一种基于有向无环图的区块链共识达成方法及装置与流程

本发明属于区块链技术领域，具体是涉及到一种基于有向无环图的区块链共识达成方法、装置、终端设备及计算机可读介质。

背景技术：

区块链技术是利用块链式数据结构验证与存储数据、利用分布式节点共识算法生成和更新数据、利用密码学方式保证数据传输和访问的安全、利用自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算范式。

在比特币经过几年的验证之后，告诉了世人这种去中心化的系统，也能够提供安全可靠的数据服务。但同时比特币提供的pow(工作量证明)的共识机制，速度慢，能耗高，成为了最大的诟病。后续经过以太坊等新的区块链系统的推出，出现了很多新的共识机制，比如pos(权益证明)、bft(拜占庭容错算法)等等，它们解决了pow的能耗问题，也提高了效率，但它们的速度还是不能达到人们的预期。甚至一些人为了提高区块链的速度，不惜牺牲去中心化，这未免有点南辕北辙了。因此，目前区块链的去中心化、安全以及速度被称为“不可能三角”成为区块链的顽疾，区块链的效率问题正拖累着区块链的发展。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种基于有向无环图的区块链共识达成方法、装置、终端设备及计算机可读介质，能够保证在去中心化与安全性的前提下，提高区块链系统的处理效率。

本发明实施例的第一方面提供了一种基于有向无环图的区块链共识达成方法，包括：

当区块链上的网络节点发布某一交易时，在当前dag视图中创建与所述某一交易对应的新块，并根据最优轴心树的规则及所述新块，对所述当前dag视图中的轴心树以及所述当前dag视图进行更新；

根据pbft算法，使所述区块链的整个网络对更新后的dag视图的轴心树达成共识。

本发明实施例的第二方面提供了一种基于有向无环图的区块链共识达成装置，包括：

第一构建模块，用于在区块链上的网络节点发布某一交易时，在当前dag视图中创建与所述某一交易对应的新块，并根据最优轴心树的规则及所述新块，对所述当前dag视图中的轴心树以及所述当前dag视图进行更新；

第一固化模块，用于根据pbft算法，使所述区块链的整个网络对更新后的dag视图的轴心树达成共识。

本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理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基于有向无环图的区块链共识达成方法的步骤。

本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读介质，所述计算机可读介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理执行时实现上述基于有向无环图的区块链共识达成方法的步骤。

本发明实施例提供的基于有向无环图的区块链共识达成方法中，可在区块链上的网络节点发布某一交易时，在当前dag视图中创建与所述某一交易对应的新块，并根据最优轴心树的规则及所述新块，对所述当前dag视图中的轴心树以及所述当前dag视图进行更新，还可根据pbft算法，使所述区块链的整个网络对更新后的dag视图的轴心树达成共识，从而可保证在去中心化与安全性的前提下，提高区块链系统的处理效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于dag的区块链共识达成方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种dag视图；

图3是本发明实施例提供的对dag视图中的轴心树进行固化的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的一种基于dag的区块链共识达成装置的结构示意图；

图5是图4中的第一构建模块的细化结构图；

图6是图4中的第一固化模块的细化结构图；

图7本发明实施例提供的另一种基于dag的区块链共识达成装置的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的终端设备的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

请参阅图1，图1是本发明实施例提供的基于有向无环图(dag)的区块链共识达成方法的流程图。如图1所示，本实施例的基于dag的区块链共识达成方法包括以下步骤：

s101:当区块链上的网络节点发布某一交易时，在当前有向无环图dag视图中创建与所述某一交易对应的新块，并根据最优轴心树的规则及所述新块，对所述当前dag视图中的轴心树以及所述当前dag视图进行更新。

在本发明实施例中，当区块链上的某一网络节点发布某一交易时，可根据最优轴心树的规则从当前dag视图中的创世块(即上一次达成共识的dag视图的轴心树的叶子快)出发，确定当前dag视图的轴心树，在当前有向无环图dag视图中创建与所述某一交易对应的新块，将与所述某一交易对应的新块的父边指向所述当前dag视图的轴心树的叶子块，并将所述某一交易对应的新块的引用边指向所述当前dag视图的其它叶子块，以对所述当前dag视图进行更新；其中，根据最优轴心树的规则，所述当前dag视图的轴心树中除所述创世块之外的其它块具有的子树中包含的块的数量大于所述其它块在所述轴心树上的父块的所有子块中除所述其它块之外的单个子块具有的子树中包含的块的数量；然后可将与所述某一交易对应的新块发布，使所述区块链的网络中的其它网络节点在收到与所述某一交易对应的新块并校验后，更新所述其它网络节点本地的当前dag视图，并使所述区块链的网络中的所有网络节点分别更新本地的当前dag视图的轴心树，更新后的dag视图的轴心树包括所述当前dag视图以及所述新块。以图2为例，当区块链上的某一网络节点发布某一交易时，从创世块出发，在创世块的所有子块中选择一个块作为当前dag视图的轴心树中创世块的后续块，所选择的这个块a具有的子树(创世块-a-c-e-h、创世块-a-d、创世块-a-g)包含的块的数量11大于创世块的其它单个子块b具有的子树(创世块-b-f-j-i-k)所包含的块的数量6；然后在块a的子块c、d和g中选择c作为当前dag的轴心树中的块，因为块c具有的子树(创世块-a-c-e-h)包含的块的数量5大于块d所处的子树(创世块-a-d)包含的块的数量3，也大于块g具有的子树(创世块-a-g)包含的块的数量3，依次类推，一直到找到一个叶子块h，从而将“创世块-a-c-e-h”作为当前dag视图轴心树。再可将新块new的父边指向轴心树的叶子块h，并将新块new的引用边指向所述当前dag视图的其它叶子块(例如块k)，以所述当前dag视图进行更新，即构建图2所示的dag视图。dag视图构建之后，可将与所述某一交易对应的新块new发布，使所述区块链的网络中的其它网络节点在收到与所述某一交易对应的新块并校验后，更新所述其它网络节点本地的当前dag视图，并使所述区块链的网络中的所有网络节点分别更新本地的当前dag视图的轴心树，更新后的轴心树为“创世块-a-c-e-h-new”。

s102：根据实用拜占庭容错(pbft)算法，使所述区块链的整个网络对更新后的dag视图的轴心树达成共识。

在本发明实施例中，通过可验证的伪随机算法(该伪随机算法同现有技术，故在此不再赘述)，从所述区块链中选出一个提议者节点，使提议节点者根据自己本地的更新后的dag视图，从自己本地的更新后的dag视图中选择一个块作为轴心树的叶子块，发起提案。在所述区块链中的其它验证者节点对所述提议者节点选择的叶子块进行验证与投票，使所述提议者节点选择的叶子块得到超过所述区块链的2/3的网络节点认可之后，确认所述提案，使所述区块链的整个网络对更新后的dag视图的轴心树达成共识。需要指出的是，上述对所述dag视图的轴心树达成共识的过程中的提议者的选择、提案的发起和确认(例如投票由谁投、投票的统计等)的流程即是pbft算法的实现过程。再者，s101中轴心树的选择规则，以及s102中网络节点的投票规则(投赞成或投反对的规则)是对ghost(贪婪最重可观察子树协议)算法的一个改进。进一步地，当区块链上的网络节点发布另一交易时，可在前述更新后的dag视图中创建与所述另一交易对应的新块，根据与所述另一交易对应的新块以及前述达成共识的dag视图的轴心树，再次更新dag视图，并对达成共识的所述轴心树进行扩展，并可根据pbft算法，使所述区块链的整个网络对扩展的dag视图的轴心树达成共识。以图2为例，假设当区块链上的网络节点发布某一交易(可称为第一交易)时，dag视图的排序才发展到块a、块b和块d，也就是说，后续的块c、块e和块h均还未出现，因此a为此时的叶子块，那么这个时候的当前dag视图的轴心树为创世块到块a，将与所述第一交易对应的新块的父边指向轴心树的叶子块a，并与所述第一交易对应的新块的引用边指向当前dag视图的其它叶子块(例如，块b)，以更新并构建发布第一交易时的dag视图，并对发布第一交易时的dag视图进行固化(即对dag视图中的轴心树达成共识—创世块到块a，再到与所述第一交易对应的新块)；而当区块链上的网络节点发布另一交易(可称为第二交易)时，在发布第一交易后的dag视图中创建与所述第二交易对应的新块new，根据与所述第二交易对应的新块new以及达成共识的发布第一交易后的dag视图的轴心树(创世块-块a-与所述第一交易对应的新块)，从发布第一交易后达成共识的所述轴心数的叶子快(即与所述第一交易对应的新块)出发，再次更新dag视图，并对达成共识的所述轴心树进行扩展(扩展为创世块-a-c-e-h-new)，然后再可根据pbft算法，使所述区块链的整个网络对扩展的dag视图的轴心树达成共识，这个时候在发布第一交易时的创世块时间片、时间片a的基础上新增了多个时间片c、e和h，这些时间片所包括的其它交易，也将被最终序列化并同新确认的轴心树一起达成共识。可以理解的是，dag视图因为其并发的机制，导致其衍生方向具有不可控的特性，从而dag视图的轴心树随着时间的推移，有可能发生变更，例如，往创世块-b-f-j-i-k的方向延伸和变更。但本发明实施例通过改进的ghost算法来选择确定轴心树，并通过引入pbft算法，来对轴心树(例如，创世块-a-c-e-h)做一次验证以及固化操作，控制了dag视图的衍生方向，使整个视图收敛，保证了每一笔交易的执行顺序。更具体地，关于提案的验证和确认，可参见图3，提议者节点在区块链上发起某一提案后，所述区块链上的验证者节点可对提案是否合法进行预投票，若验证者节点认为提案是合法时，则投票赞成；若验证者节点认为提案是非法时，则投票反对。当收到2/3的预投票赞成时，则确认预投票成功，这代表大部分验证者节点收到了这个提案消息；若收到小于2/3的预投票赞成或预投票超时，则确认预投票成功失败。在确认预投票成功之后，所述区块链上的验证者节点可对该提案进行预确认，即预确认赞成或预确认反对，当收到2/3的预确认赞成时，则预投票成功，代表该某一提案被确认完成，即提议者节点从自己本地的dag视图中所选择的作为轴心树的时间片(叶子块)被确认，然后可在下一轮中针对新时间片(新提案)重复上述过程，以对新时间片进行确认；若收到小于2/3的确认赞成或预确认超时，则表示预确认失败，可对该某一提案再进行上述预投票和预确认的验证工作。

在图1提供的基于dag的区块链共识达成方法中，可利用dag技术来管理交易，确保交易的并发执行，采用改进的ghost算法作为共识机制的准则，来确保区块链的整个网络有规则的构建dag视图，并对dag视图的轴心树达成共识，并使用pbft算法来实现dag视图的快速收敛，从而固化共识结果。本发明实施例提供了一个异步、并行的、安全可靠的共识机制，通过并行处理(体现在dag视图中一个块可有多个子块)保证了速度，也保留了去中心化的特质，通过dag与pbft两种技术的结合，使得区块链共识能够得到并行的执行，使得区块链在保持去中心化和安全性的基础上，速度也与现行其它中心化系统的速度相媲美，进而可确保了整个区块链系统，能够在一个波动的、大规模网络环境中高效、稳定的达成共识，为搭载于链上的各种应用，提供实时的、可靠的服务。

请参阅图4，图4是本发明实施例提供的一种基于dag的区块链共识达成装置的结构框图。如图4所示，本实施例的基于dag的区块链共识达成装置40包括第一构建模块401和第一固化模块402。第一构建模块401和第一固化模块402分别用于执行图1中的s101和s102中的具体方法，详情可参见图4的相关介绍，在此仅作简单描述：

第一构建模块401，用于在区块链上的网络节点发布某一交易时，在当前dag视图中创建与所述某一交易对应的新块，并根据最优轴心树的规则及所述新块，对所述当前dag视图中的轴心树以及所述当前dag视图进行更新。

第一固化模块402，用于根据pbft算法，使所述区块链的整个网络对更新后的dag视图的轴心树达成共识。

进一步地，可参见图5，第一构建模块401可具体包括构建单元4011和发布单元4012：

构建单元4011，用于在区块链上的网络节点发布某一交易时，从当前dag视图中的创世块出发，确定所述当前dag视图的轴心树，在当前有向无环图dag视图中创建与所述某一交易对应的新块，将与所述某一交易对应的新块的父边指向所述当前dag视图的轴心树的叶子块，并将所述某一交易对应的新块的引用边指向所述当前dag视图的其它叶子块，以对所述当前dag视图进行更新；其中，根据最优轴心树的规则，所述当前dag视图的轴心树中除所述创世块之外的其它块具有的子树中包含的块的数量大于所述其它块在所述轴心树上的父块的所有子块中除所述其它块之外的单个子块具有的子树中包含的块的数量。

发布单元4012，用于将与所述某一交易对应的新块发布，使所述区块链的网络中的其它网络节点在收到与所述某一交易对应的新块并校验后，更新所述其它网络节点本地的当前dag视图，并使所述区块链的网络中的所有网络节点分别更新本地的当前dag视图的轴心树。

进一步地，可参见图6，第一固化模块402可具体包括提案单元4021和共识单元4022：

提案单元4021，用于通过可验证的伪随机算法，从所述区块链中选出一个提议者节点，使提议节点者根据自己本地的更新后的dag视图，从中选择一个块作为轴心树的叶子块，发起提案。

共识单元4022，用于在所述区块链中的其它验证者节点对所述提议者节点选择的叶子块进行验证与投票，使所述提议者节点选择的叶子块得到超过所述区块链的2/3的网络节点认可之后，确认所述提案，使所述区块链的整个网络对更新后的dag视图的轴心树达成共识。

请参阅图7，图7是本发明实施例提供的另一种基于dag的区块链共识达成装置的结构框图。如图7所示，本实施例的基于dag的区块链共识达成装置70是在如图4所示的基于dag的区块链共识达成装置40进过优化得来的。基于dag的区块链共识达成装置70除了包括基于dag的区块链共识达成装置40中的第一构建模块401和第一固化模块402之外，还进一步包括第二构建模块701和第二固化模块702：

第二构建模块701，用于在区块链上的网络节点发布另一交易时，在更新后的dag视图中创建与所述另一交易对应的新块，根据与所述另一交易对应的新块以及达成共识的所述轴心树，再次更新dag视图，并对达成共识的所述轴心树进行扩展。

第二固化模块702，用于根据pbft算法，使所述区块链的整个网络对扩展的轴心树达成共识。

图4或图7提供的基于dag的区块链共识达成装置，可利用dag技术来管理交易，确保交易的并发执行，采用改进的ghost算法作为共识机制的准则，来确保区块链的整个网络有规则的构建dag视图，并对dag视图的轴心树达成共识，并使用pbft算法来实现dag视图的快速收敛，从而固化共识结果。本发明实施例提供了一个异步、并行的、安全可靠的共识机制，通过并行处理(体现在dag视图中一个块可有多个子块)保证了速度，也保留了去中心化的特质，通过dag与pbft两种技术的结合，使得区块链共识能够得到并行的执行，使得区块链在保持去中心化和安全性的基础上，速度也与现行其它中心化系统的速度相媲美，进而可确保了整个区块链系统，能够在一个波动的、大规模网络环境中高效、稳定的达成共识，为搭载于链上的各种应用，提供实时的、可靠的服务。

在图8是本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图8所示，该实施例的终端设备8包括：处理器80、存储器81以及存储在所述存储器81中并可在所述处理器80上运行的计算机程序82，例如进行基于dag的区块链共识达成的程序。所述处理器80执行所述计算机程序82时实现上述方法实施例中的步骤，例如，图1所示的s101至s102。或者，所述处理器80执行所述计算机程序82时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图4所示模块401至402的功能。

示例性的，所述计算机程序82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81中，并由所述处理器80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82在终端设备8中的执行过程。例如，所述计算机程序82可以被分割成第一构建模块401和第一固化模块402。(虚拟装置中的模块)，各模块具体功能如下：

第一构建模块401，用于在区块链上的网络节点发布某一交易时，在当前dag视图中创建与所述某一交易对应的新块，并根据最优轴心树的规则及所述新块，对所述当前dag视图中的轴心树以及所述当前dag视图进行更新。

第一固化模块402，用于根据pbft算法，使所述区块链的整个网络对更新后的dag视图的轴心树达成共识。

所述终端设备8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。终端设备8可包括，但不仅限于，处理器80、存储器81。本领域技术人员可以理解，图8仅仅是终端设备8的示例，并不构成对终端设备8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，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所述处理器80可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其它通用处理器、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)或者其它可编程逻辑器件、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。

所述存储器81可以是终端设备8的内部存储单元，例如终端设备8的硬盘或内存。所述存储器81也可以是终端设备8的外部存储设备，例如所述终端设备8上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)等。进一步地，所述存储器81还可以既包括终端设备8的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器81用于存储所述计算机程序以及终端设备6所需的其它程序和数据。所述存储器81还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

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单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/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。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。