(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 202210650990.8 (22)申请日 2022.06.10 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市甘井 子区凌工 路２ 号 (72)发明人 朱宝峰　王祎　李凤岐　 (74)专利代理 机构 辽宁鸿文知识产权代理有限 公司 21102 专利代理师 许明章　王海波 (51)Int.Cl. H04L 9/32(2006.01) H04L 9/40(2022.01) H04L 67/1097(2022.01) H04L 67/12(2022.01) (54)发明名称 一种基于信任模型的自适应切换高效容错 共识方法 (57)摘要 本发明涉及区块链 技术领域， 尤其涉及一种 基于信任模 型的自适应切换高效容错共识方法。 该方法首先将Raft与 PBFT共识算法进行优化， 随 后提出了一种共识切换机制， 以保证兼顾共识算 法的拜占庭 容错性与高效性。 最后针对共识切换 机制提出了信任模型与自适应主节 点选取方法， 以保证在共识切换过程中区块链系统的稳定性 与安全性。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 115276999 A 2022.11.01 CN 115276999 A 1.一个基于信任 模型的自适应切换高效容 错共识方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤(1)客户端向区块链系统发起交易请求<REQUEST,TX, σc>给主节点， 此时区块链系 统中运行Raft共识算法， 其中TX为 客户端请求执 行的交易， σc为客户端签名； 步骤(2)主节点收到交易请求后， 首先发送增加新日志条目的消息到所有从节点， 每个 从节点在接收到消息， 复制成功后将反馈复制成功的消息给主节点； 步骤(3)主节点收集反馈消息并统计， 当收到超过半数从节点成功复制日志条目的反 馈信息， 即共识成功， 此时区块链系统中继续运行Raft共识算法； 若反馈消息未达到半数， 则进入一 致性检查阶段； 步骤(4)进入一致性检查阶段， 所有节点互相发送验证消息检验每个节点的最新日志 是否相同， 若一致， 继续运行Raft共识算法； 若不一致， 则主节点向所有节点发送共识切换 通知， 区块链系统进入基于信任模型的自适应共识切换 阶段， 区块链系统将由Raft共识算 法切换为PBFT共识算法； 步骤(5)进入基于信任模型的自适应共识切换阶段， 系统根据信任模型将所有节点进 行分类： 节点按照信任值高低分别归入高信任值组与低信任值组， PBFT共识算法只在高信 任值组中的节点间运行； 低信任值组的节点只发送数据， 不 参与共识； 步骤(6)节点分组完成后， 高信任组中节点互相发送 “主节点选举 ”信息， 进入主节点选 举阶段， 采取自适应主节点选取 方法对主节点进行选取； 步骤(7)在选出主节点后， 高信任值组中其余节点则为从节点； 至此， 区块链系 统中的 共识算法由Raft共识 算法切换为PBFT共识算法； 随后所有节 点互相发送验证消息请求达成 共识； 在所有节点进行一轮完整的PBFT共识后， 区块链系统根据信任模型将所有节点的信 用值更新， 并重新分类； 随后在新的高信任组中执行步骤(6)以重新选择主节点， 保证在共 识中表现良好的节点可以更 换为主节点进行共识； 步骤(8)经过多轮PBFT共识后， 作恶节点或者表现差的节点已在区块链系 统中非主要 节点参与共识或被剔出， 此时由PBFT共识 中的主节点触发共识切换回Raft共识； 自适应主 节点选取算法保证在PBFT共识中主节点大概率为信用值高， 即表现良好的节点， 所以在切 换回Raft共识 算法后， 主节 点直接可作为R aft共识算法中的主节 点， 其余节 点为从节点， 继 续运行Raft共识算法。 2.根据权利要求1所述的一个基于信任模型的自适应切换高效容错共识方法， 其特征 在于， 所述 步骤(5)， 具体实现过程如下： (1)信任模型： 共识行为信任Tcons： 根据节点在共识过程中每一轮的行为和表现， 在每一轮 结束时对节 点进行信任评估， 将节点分为 三种状态： 良性状态、 宕机状态以及作恶状态； 良性状态是指在一轮共识中， 若节点i为主节点： 节点i产生有效的区块， 并能够正确的 达成一致； 若节点 i为从节点： 节点 i广播相同的消息并与大部分节点保持一 致； 宕机状态是指在一轮共识中， 若节点i为主节点： 节点i不生成新区块； 若节点i为从节 点： 节点i由于崩溃无法广播消息； 作恶状态是指在一轮共识中， 若节点i为主节点： 节点i在这轮共识中生成一个无效的 区块； 若节点i为从节点： 节点i广播的信息互不相同， 或者节点i广播的信息与大部分节点 不同；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115276999 A 2节点i在第t轮的共识行为信任计算如下： 若节点i为主节点： 若节点i为从节点： 其中xp与xb分别代表主节点与从节点信任值下降的速度， 0<xp<xb<1； yp与yb分别代表主 节点和从节点信任值上升的速度， 0 <yb<yp<0.03。 3.根据权利要求1或2所述的一个基于信任模型的自适应切换高效容错共识方法， 其特 征在于， 所述 步骤(6)， 自适应主节点选取的具体实现过程如下： 通过下面的公式计算良性节点 i在第t轮共识被选为主节点的概 率： 其中N为共识节点的数量， α >1为 概率因数， 由下面的公式计算： 其中 和 分别为第t轮共识和第t ‑1轮共识节点的平均信用值； 为保证主节点选举过程的不可预测性， 生成一个分布在区间[0,1]上的随机数RNum； 通 过SHA256算法对最 新区块的块头进行哈希处 理来生成 若节点i被选为新一轮共识的主节点， 需要满足以下 条件： 权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115276999 A 3