一种区块链共识方法、装置及可读存储介质与流程

本发明涉及区块链技术领域，尤其涉及一种区块链共识方法、装置及可读存储介质。

背景技术：

随着以比特币为代表的数字货币的风靡，区块链作为其关键底层技术也越来越受大家的关注。区块链的去中也化、数据不可篡改性、动态灵活的体系特征，使得其在银行、征信、金融等多领域应用前景非常广泛。在区块链系统中，每个节点持有一份账本,由于网络延迟的原因，消息到达各个节点的先后顺序不同，因此要设计共识机制来实现不同账本上数据的一致性和正确性。工作量证明(pow)、权益证明(pos)共识算法的交易速率非常低，一笔交易平均确认时间为10分钟,且耗能严重，无法满足区块链系统性能需求；而paxos、raft为代表的传统分布式一致性算法没有考虑拜占庭容错问题，同样不适用于诚实与恶意节点共存的区块链系统。现有技术中的区块链共识算法中，在准备和确认阶段所有节点之间都要进行通信，导致网络延迟，交易速率低。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种区块链共识方法、装置及可读存储介质，能有效降低网络延迟，提高交易速率。

本发明一实施例提供一种区块链共识方法，包括：

响应于客户端的交易请求，主节点验证所述交易请求的正确性；

当验证到所述交易请求正确时，所述主节点生成共识请求，并向副节点广播所述共识请求，以使任一所述副节点对接收到的共识请求进行正确性验证；

当验证到所述共识请求正确时，所述副节点向所述主节点反馈确认信息；

当所述主节点接收到达到预设的数量阈值的副节点反馈的所述确认信息时，所述主节点将接收到的所有所述确认信息发送至所有所述副节点，以使任一所述副节点对其他所述副节点的确认信息进行正确性验证；

响应于所述副节点发送的确认指令，所述主节点生成数据区块；其中，所述确认指令由所述副节点验证到其他所述副节点的确认信息正确后发送。

作为上述方案的改进，适用于区块链系统，所述区块链系统包括多个区块链节点，所述区块链节点包括一个所述主节点、多个所述副节点和多个普通节点，且所述区块链节点按照节点信誉值产生所述主节点，具体包括：

将首次加入所述区块链系统的节点作为所述普通节点，当所述普通节点完成同步所述区块链系统的所有数据区块时，将所述普通节点切换为所述副节点；

根据本轮中所述主节点是否生成数据区块，计算每一所述副节点和所述主节点的节点信誉值，并筛选所述节点信誉值最高的区块链节点作为下一轮的主节点，其他区块链节点作为下一轮的副节点。

作为上述方案的改进，所述响应于客户端的交易请求，主节点验证所述交易请求的正确性正确性，具体包括：

客户端向主节点发送交易请求；其中，所述交易请求包括时间戳、客户端标识、第一消息内容、客户端消息摘要和客户端签名；

响应于所述客户端的交易请求，所述主节点对所述客户端签名进行正确性验证；

当验证到所述客户端签名正确时，则认为所述交易请求是由所述客户端发送的，从而所述交易请求正确；

当验证到所述客户端签名不正确时，则认为所述交易请求不是由所述客户端发送的，从而所述交易请求不正确，所述主节点停止执行操作。

作为上述方案的改进，所述当验证到所述交易请求正确时，所述主节点生成共识请求，并向副节点广播所述共识请求，具体包括：

当验证到所述交易请求正确时，所述主节点根据各交易请求的时间戳，对所述客户端的所有交易请求进行排序，生成共识请求；其中，所述共识请求包括第二消息内容、所述客户端消息摘要、所述时间戳和主节点签名；

所述主节点向副节点广播所述共识请求。

作为上述方案的改进，所述任一所述副节点对接收到的共识请求进行正确性验证，具体包括：

当验证到所述共识请求正确时，所述副节点根据所述共识请求生成确认信息，并将所述确认信息返回所述主节点；

当验证到所述共识请求不正确时，所述副节点停止执行操作。

作为上述方案的改进，所述当所述主节点接收到达到预设的数量阈值的副节点反馈的所述确认信息时，所述主节点将接收到的所有所述确认信息发送至所有所述副节点，具体包括：

所述主节点根据接收到的所述确认信息，判断反馈所述确认信息的副节点是否达到预设的数量阈值；其中，所述数量阈值为50％；

当判断到反馈所述确认信息的副节点超过所述数量阈值时，所述主节点将接收到的所有所述确认信息发送至所有所述副节点；

当所述主节点接收到未达到所述数量阈值的副节点反馈的确认信息时，所述主节点重新生成共识请求，并向所述副节点广播所述共识请求。

作为上述方案的改进，所述响应于所述副节点发送的确认指令，所述主节点生成数据区块，具体包括：

任一所述副节点根据自身的确认信息对其他所述副节点的确认信息进行正确性验证；

当所述副节点验证到其他所述副节点的确认信息正确时，所述副节点生成确认指令并返回给所述主节点，以使所述主节点响应于所述确认指令后生成数据区块；

当所述副节点验证到其他所述副节点的确认信息不正确时，所述副节点停止执行操作。

本发明另一实施例对应提供了一种区块链共识装置，包括：

第一验证模块，用于响应于客户端的交易请求，主节点验证所述交易请求的正确性；

第二验证模块，用于当验证到所述交易请求正确时，所述主节点生成共识请求，并向副节点广播所述共识请求，以使任一所述副节点对接收到的共识请求进行正确性验证；

反馈模块，用于当验证到所述共识请求正确时，所述副节点向所述主节点反馈确认信息；

第三验证模块，用于当所述主节点接收到达到预设的数量阈值的副节点反馈的所述确认信息时，所述主节点将接收到的所有所述确认信息发送至所有所述副节点，以使任一所述副节点对其他所述副节点的确认信息进行正确性验证；

响应模块，用于响应于所述副节点发送的确认指令，所述主节点生成数据区块；其中，所述确认指令由所述副节点验证到其他所述副节点的确认信息正确后发送。

与现有技术相比，本发明实施例公开的区块链共识方法、装置，通过响应于客户端的交易请求，主节点验证所述交易请求的正确性，当验证到所述交易请求正确时，所述主节点生成共识请求，并向副节点广播所述共识请求，以使任一所述副节点对接收到的共识请求进行正确性验证，当验证到所述共识请求正确时，所述副节点向所述主节点反馈确认信息，当所述主节点接收到达到预设的数量阈值的副节点反馈的所述确认信息时，所述主节点将接收到的所有所述确认信息发送至所有所述副节点，以使任一所述副节点对其他所述副节点的确认信息进行正确性验证，响应于所述副节点发送的确认指令，所述主节点生成数据区块；其中，所述确认指令由所述副节点验证到其他所述副节点的确认信息正确后发送，本发明对区块链共识流程进行改进，将现有技术的在准备和确认阶段所有节点之间都进行通信改进为主节点和其他副节点之间的通信，进而通过减少共识达成过程中的节点通信次数，从而能有效降低网络延迟，提高交易速率；另外，采用区块链节点完成不同的行为计算相应的节点信誉值，能有效提高节点的可靠性。

本发明另一实施例提供了一种区块链共识装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述发明实施例所述的区块链共识方法。

本发明另一实施例提供了一种存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述发明实施例所述的区块链共识方法。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种区块链共识方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例提供的一种区块链共识算法的示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种区块链共识装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明一实施例提供的一种区块链共识方法的流程示意图，包括：

s11、响应于客户端的交易请求，主节点验证所述交易请求的正确性。

参见图2，是本发明一实施例提供的一种区块链共识算法的示意图，具体的，客户端向主节点发送交易请求；其中，所述交易请求包括时间戳、客户端标识、第一消息内容、客户端消息摘要和客户端签名；

响应于所述客户端的交易请求，所述主节点对所述客户端签名进行正确性验证；

当验证到所述客户端签名正确时，则认为所述交易请求是由所述客户端发送的，从而所述交易请求正确；

当验证到所述客户端签名不正确时，则认为所述交易请求不是由所述客户端发送的，从而所述交易请求不正确，所述主节点停止执行操作。

需要说明的是，在请求阶段，客户端向主节点发送交易请求。所述主节点通过签名算法实现对所述客户端签名进行正确性验证，即验证所述交易请求的正确性且所述交易请求是否由客户端发送的。其中，客户端根据第一消息内容生成客户端消息摘要，后采用私钥对所述客户端消息摘要进行加密，将加密后的客户端消息摘要作为客户端签名，进而根据时间戳、客户端标识、第一消息内容、客户端消息摘要和客户端签名生成交易请求，并将所述交易请求发送至主节点。所述主节点采用公钥对所述客户端签名进行解密，得到解密后的客户端消息摘要，若所述解密后的客户端消息摘要和所述客户端消息摘要相同，验证成功，则证明所述交易请求是由所述客户端发送的，即认为所述交易请求是正确的请求；否则，验证失败，则所述交易请求不是由所述客户端发送的，即认为所述交易请求是不正确的请求，所述主节点不进行任何处理。

s12、当验证到所述交易请求正确时，所述主节点生成共识请求，并向副节点广播所述共识请求，以使任一所述副节点对接收到的共识请求进行正确性验证。

s13、当验证到所述共识请求正确时，所述副节点向所述主节点反馈确认信息。

进一步的，当验证到所述交易请求正确时，所述主节点根据各交易请求的时间戳，对所述客户端的所有交易请求进行排序，生成共识请求；其中，所述共识请求包括第二消息内容、所述客户端消息摘要、所述时间戳和主节点签名；

所述主节点向副节点广播所述共识请求。

可以理解，因为每次交易请求都有时间戳，所述主节点按照交易提交的时间顺序进行排序，生成共识请求。进而，共识请求包括第二消息内容、所述客户端消息摘要、所述时间戳和主节点签名；其中，第二消息内容可以为按交易时间排序后的所有客户端发送来的第一消息内容，共识请求的时间戳、客户端消息摘要与交易请求的时间戳、客户端消息摘要相同，主节点签名为所述主节点按交易请求生成的，用于保证消息传输的完整性、主节点的身份认证和防止交易中的抵赖发生。如图2所示，在预准备阶段，所述主节点向所有副节点广播所述共识请求。

进一步的，任一所述副节点对接收到的共识请求进行正确性验证；

当验证到所述共识请求正确时，所述副节点根据所述共识请求生成确认信息，并将所述确认信息返回所述主节点；

当验证到所述共识请求不正确时，所述副节点停止执行操作。

可以理解，任一所述副节点通过签名算法实现对所述共识请求进行正确性验证，即验证所述共识请求是否由所述主节点发送的。其中，主节点采用私钥对所述客户端消息摘要进行加密，将加密后的客户端消息摘要作为主节点签名，进而根据第二消息内容、所述客户端消息摘要、所述时间戳和主节点签名生成共识请求，并将所述共识请求发送至副节点。所述副节点采用由主节点发送的公钥对所述主节点签名进行解密，得到解密后的客户端消息摘要，若所述解密后的客户端消息摘要和所述客户端消息摘要相同，验证成功，则证明所述共识请求是由所述主节点发送的，即认为所述共识请求是正确的消息，所述副节点根据所述共识请求生成确认信息，并将向所述主节点反馈所述确认信息。如图1所示，在反馈阶段，所有验证成功的所述副节点向所述主节点反馈确认信息。否则，验证失败，则所述共识请求不是由所述主节点发送的，即认为所述共识请求是不正确的消息，所述副节点不进行任何处理。

s14、当所述主节点接收到达到预设的数量阈值的副节点反馈的所述确认信息时，所述主节点将接收到的所有所述确认信息发送至所有所述副节点，以使任一所述副节点对其他所述副节点的确认信息进行正确性验证。

具体的，所述主节点根据接收到的所述确认信息，判断反馈所述确认信息的副节点是否达到预设的数量阈值；

当判断到反馈所述确认信息的副节点超过所述数量阈值时，所述主节点将接收到的所有所述确认信息发送至所有所述副节点；

当所述主节点接收到未达到所述数量阈值的副节点反馈的确认信息时，所述主节点重新生成共识请求，并向所述副节点广播所述共识请求。

优选地，本实施例中所述数量阈值可以为50％。进一步的，如果所述主节点收到没有超过半数的副节点发送来的确认信息，则说明共识条件不足，所述主节点重新广播一条共识请求给副节点。另外，如果所述主节点收到超过半数的副节点发送来的确认信息，所述主节点将接收到的所有确认信息打包再发送给所有副节点，如图2所示，在验证阶段，所述主节点将接收到的所有所述确认信息发送至所有所述副节点。

s15、响应于所述副节点发送的确认指令，所述主节点生成数据区块；其中，所述确认指令由所述副节点验证到其他所述副节点的确认信息正确后发送。

进一步的，任一所述副节点根据自身的确认信息对其他所述副节点的确认信息进行正确性验证；

当所述副节点验证到其他所述副节点的确认信息正确时，所述副节点生成确认指令并返回给所述主节点，以使所述主节点响应于所述确认指令后生成数据区块；

当所述副节点验证到其他所述副节点的确认信息不正确时，所述副节点停止执行操作。

可以理解，如果所述主节点收到超过半数的副节点发送来的确认信息，任一所述副节点根据自身的确认信息对其他所述副节点的确认信息进行正确性验证，如果验证正确，则证明所有副节点和主节点都认可该区块信息，并进入确认阶段，如图2所示，所述副节点生成确认指令并返回给所述主节点。所述主节点响应于所述确认指令后生成新的数据区块。

本发明实施例提供的一种区块链共识方法，通过响应于客户端的交易请求，主节点验证所述交易请求的正确性，当验证到所述交易请求正确时，所述主节点生成共识请求，并向副节点广播所述共识请求，以使任一所述副节点对接收到的共识请求进行正确性验证，当验证到所述共识请求正确时，所述副节点向所述主节点反馈确认信息，当所述主节点接收到达到预设的数量阈值的副节点反馈的所述确认信息时，所述主节点将接收到的所有所述确认信息发送至所有所述副节点，以使任一所述副节点对其他所述副节点的确认信息进行正确性验证，响应于所述副节点发送的确认指令，所述主节点生成数据区块；其中，所述确认指令由所述副节点验证到其他所述副节点的确认信息正确后发送，本发明对区块链共识流程进行改进，将现有技术的在准备和确认阶段所有节点之间都进行通信改进为主节点和其他副节点之间的通信，进而通过减少共识达成过程中的节点通信次数，从而能有效降低网络延迟，提高交易速率。

在另一优选实施例中，在上述实施例的基础上，所述区块链共识方法适用于区块链系统，所述区块链系统包括多个区块链节点，所述区块链节点包括一个所述主节点、多个所述副节点和多个普通节点，且所述区块链节点按照节点信誉值分类产生所述主节点，具体包括：

将首次加入所述区块链系统的节点作为所述普通节点，当所述普通节点完成同步所述区块链系统的所有数据区块时，将所述普通节点切换为所述副节点；

根据本轮中所述副节点是否生成数据区块，计算每一所述副节点和所述主节点的节点信誉值，并筛选所述节点信誉值最高的区块链节点作为下一轮的主节点，其他区块链节点作为下一轮的副节点。

具体的，在区块链系统中将区块链节点分为主节点、副节点和普通节点。其中，将刚加入所述区块链系统的节点作为普通节点，所述普通节点在同步完系统中的区块后切换为副节点，副节点可能成为主节点。进一步的，在区块链系统中将根据本轮中所述主节点是否生成新的数据区块，计算每一所述副节点和所述主节点的节点信誉值，进而判断下一轮的主节点和副节点。优选地，从计算结果中，筛选所述节点信誉值最高的区块链节点作为下一轮的主节点，其他区块链节点作为下一轮的副节点。从而，采用区块链节点完成不同的行为计算相应的节点信誉值，能有效提高节点的可靠性。

参见图3，是本发明一实施例提供的一种区块链共识装置的结构示意图，包括：

第一验证模块21，用于响应于客户端的交易请求，主节点验证所述交易请求的正确性；

第二验证模块22，用于当验证到所述交易请求正确时，所述主节点生成共识请求，并向副节点广播所述共识请求，以使任一所述副节点对接收到的共识请求进行正确性验证；

反馈模块23，用于当验证到所述共识请求正确时，所述副节点向所述主节点反馈确认信息；

第三验证模块24，用于当所述主节点接收到达到预设的数量阈值的副节点反馈的所述确认信息时，所述主节点将接收到的所有所述确认信息发送至所有所述副节点，以使任一所述副节点对其他所述副节点的确认信息进行正确性验证；

响应模块25，用于响应于所述副节点发送的确认指令，所述主节点生成数据区块；其中，所述确认指令由所述副节点验证到其他所述副节点的确认信息正确后发送。

优选地，所述区块链共识装置还包括：

节点处理单元，用于将首次加入所述区块链系统的节点作为所述普通节点，当所述普通节点完成同步所述区块链系统的所有数据区块时，将所述普通节点切换为所述副节点；

筛选单元，用于根据本轮中所述主节点是否生成数据区块，计算每一所述副节点和所述主节点的节点信誉值，并筛选所述节点信誉值最高的区块链节点作为下一轮的主节点，其他区块链节点作为下一轮的副节点。

优选地，所述第一验证模块21包括：

交易请求单元，用于客户端向主节点发送交易请求；其中，所述交易请求包括时间戳、客户端标识、第一消息内容、客户端消息摘要和客户端签名；

客户端签名验证单元，用于响应于所述客户端的交易请求，所述主节点对所述客户端签名进行正确性验证；

签名验证成功单元，用于当验证到所述客户端签名正确时，则认为所述交易请求是由所述客户端发送的，从而所述交易请求正确；

签名验证失败单元，用于当验证到所述客户端签名不正确时，则认为所述交易请求不是由所述客户端发送的，从而所述交易请求不正确，所述主节点停止执行操作。

优选地，所述第二验证模块22包括：

共识请求生成单元，用于当验证到所述交易请求正确时，所述主节点根据各交易请求的时间戳，对所述客户端的所有交易请求进行排序，生成共识请求；其中，所述共识请求包括第二消息内容、所述客户端消息摘要、所述时间戳和主节点签名；

广播单元，用于所述主节点向副节点广播所述共识请求。

优选地，所述第二验证模块22还包括：

反馈单元，用于当验证到所述共识请求正确时，所述副节点根据所述共识请求生成确认信息，并将所述确认信息返回所述主节点；

共识请求验证失败单元，用于当验证到所述共识请求不正确时，所述副节点停止执行操作。

优选地，所述第三验证模块24包括：

判断单元，用于所述主节点根据接收到的所述确认信息，判断反馈所述确认信息的副节点是否达到预设的数量阈值；其中，所述数量阈值为50％；

确认信息发送单元，用于当判断到反馈所述确认信息的副节点超过所述数量阈值时，所述主节点将接收到的所有所述确认信息发送至所有所述副节点；

循环单元，用于当所述主节点接收到未达到所述数量阈值的副节点反馈的确认信息时，所述主节点重新生成共识请求，并向所述副节点广播所述共识请求。

优选地，所述响应模块25包括：

确认信息验证单元，用于任一所述副节点根据自身的确认信息对其他所述副节点的确认信息进行正确性验证；

数据区块生成单元，用于当所述副节点验证到其他所述副节点的确认信息正确时，所述副节点生成确认指令并返回给所述主节点，以使所述主节点响应于所述确认指令后生成数据区块；

确认信息验证失败单元，用于当所述副节点验证到其他所述副节点的确认信息不正确时，所述副节点停止执行操作。

参见图3，是本发明一实施例提供的区块链共识装置的示意图。该实施例的区块链共识装置包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个区块链共识方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤s13、当验证到所述共识请求正确时，所述副节点向所述主节点反馈确认信息。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如反馈模块23，用于当验证到所述共识请求正确时，所述副节点向所述主节点反馈确认信息。

示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述区块链共识装置中的执行过程。所述区块链共识装置可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述区块链共识装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是区块链共识装置的示例，并不构成对区块链共识装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述区块链共识装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述区块链共识装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个区块链共识装置的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述区块链共识装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

其中，所述区块链共识装置集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。