(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 202210247787.6 (22)申请日 2022.03.14 (71)申请人 中国科学院软件研究所 地址 100190 北京市海淀区中关村南四街 4 号 (72)发明人 张振峰　路远　程昊　高英梓　 卢振亮　唐强　徐静　 (74)专利代理 机构 北京君尚知识产权代理有限 公司 11200 专利代理师 邱晓锋 (51)Int.Cl. H04L 12/18(2006.01) H04L 9/40(2022.01) H04L 9/32(2006.01) (54)发明名称 一种数据广播与共识解耦的异步区块链共 识方法和系统 (57)摘要 本发明公开了一种数据广播与共识解耦的 异步区块链共识方法和系统。 所述系统包括： 多 个节点； 所述节点可由多台互相信任的物理或虚 拟设备共同担任； 所述方法包括： 数据广播与数 据顺序共识解耦， 所述节点共同维护多个广播协 议实例和一个拜占庭共识协议； 所述广播协议负 责将某个节 点数据传输给其他节 点， 所述拜占庭 共识协议负责对所述多个广播协议实例的结果 进行共识； 在所述节点内部， 可将多个广播协议 实例一一对应的交给多台设备负责维护， 并将所 述广播协议的执行结果传输给节点内部负责执 行所述拜占庭共识协议的设备。 实施本发明， 可 以提高区块链系统的效率， 同时可以更方便的通 过增加物理资源来 提高系统效率。 权利要求书1页 说明书8页 附图2页 CN 114710374 A 2022.07.05 CN 114710374 A 1.一种数据广播与共识解耦的异步区块链共识方法， 其特征在于， 所述方法应用于区 块链系统， 所述区块链系统含有共识节点集合， 所述方法由所述共识节点集合中的共识节 点执行， 所述方法包括以下步骤： 所述节点间运行多个并行的数据 广播协议； 所述节点间根据 所述数据广播协议的结果， 以数据区块链的高度作为输入执行数据顺 序共识协议； 所述节点间根据 所述数据顺序共识协议的结果维护一条确认区块链， 所述确 认区块链 上的内容 为最终共识结果。 2.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述数据顺序共识协议包含顺序执行异步多 值拜占庭共识 协议， 即MVBA 协议。 3.如权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述MVBA协议为异步共识协议， 在同步和半 同步网络假设下， 所述MVBA 协议依然能够正常运行， 且所述MVBA 协议的性质均能保障。 4.如权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述节点在执行所述MVBA协议之前， 使用自 定义的方法判断是否有数据 广播协议输出了新的数据块且 满足自定义的有效条件。 5.如权利要求4所述的方法， 其特征在于， 所述自定义的有 效条件保证系统安全的最小 界： 至少z个由不同节点担任领导者角色的数据区块链的高度相较上次共识结果有 所增加， 且所有数据区块链的高度不小于上次共识结果， 其中n ‑2t≤z≤n ‑t， n为共识参与者总数， t 为系统容忍的敌手数量 最大值。 6.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 将所述MVBA协议的共识结果转化为所述确认 区块链上的区块的方法是： 所述节点获得所述MVBA协议的共识结果时， 将其与上一次的共 识结果进 行比较， 将相较上一次共识结果多 出的数据区块按照确定性算法打包成一个确认 区块， 并将确认区块 放入确认区块链中。 7.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 每个所述节点包含若干个order设备、 kn个 broadcaster设备和若干个tx_pool设备， tx_pool设备负责接收和分发从客户端或者其他 节点获得的交易或数据， broadcatser设备负责执行数据广播协议并执行与该协议的输入 输出相关的处理工作， order设备负责执行数据顺序共识协议并执行与该协议的输入输出 相关的处理工作； kn个broadcaster设备与kn个数据广播实例一一对应， 每个节点有k个 broadcaster设备在其参与的数据广播协议实例中担任 领导者角色； 所述tx_pool设备分发 交易或数据给k个领导者broadcaster； 每台所述broadcaster设备负责维护一个所述数据 广播协议实例； 所述order设备收集集群内所述br oadcaster设备执行所述数据广播协议实 例的结果， 并将所述结果 转化为所述确认区块链上的区块。 8.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在不同的网络模型假设下或是更复杂的在不 同网络模型间切换的假设下， 所述数据广播协 议和数据顺序共识协 议由对应网络模型假设 下的具体协议实现。 9.一种采用权利要求1～8中任一权利要求所述方法的数据广播与共识解耦的异步区 块链共识系统， 其特征在于， 包括区块链系统， 所述区块链系统含有共识节点集合， 所述共 识节点集合中的节点间运行多个并行的数据广播协 议； 所述节点间根据所述数据广播协 议 的结果， 以数据区块链的高度作为输入执行数据顺序共识协议； 所述节点间根据所述数据 顺序共识 协议的结果维护一条确认区块链， 所述确认区块链上的内容 为最终共识结果。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114710374 A 2一种数据广播与共 识解耦的异步区块链共 识方法和系统 技术领域 [0001]本发明涉及计算机技术领域， 尤其涉及一种数据广播与共识解耦的异步区块链共 识方法和系统。 背景技术 [0002]区块链技术是指通过共识机制保证所有参与者共同维护一个分布式账本的技术 方案。 根据不同的网络模型假设， 又可以细分为同步、 半同步和异步三种， 其中异步是最弱 的假设。 在异步网络模型假设中， 参与方和设计者均无法获得网络延迟的上界， 导致异 步区 块链共识在设计上更加复杂。 在现有的设计中， 大多采用直接对数据进 行共识， 或者先分发 数据， 然后对数据的发送方的身份进 行共识的思想。 这些设计效率普遍不理想， 前者因为其 在数据吞吐量和延迟方面的表示很差而不具有实用性， 后者虽然相比前者有一定的提高， 但是仍然具有较大 的确认延迟和较小的交易吞吐量。 因此， 需要一种新的异步区块链共识 机制来打破这种设计思想， 以提高异步共识机制的效率。 发明内容 [0003]鉴于现有技术中存在的技术问题， 本发明的目的在于提供一种数据广播与 共识解 耦的异步区块链共识机制。 [0004]具体的说， 本发明包括以下两个重要的方面： [0005]一、 一种数据 广播与共识解耦的异步区块链共识方法 [0006]本发明为两类并行进行的子协议： 数据 广播协议和数据顺序共识 协议。 [0007]在数据广播协议中， 假定共识机制参与方有n个， 则所有节点会共同维护kn个顺序 执行的数据广播协议实例(k为大于0的常数， 比如为1)， 并且每个节点在k条链中担任领导 者的角色， 负责将用户或节点数据形成顺序输出的数据区块。 在每个数据广播协 议实例中， 执行独立的可靠广播协 议， 协议的输入为数据区块以及 对应的标识， 需要注意的是， 本发明 广播协议的具体实现是模块化的， 根据不同的需求， 可以使用不同的广播协 议。 但这些广播 协议需要满足以下条件： 1)协 议顺序输出数据区块； 2)输出中附带广播协 议完成的证据， 该 证据可以但不限于使用门限签名(threshol d‑signature)来构造， 该证据证明大多数的参 与者收到了相同的内容； 3)输出来自于广播协议的输入； 4)敌手无法伪造2)中所述证据。 在 理想情况下(网络稳定、 节点不发生故障、 无敌手等情况下)， kn个数据广播协 议实例的输出 将顺序地稳定增长， 即使在拜占庭敌手或异 步网络的攻击下， 也能保证至少kn ‑kt个实例的 输出稳定顺序增长(t为拜占庭敌手 个数)。 [0008]在数据顺序共识协议中， 所有参与节点共同顺序执行异步多值拜占庭共识协议 (MVBA)。 这里需要强调的是， 本发明MVBA的具体实现是模块化的， 根据不同的需求， 可以使 用不同的MVBA协议。 但这些MVBA协议都需要满足以下条件： 1)一致性(Agreement)： 任意两 个诚实节点的输出相同； 2)外部有效性(External ‑Validity)： 存在一个全局已知的断言式 Q， 使得对所有诚实节点的输出V， 都有Q(V)＝true； 3)终止性(Termination)： 如果任何一个说　明　书 1/8 页 3 CN 114710374 A 3