一种基于信用分层的区块链数据安全性提升方法与流程

本发明涉及区块链数据安全领域，特别是涉及一种基于信用分层的区块链数据安全性提升方法。

背景技术：

1、区块链技术最早出现在比特币中，作为已知的分布式账本，在过去几年中引起各界广泛的研究。区块链是一种点对点分布式系统，具有高安全性和分散存储，高容错和加密性等特性。为了解决现有中心化机构效率低、成本高、数字资源垄断等问题，区块链整合密码学、计算机和通信等领域等技术，所用技术有非对称加密、时间戳、共识机制和点对点通信，实现中心化分布式系统。区块链技术被认为是引起人类社会颠覆性变革的关键技术之一。

2、共识算法的效率决定了区块链系统的性能，由于分布式系统中节点之间互不了解，拜占庭节点会主动向其他节点发送错误信息，因此有必要使用共识机制使区块链系统中的节点达成共识。

3、现有技术中，主要通过实用拜占庭容错算法（practical byzantine faulttolerance, pbft）使区块链系统中的节点达到共识，然而该方法在主节点选取过程中可能会出现异常节点被选为主节点的情况，导致系统安全性降低，同时，共识过程中的通信开销较大，视图切换频率较高，导致系统性能和稳定性降低。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的种基于信用分层的区块链数据安全性提升方法解决了现有方法存在系统安全性降低、共识过程中的通信开销较大，视图切换频率较高，导致系统性能和稳定性降低的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于信用分层的区块链数据安全性提升方法，包括以下步骤：

3、s1：通过信用分层协议，每经过设定周期，根据节点的行为和性能对节点分配不同的信用值，并筛选出候选主节点层、诚信节点层和其他节点层；

4、s2：从候选主节点层中随机选择一个节点作为新的主节点，用于接收客户端消息，并对主节点执行一致性协议以达成共识；

5、s3：根据视图切换协议，在共识过程中判断主节点是否触发超时条件，如果是，则执行视图切换协议后返回步骤s2，如果否，则进入步骤s4；

6、s4：当节点在确认阶段收到包括自己在内的2f+1个确认消息时区块链系统达到最终共识，并将共识消息发送给客户端，f为节点数；

7、s5：基于区块链系统达到最终共识，节点周期性执行检查点协议，将经过共识认证的日志消息转化为检查点，并删除之前的日志，保留最新的检查点及之后的日志，完成基于信用分层的区块链数据安全性的提升。

8、上述方案的有益效果是：为了提高系统的安全性和性能，本发明引入信用分层协议，根据节点的行为为其分配不同的信用值，通过执行一致性协议和视图切换协议从而达成共识，为了进一步确保系统的可靠性和一致性，周期性执行检查点协议，本发明解决了现有方法存在系统安全性降低、共识过程中的通信开销较大，视图切换频率较高，导致系统性能和稳定性降低的问题。

9、进一步地，s1中候选主节点层的信用值和行为高于诚信节点层的信用值和行为，诚信节点层的信用值和行为高于其他节点层的信用值和行为。

10、上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，根据信用值和行为对候选主节点层、诚信节点层和他节点层进行划分。

11、进一步地，候选主节点层的信用值、诚信节点层的信用值和其他节点层的信用值的计算具体包括以下情况：

12、（1）新加入的节点信用值设定为0；

13、（2）成功参与一次共识作用并且节点反馈的信息与本次共识过程的最终共识结果一致，则+3分，不一致则-10分；

14、（3）当节点信用值达到设定值g时，节点被标记为诚信节点，并设定诚信节点的最大数量为α，且3<α<总节点数量，在诚信节点中信用值最大的前β个节点被标记为候选主节点，且β<α。

15、上述进一步方案的有益效果是：通过上述节点信用值计算原则，获得各个节点的信用值，便于根据信用值对节点进行划分。

16、进一步地，s1中对候选主节点层、诚信节点层和其他节点层设置不同的权限，用于降低区块链中节点之间的通信开销。

17、上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，对不同层级的节点设置不同的权限，对候选主节点层的节点设置更多的通信权限，使其能够更快地进行消息传递和共识达成，从而减少了通信开销，而其他节点层的节点被限制在较低的通信权限下，以减少系统资源的浪费。

18、进一步地，候选主节点层具有被选中作为主节点的权限。

19、上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，提高候选主节点层的消息传递和共识达成效率，能够有效降低通信开销。

20、进一步地，诚信节点层具有替换候选主节点层和参与视图切换协议的权限。

21、上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，提高诚信节点层的消息传递和共识达成效率，能够有效降低通信开销。

22、进一步地，其他节点层参与共识但无特殊权限。

23、上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，减少其它节点层在共识过程中的资源浪费。

24、进一步地，判断主节点是否触发超时条件的方法为：根据视图切换协议，在限定时间内，从节点没有收到主节点的预准备广播，或者存在异常消息，则触发超时条件，所述异常消息包括消息不一致但序号一致的信息。

25、上述进一步方案的有益效果是：通过上述方法判断是否触发超时条件，从而确定节点是否达到最终共识。

技术特征：

1.一种基于信用分层的区块链数据安全性提升方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于信用分层的区块链数据安全性提升方法，其特征在于，所述s1中候选主节点层的信用值和行为高于诚信节点层的信用值和行为，诚信节点层的信用值和行为高于其他节点层的信用值和行为。

3.根据权利要求2所述的基于信用分层的区块链数据安全性提升方法，其特征在于，所述候选主节点层的信用值、诚信节点层的信用值和其他节点层的信用值的计算具体包括以下情况：

4.根据权利要求1所述的基于信用分层的区块链数据安全性提升方法，其特征在于，所述s1中对候选主节点层、诚信节点层和其他节点层设置不同的权限，用于降低区块链中节点之间的通信开销。

5.根据权利要求4所述的基于信用分层的区块链数据安全性提升方法，其特征在于，所述候选主节点层具有被选中作为主节点的权限。

6.根据权利要求4所述的基于信用分层的区块链数据安全性提升方法，其特征在于，所述诚信节点层具有替换候选主节点层和参与视图切换协议的权限。

7.根据权利要求4所述的基于信用分层的区块链数据安全性提升方法，其特征在于，所述其他节点层参与共识但无特殊权限。

8.根据权利要求1所述的基于信用分层的区块链数据安全性提升方法，其特征在于，所述s3中判断主节点是否触发超时条件的方法为：根据视图切换协议，在限定时间内，从节点没有收到主节点的预准备广播，或者存在异常消息，则触发超时条件，所述异常消息包括消息不一致但序号一致的信息。

技术总结
本发明公开了一种基于信用分层的区块链数据安全性提升方法，涉及区块链数据安全领域，包括以下步骤：节点根据其行为和性能被分配不同的信用值，通过信用分级协议，筛选出诚信节点层、候选主节点层和其他节点层；在共识过程中，从候选主节点层中随机选择一个节点作为当前的主节点，并执行一致性协议以达成共识。若共识过程中触发了视图切换协议，根据视图切换的条件，从候选主节点中选择节点作为新的主节点，然后重新执行一致性协议，直至系统达到共识，为了确保系统的可靠性和一致性，周期性地执行检查点协议。本发明解决了现有方法存在系统安全性降低、共识过程中的通信开销较大，视图切换频率较高，导致系统性能和稳定性降低的问题。

技术研发人员：徐锴,赵勇,刘仁明,周翔,罗斌
受保护的技术使用者：四川易利数字城市科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15