节点。 只有保证权限节点的同步，才能保证无论交易发送到哪个权限节点，都能及时查到账本数据； 同时，权限节点之间的数据同步将在交易验证、账本区块生成、节点属性定期更新等方面发生。 交易验证是将交易的合法性与权限节点同步； 获取最新的权限节点信息。

当区块链系统在不同的场景对节点共识算法有不同的要求时，本系统采用多种可插拔的共识算法选项来满足每个场景的需求，例如主动证明的poa节点共识算法进行区块管理； 具体步骤如下：

(1) 每个活跃的权威节点不断执行哈希算法，寻找哈希值小于特定值的区块头；

其中，区块头包含的信息包括前一个区块的哈希值、拥有该权限的节点地址、区块号、无交易Merkle树的根值、交易信息；

(2) 当权威节点找到满足条件的区块头时，全网广播该区块头；

(3) 所有活跃的权威节点接收广播并进行验证。 如果验证通过，则以广播中的区块头为数据源，使用中本聪算法随机寻找n位幸运股东；

(4) 所有活跃的权限节点判断自己是否是幸运股东。 如果他们是前n-1位幸运股东之一，私钥将对区块头进行签名并向全网广播； 如果他们是第n位幸运的stakeholder，使用区块头构建一个新区块，其中包含第n-1位幸运stakeholder的签名，他自己对完整区块的hash值的签名，最后广播到全网;

(5) 收到完整的区块后，所有活跃的权威节点对其进行验证。 如果验证通过，则该块将被添加到区块链中，否则该块将被丢弃。

主动证明 poa 节点共识适用于高并发、低延迟的场景。 触发共识的时机是在超级权威节点生成区块并发布给全网权威节点之后。 每个权威节点将交易逐一进行共识，如果有非法交易，则该区块将被丢弃。

区块链系统在不同场景下，采用多种可插拔的数据存储算法来满足每个场景的需求，例如基于Merkle基数树mpt的数据存储和递归长度前缀编码rlp数据存储算法；采用基于数据存储的数据存储算法。在Merkle基数树mpt和递归长度前缀码rlp上，与比特币网络相比，可以大大缩短区块数据的搜索时间； 而Merkle radix tree mpt结合了patriciatrie radix tree和merkletree Kerr tree的优点是采用树形结构存储账户状态信息、区块链交易信息、交易数据信息，方便查找，节省链上空间; 递归长度前缀代码 rlp 提供了适用于任何二进制数据数组的代码，它序列化了对象。

该区块链系统兼容以太坊网络的虚拟机环境和合约系统。 考虑到以太坊网络应用的广泛性，加入这个设计可以让已有的应用无缝移植到这个网络中使用。

综上所述，本发明提高了区块链网络的高性能交易，降低了节点共识的计算量，使其更适用于高并发交易和低延迟场景； 同时，由于区块链系统兼容以太坊网络的合约环境，区块链系统适用于以太坊网络的应用，可以无缝移植到区块链系统中； 并通过提出对权限节点的权限控制管理，大大增强了区块链系统的安全性。 因此，本发明有效地克服了现有技术中的种种不足，具有很高的工业应用价值。

以上所述实施例仅为说明本发明的原理及功效，并不用于限制本发明。 在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以对上述实施例进行修改或改变。 因此，凡是本领域的技术人员在不脱离本发明所公开的精神和技术思想的前提下所作的等同修改或变化，仍应为本发明的权利要求所保护。

技术特点：

1、一种去中心化的区块链解决方案，其特征在于：在区块链系统中加入各种权限节点和功能数据流； 权威节点加入区块链系统前，由节点自己初始化非对称算法公私算法，将密钥对加密存储在权威节点的内存中，用于交易签名和验证；

权威节点是分布式节点，在交易验证、账本区块生成、节点属性定期更新等情况下，权威节点之间会发生数据同步。

2. 根据权利要求1所述的去中心化区块链解决方案，其特征在于： 权限节点分为超级权限节点、普通权限节点和轻权限节点，超级权限节点可以出块和同步账本数据，普通权限节点可以同步账本数据，轻权限节点不保存账本数据，只实现超级权限节点和普通权限节点的状态查询。

3.根据权利要求1所述的去中心化区块链解决方案，其特征在于： 区块链系统在不同场景下，采用可插拔主动证明poa节点共识算法进行区块管理。

4.根据权利要求1所述的去中心化区块链解决方案，其特征在于：区块链系统在不同场景下，采用基于Merkle基数树mpt和递归长度前缀的可插拔编码的rlp数据存储算法进行数据存储。

5.根据权利要求3所述的去中心化区块链解决方案，其特征在于：主动证明POA节点共识算法，具体步骤如下：

(1) 每个活跃的权威节点不断执行哈希算法，寻找哈希值小于特定值的区块头；

其中，区块头包含的信息包括前一个区块的哈希值、拥有该权限的节点地址、区块号、无交易Merkle树的根值、交易信息；

(2) 当权威节点找到满足条件的区块头时，全网广播该区块头；

(3) 所有活跃的权威节点接收广播并进行验证。 如果验证通过，则以广播中的区块头为数据源，使用中本聪算法随机寻找n位幸运股东；

(4) 所有活跃的权限节点判断自己是否是幸运股东。 如果他们是前n-1位幸运股东之一，私钥将对区块头进行签名并向全网广播； 如果他们是第n位幸运的stakeholder，使用区块头构建一个新区块，其中包含第n-1位幸运stakeholder的签名，他自己对完整区块的hash值的签名，最后广播到全网;

(5) 收到完整的区块后，所有活跃的权威节点对其进行验证。 如果验证通过，则该块将被添加到区块链中，否则该块将被丢弃。

6.根据权利要求1所述的中心化区块链解决方案，其特征在于：所述区块链系统兼容以太坊网络的虚拟机环境和合约系统。

技术概要

本发明提供一种去中心化区块链的解决方案，涉及区块链技术领域，在区块链系统中增加各种权限节点和功能数据流。 非对称算法的公私钥对加密存储在权限节点的内存中，用于交易签名和验证； 权威节点是分布式节点，在交易验证、账本区块生成、节点属性发生的情况下，权威节点之间的数据同步会定期更新。 本发明提高了区块链网络的高性能交易，降低了节点共识的计算量，使其更适用于高并发交易和低延迟场景； 同时，由于区块链系统兼容以太坊网络的合约环境，使得以太坊网络的应用适用于本区块链系统，可以无缝移植到本系统中； 通过提出对权限节点的权限控制管理，大大增强了区块链系统的安全性。

技术研发人员：谢卓鹏

受保护技术用户：谢卓鹏

技术研发日：2019.10.30

技术公告日期：2020.06.23