一种基于切换网络拓扑方式的区块链共识方法与流程

本申请涉及区块链技术领域，具体而言，涉及一种基于切换网络拓扑方式的区块链共识方法。

背景技术：

multipleatomicchain（简称mac，多原链）是开发在比特币和以太坊之外的第三种区块链底层生态系统，致力于拓展区块链技术的商业应用边界和技术边界，让大众用户用户能够真实的感受到区块链技术的价值，让区块链不在停滞于学术理论层面而是更加直接的应用到开发应用的实践中去，多原链的开发将是商业应用和区块链技术碰撞的火花，也是对区块链现有技术的一种挑战，跳跃出了现有技术领域思维，为区块链3。0生态应用体系的开创先锋。多原链系统中，可以通过价值传输协议来实现点对点的价值转移，高性能、高吞吐量、快速安全是多原链的特性，从而用多原链的底层构建出一个支持多个行业领域（金融、物联网、供应链、社交、游戏、电商、溯源、交易等）的去中心化的场景应用开发生态平台。

在多原链的公链（publicblockchain系统中，全世界任何人都可读取、任何人都能发送交易且交易能获得有效确认、任何人都能参与其中共识过程的区块链（共识过程决定哪个区块可被添加到区块链中和明确当前状态）。作为中心化或者准中心化信任的替代物，公共区块链的安全由“加密数字经济”采取工作量证明机制或权益证明机制等方式，将经济奖励和加密数字验证结合了起来，并遵循着一般原则：每个人从中可获得的经济奖励，与对共识过程作出的贡献成正比。这些区块链通常被认为是“完全去中心化”的。

离散转连续由传统离散型共识算法投票确认，升级成了连续型随机取样，只选取所有节点中的一部分来获得一个结果，往复多轮取样，实现全覆盖。当随机取样的结果收敛到一个可信值，共识达成。并行共识提升异步系统的运行效率，配合异步系统多节点设计，进一步提升系统的并发性能。不需在共识过程中与大多数节点连接，并获取投票，节省系统数据传输，降低节点对网体依赖，节点随机选择，使用随机可计算函数，用户根据计算得知其是否被选择中，并将结果反馈和广播给其它用户。

在业务数据上链所经历的三个阶段中，共识阶段是需要区块链网络中的其他区块链节点参与的。经研究发现，在对业务数据进行共识处理时，随着参与共识的区块链节点的数量增加，对业务数据进行共识处理的时间延长，进而导致业务数据的共识处理效率低的问题。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于切换网络拓扑方式的区块链共识方法。

本发明请求保护一种基于切换网络拓扑方式的区块链共识方法，其特征在于：

建立区块链的主从多链模型，主链与从链的构建采用不同的共识机制，并且使用时间阈值作为延迟边界约束各个共识机制协作过程，所述区块链分为上层区块链和下层区块链；

多台计算机或网络设备通过与对应切换单元的网络接口连接，将拓扑结构发送至切换单元的网络隔离变压器信号输入端，网络隔离变压器对模拟的拓扑结构进行信噪滤波处理，发送至上端所连接的物理层芯片，物理层芯片接收网络隔离变压器发送的模拟拓扑结构，进行对模拟的拓扑结构采样处理，并生成对应的数字拓扑结构发送至上端所连接的网络交换芯片；

将主链节点筛选后，可参与构建验证区块的节点被称为验证节点，验证节点群组动态构建策略，保证主链的初始共识节点集中至少存在(k+1)/2个可信节点；

基于节点算力、信誉值以及作为验证节点的次数的约束，节点随机从全网节点中选择部分主链节点作为主链的验证节点集；

切换单元的网络交换芯片接收物理层片发送的数字拓扑结构，学习介质访问控制多原链（multipleatomicchain），实时维护并索引介质访问控制多原链（multipleatomicchain）与切换单元的网络接口对应关系表，每个网络接口都具有一个对应的vlanid值；

前台触发单元的拓扑切换按键向控制单元的微处理器输入控制信号，触发微处理器分别向前台控制触发单元的液晶显示屏发送寄存器中对应第n+1种网络拓扑结构信息，及向切换单元的网络交换芯片发送控制信号；

网络交换芯片受控于控制单元的控制信号，应用网络交换芯片片内支持的虚拟局域网(vlan)技术，所述下层区块链的每个节点需要维护一个共同的全局路由表结构来存储整个区块链集群的拓扑结构，协调全网中所有数据一致性的算法协议，区块链中的各个节点按照该算法协议对数据进行验证确认，当得到大部分(不必全部节点)节点认可后，才算真实有效的数据，才能写入到区块链中，形成不可篡改的数据；

将从局部链中选择的共识节点广播给局部链中的其他节点，以使其他节点对是否同意由选择的共识节点提供共识服务进行投票；

由区块链权益持有人按其持股比例投票选举出“共识记账代表”节点，并在以后加入“升降级”规则，动态更新评级低的共识记账节点。

本发明所涉及的建基于切换网络拓扑方式的区块链共识方法立区块链的主从多链模型，主链与从链的构建采用不同的共识机制，并且分层处理区块链的基础层和拓扑层，共识层和应用层，将面向分布式文件系统的更加底层的pbft加1^>1改进，使之更加适用于面向交易的区块链系统，从而设汁出髙吞吐、低延时、髙效节能的共识算法；此外，本发明基于网络拓扑结构的切换在环境实现异步并行算法，将cpu、存贮器、高速互连通讯链路等多种功能块集成在一起的单片计算机，它有4对双向通讯链路用于处理机之间的链接以形成各种拓扑结构的多处理机系统。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了根据本发明一种基于切换网络拓扑方式的区块链共识方法的流程示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的一种基于切换网络拓扑方式的区块链共识方法构建的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参照附图1，根据本发明一种基于切换网络拓扑方式的区块链共识方法的流程示意图；

优选的，本发明请求保护一种基于切换网络拓扑方式的区块链共识方法，其特征在于：

建立区块链的主从多链模型，主链与从链的构建采用不同的共识机制，并且使用时间阈值作为延迟边界约束各个共识机制协作过程，所述区块链分为上层区块链和下层区块链；

多台计算机或网络设备通过与对应切换单元的网络接口连接，将拓扑结构发送至切换单元的网络隔离变压器信号输入端，网络隔离变压器对模拟的拓扑结构进行信噪滤波处理，发送至上端所连接的物理层芯片，物理层芯片接收网络隔离变压器发送的模拟拓扑结构，进行对模拟的拓扑结构采样处理，并生成对应的数字拓扑结构发送至上端所连接的网络交换芯片；

将主链节点筛选后，可参与构建验证区块的节点被称为验证节点，验证节点群组动态构建策略，保证主链的初始共识节点集中至少存在(k+1)/2个可信节点；

基于节点算力、信誉值以及作为验证节点的次数的约束，节点随机从全网节点中选择部分主链节点作为主链的验证节点集；

切换单元的网络交换芯片接收物理层片发送的数字拓扑结构，学习介质访问控制多原链（multipleatomicchain），实时维护并索引介质访问控制多原链（multipleatomicchain）与切换单元的网络接口对应关系表，每个网络接口都具有一个对应的vlanid值；

前台触发单元的拓扑切换按键向控制单元的微处理器输入控制信号，触发微处理器分别向前台控制触发单元的液晶显示屏发送寄存器中对应第n+1种网络拓扑结构信息，及向切换单元的网络交换芯片发送控制信号；

网络交换芯片受控于控制单元的控制信号，应用网络交换芯片片内支持的虚拟局域网(vlan)技术，所述下层区块链的每个节点需要维护一个共同的全局路由表结构来存储整个区块链集群的拓扑结构，协调全网中所有数据一致性的算法协议，区块链中的各个节点按照该算法协议对数据进行验证确认，当得到大部分(不必全部节点)节点认可后，才算真实有效的数据，才能写入到区块链中，形成不可篡改的数据；

将从局部链中选择的共识节点广播给局部链中的其他节点，以使其他节点对是否同意由选择的共识节点提供共识服务进行投票；

由区块链权益持有人按其持股比例投票选举出“共识记账代表”节点，并在以后加入“升降级”规则，动态更新评级低的共识记账节点。

优选的，所述建立区块链的主从多链模型，主链与从链的构建采用不同的共识机制，并且使用时间阈值作为延迟边界约束各个共识机制协作过程，所述区块链分为上层区块链和下层区块链，具体包括：

所述上层区块链包括基础层和拓扑层，所述基础层封装了底层数据区块^式及相关的数据加密和时间戳等技术；所述拓扑层则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等；所属下层区块链包括了共识层和应用层，所述共识层主要封装网络节点的各类共识算法；所述应用层将经济因素集成到区块链技术体系中来，主要包括经济应用的发行机制和分配机制等:合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础:应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。

通过层级结构来组织整个区块链系统，由上层区块链的基础层区块链索引拓扑层的区块链，来实现不同功能分层与定制，构建验证节点，每构建一组验证节点集合，该集合就使用pow算法竞争构建一个主链验证区块，构建完成后验证通过则添加至主链中；下层区块链的共识层和应用层可以实现不同的处理实现逻辑，来实现不同的功能，通过这样降低了系统的耦合度，同时实现了更加多样性的服务定制。然后筛选下一轮验证节点集合，进行下一个验证区块的构建。当然，网络中可能存在的恶意节点可能会构建不合法的验证区块，那么，该区块无法通过验证，则该轮共识不生效，验证区块高度不变。

由于上层链索引到下层链的节点并不能保证稳定(故障或退出)，必须设计一套索引机制来确保系统具有足够的健壮性，透过顶层链记录的种子节点可以正确的索引到下层链。筛选出验证节点集合后，后续区块验证以及分叉剪枝等操作与pow相同。所提出的验证节点集合动态构建，保证主链共识过程总是动态变化的，具有更强的安全性可靠性。客户端并不用知道链的分布组织结构以及链节点的负载情况，需要通过多层级区块链的索引来定位对应所提供数据的服务器，要求整个索引过程对用户完全透明。用于构建验证网络的算法的时间复杂度是，其所带来的时间开销可以忽略不计

进一步地，控制单元集中控制接口一端与微处理器一组输入/输出控制管脚连接，另一端与多种网络拓扑结构切换装置的集中控制接口应用db-9接口互联，实现装置的集中网络拓扑结构切换指令接收/发送功能。

独创异步排序技术，将共识转化为处理对异步系统大规模并发请求，以及数据的排序问题。优于网络的整体连通性，在非全连通网络的环境下，甚至网络连接比例<50%的系统中也能够正常运行。同时配合多隐层网络，用一个隐层网络来逼近任何连续函数。架构由深层网络代替单隐层，在拟合过程中可以更快地收敛归一结果。判断拥挤达成平衡，数据价值分享决策，无数决策个体组成传导结构模拟neuron神经元，合力决策。反向传播算法、多层分区、雾算法、在弱中心化和去中心化之间切换网络拓扑节构，超级节点和监督节点相结合的方式，让异步通讯策略无阻障碍。

区块链是由block区块组成的单链，只能按出块时间同步依次写入，好像单核单线程cpu；dag是由交易单元组成的网络，可以异步并发写入交易，好像多核多线程cpu；

优选的，所述拓扑结构包括核心拓扑网络（11）和从属拓扑网络（22），所述的核心拓扑网络（11）包含核心主站1和若干核心从站1到n+1，所述的从属拓扑网络（22）包含从属主站2和若干从属从站n+2到2n+2；

所述的核心主站1和其中一个从属从站2n+2，作为两个核心拓扑节点，通过系统内部总线相互通信，组成核心系统，所述的核心主站1作为核心拓扑网络（11）的主站，所述的从属从站2n+2作为从属拓扑网络（22）的从站；

所述的从属主站2和其中一个核心从站n+1，作为两个从属拓扑节点，通过系统内部总线相互通信，组成从属系统，所述的从属主站2作为从属拓扑网络（22）的主站，所述的核心从站n+1作为核心拓扑网络（11）的从站；

每一个被控设备中，至少同时设置一个核心从站和从属从站；

核心系统中的核心主站1和从属系统中的核心从站n+1之间设置心跳计数，用于监测核心拓扑网络（11）的通讯线路是否正常；

从属系统中的从属主站2和核心系统中的从属从站2n+2之间设置心跳计数，来监测从属拓扑网络（22）的通讯线路是否正常。

当节点存储的账本数据不完整，无法查验交易内容，需向其他节点请求数据检索服务。由于网络中可能存在拜占庭节点，故需研宄一种数据检索服务正确性保证机制。mpt-chain数字资产状态树的merkel根哈希值存储在微区块的区块头中，随着区块广播至全网，网络中的其他节点利用区块中的交易集合重构mpt-chain，merkel树的构建具备唯一性以及不可逆性，该特征能够保证mpt-chain的全网一致性。当获得检索结果后，数据服务请求服务节点发送需验证的交易信息，其他节点收到消息后返回merkel证明，数据服务请求服务节点利用从多个节点收到的merkel证明，重新计算merkel根哈希值，进行比对，以验证数据服务的准确性。

优选的，切换单元的电可擦可编程存储器存储介质访问控制及其它状态参数，应用两线式串行总线连接网络交换芯片，实现计算机通过切换单元的网络接口查阅装置身份标识的信息查询。

异步通讯策略在并行处理技术中，任务之间的信息通讯通常采用2种策略，异步通讯策略和同步通讯策略，由此引出了异步并行算法和同步并行算法。所谓同步并行算法就是在执行过程中的数个任务，会有某个任务在某段处于等待状态，直到另一个任务完成某一段运算后，它才能被激活，而在异步并行算法中就不存在这种现象，任务间的通讯是通过全局变量(共享数据)进行的，不像在同步算法中有任务间的依赖关系，各任务间可不必等待输入，而是根据当前从全局变量得到的信息，可以不断地执行任务和中断获取数据，因而异步算法可以带来的优点就是避免任务间的同步通讯开销，从而改善加速比。然而区块链环境仅支持同步通讯机制，同一通道连接的2个节点进程(任务)只有当分别处于输入/输出准备就绪状态时才能发生通讯，否则已经处于就绪状态的进程(任务)(不管是输入进程还是输出进程)将一直处于等待通讯状态。

进一步地，采用异步排序技术将共识转化，独创异步排序技术，将共识转化为处理对异步系统大规模并发请求，以及数据的排序问题，优于网络的整体连通性，在非全连通网络的环境下，甚至网络连接比例<50%的系统中也能够正常运行；

多隐层网络，用一个隐层网络来逼近任何连续函数，架构由深层网络代替单隐层，在拟合过程中可以更快地收敛归一结果

反向传播算法、多层分区、雾算法、在弱中心化和去中心化之间切换网络拓扑节构，超级节点和监督节点相结合的方式。

优选的，控制单元的拨码开关组与微处理器一组输入/输出控制管脚连接，输入控制信号；transputer一oeeam环境实现rungekutta异步并行算法，通过计算机操作系统的集成开发平台(ide)实现对微处理器片内闪速存储单元程序调试、更新、烧写操作，将cpu、存贮器、高速互连通讯链路等多种功能块集成在一起的单片计算机，它有4对双向通讯链路，用于处理机之间的链接以形成各种拓扑结构的多处理机系统。

基于哈希锚定的主从多链模型，构建多个从链使数字资产的不同类型可分类处理，从链区块并行构建提高了交易吞吐量。从主从多链模型的区块数据结构以及区块体中的数据的数据结构出发，详细描述了所提出的主从多链模型的架构；其次，描述了基于哈希值的主链锚定方法，该方法为保障交易数据的安全不可篡改性，利用代价计算方式，杜绝拜占庭节点可能对数据发起的篡改行为。

进一步地，控制端计算机应用反转信号线向控制单元的rj-45连接器发送指令信号，串口通信控制芯片通过接收rj-45连接器的指令信号转换成rs-232通信协议信号，发送至微处理器通用同步和异步串行接收/转发接口管脚(usart)，实现远程配置功能。

其采用openflow协议、opendaylight控制器与深度包检测技术，应用路径映射表的结构和应用场景，最后利用控制器对网络的集中控制和应用路径映射表来实现根据应用进行资源调度功能的应用感知网络，解决拓扑切换后的网络中负载不均、拥塞的问题，为不同的用户和应用提供更优质的共识效果。

优选的，控制单元的拨码开关组向微处理器输入状态置位控制信号，微处理器读取片内对应软件版本模式中包含的网络拓扑结构，并将对应的该软件版本模式载入片内寄存器单元，运行载入的该软件版本模式包含的网络拓扑结构。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。