(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210410698.9 (22)申请日 2022.04.19 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 王强　高妍　蔡亮　王晓晖　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 林超 (51)Int.Cl. H04L 9/40(2022.01) H04L 9/08(2006.01) H04L 9/32(2006.01) H04L 41/0668(2022.01) H04L 41/12(2022.01)H04L 43/0823(2022.01) H04L 43/0852(2022.01) H04L 67/10(2022.01) (54)发明名称 一种区块链容 错共识方案的优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种区块链容错共识方案的 优化方法。 包括： 使用多叉树堆数据结构构建和 维护节点网络拓扑； 主节点共享秘密、 分发准备 信息、 分发确认消息时按照多叉树堆自顶向下分 发； 每个主动节点获取消息时为对应子节点准备 计时器， 主节点获取子节点的时延， 根据时延权 值计算对应子节点的时延权值； 通过时延启动故 障检测机制来检测和替换故障节 点， 再根据权值 更新多叉树堆结构； 主节点通过聚合子节点的子 密钥重建原始密钥， 组装回复消息发送给客户 端。 本发明解决了共识算法中故障节 点影响消息 聚合阶段的时延、 消息传递的复杂性、 网络带宽 开销大等 瓶颈， 限制了区块链的交易速度问题。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 114760135 A 2022.07.15 CN 114760135 A 1.一种区块链容 错共识方案的优化方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 1)使用多叉树堆数据 结构构建节点网络拓扑， 节点网络拓扑的主节点作为多叉树堆数 据结构的根节点， 将节点网络拓扑的所有主动节点按初始化权重组织为多 叉树堆数据结构 的各个子节点； 2)主节点生成一组随机密钥， 将 随机密钥分成多个份额并作为各个子密钥， 接着主节 点通过多叉树 堆数据结构向各个主动节点对应地发送一个子密钥； 3)客户端向主节点发送请求信息， 主节点接收到客户端发来的请求信息后对客户端发 来的请求信息进 行处理， 获得对应的准备信息并通过多叉树堆数据结构传播到所有主动节 点； 4)所有主动节点接收到准备信息后通过自身的子密钥验证准备信 息的签名， 并启动所 有主动节点对应子节点的计时器； 5)通过多叉树堆数据结构自底而上地将各个验证通过的主动节点对应的子密钥进行 聚合并发送给主节点， 其中根据每个验证通过的主动节点对应子节点的计时器确定主动节 点对应子节点的时延， 若每个子节点的时延超过时延阈值则启动故障检测机制， 同时根据 时延计算对应子节点的权值并更新， 最后根据更新后的各个子节点的权值更新多 叉树堆数 据结构； 6)主节点通过预设数量的子密钥一次重建原始密钥， 接着主节点根据一 次重建原始密 钥执行客户端请求后生成对应的执行结果并作为确认消息， 主节点通过多 叉树堆数据结构 将确认信息发送给 所有主动节点； 7)所有主动节点验证确认消息后自身执行客户端请求的结果， 如果每个主动节点自身 执行客户端请求的结果与确认消息一致， 则通过多叉树堆数据结构自底而 上地将所有主动 节点对应的子密钥进行聚合并发送给主节点； 8)主节点再通过当前预设数量的子密钥二 次重建原始密钥， 主节点再根据二次重建原 始密钥组装回复消息并发送给客户端； 9)重复步骤3) ‑8)， 主节点不断接收并执行接收客户端请求信息， 当主节点接收预设客 户端请求信息数目后， 根据各个子节点的权值更新多叉树 堆数据结构。 2.根据权利要求1所述的一种区块链容错共识方案的优化方法， 其特征在于， 所述步骤 5)中若每 个子节点的时延超过时延阈值则启动故障检测机制， 具体为： 当每个子节点的时延超过时延阈值时， 则当前子节点作为产生故障的主动节点， 当前 子节点的父节点作为报告故障的主动节点自底而 上地向主节点发送故障信号， 主节点接收 到故障信号后， 将产生 故障的主动节 点用被动节 点替代， 替代后的被动节点作为主动节点， 替代前的主动节点作为被动节点； 接着主节点将报告故障的主动节点对应子节点的权值设 为最大值并更新， 根据各个子节点更新后的权值更新多叉树 堆数据结构。 3.根据权利要求2所述的一种区块链容错共识方案的优化方法， 其特征在于， 当每次客 户端请求执行后 获得回复消息时， 主节点将当前回复消息发送给被动节点； 被动节点对回 复消息进行验证后， 验证通过后根据对应的主动节点更新自身的内部状态。 4.根据权利要求1或2所述的一种区块链容错共识方案的优化方法， 其特征在于， 所述 根据各个子节点更新后的权值更新多叉树 堆数据结构， 具体为： S1： 根据各个子节点更新后的权值进行升序排列， 从前到后取预设比例的主动节点或权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114760135 A 2将子节点的权值小于 权值阈值的主动节点均 作为主节点的直接主动节点； S2： 再按照自顶向下权值增大的方式将剩下的主动节点组织为一个二叉树堆数据 结构 并作为主节点的子树。 5.根据权利要求1所述的一种区块链容错共识方案的优化方法， 其特征在于， 所述根据 时延计算对应子节点的权值， 具体公式如下： 其中， Wy为子节点y的时延权值， β 为超参数， ny为子节点y从其父节点接收消息到聚合子 节点y的子密钥的时延。 6.根据权利要求1所述的一种区块链容错共识方案的优化方法， 其特征在于， 所述步骤 3)中， 主节点对客户端发来的请求信息进行签名， 然后将客户端的请求信息绑定到随机密 钥中； 接着， 主节 点组装准备信息， 然后将准备信息通过多 叉树堆数据结构传播到所有主动 节点。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114760135 A 3