本發(fā)明涉及區(qū)塊鏈技術(shù)，具體涉及一種基于聚類分組和動態(tài)評分的pbft共識方法。
背景技術(shù)：
1、區(qū)塊鏈作為一種典型的分布式技術(shù)架構(gòu)，憑借其高度的安全性和去中心化特性，已廣泛應(yīng)用于各類分布式應(yīng)用場景中。特別是在點對點(p2p)網(wǎng)絡(luò)中，區(qū)塊鏈能夠?qū)崿F(xiàn)具有多樣化角色的節(jié)點之間的協(xié)作與交易。在p2p網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，節(jié)點以去信任化的方式相互作用，不同角色的節(jié)點根據(jù)各自的目的和功能參與其中，形成了一個去中心化、透明且安全的系統(tǒng)。區(qū)塊鏈通過將節(jié)點間的交易記錄存儲在每個節(jié)點的分布式賬本中，不僅保障了數(shù)據(jù)的不可篡改性，而且顯著增強了系統(tǒng)對惡意攻擊的抗干擾能力。
2、在區(qū)塊鏈技術(shù)的共識機制中，pbft(practical?byzantine?fault?tolerance，實用拜占庭容錯算法)作為一種廣泛應(yīng)用的非競爭性共識算法，因其具備高吞吐量和低延遲的特性，已經(jīng)在多種分布式系統(tǒng)中得到了成功應(yīng)用。pbft算法通過節(jié)點間的投票過程確保系統(tǒng)能夠在存在拜占庭錯誤節(jié)點的情況下，依然能夠高效、安全地達成共識，從而保證區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)在面臨惡意節(jié)點攻擊時的可靠性和穩(wěn)定性。與競爭性共識算法相比，pbft通過基于投票的共識方式，大幅減少了計算資源的浪費，提升了系統(tǒng)的效率和節(jié)能性。pbft的優(yōu)勢之一在于其高可靠性，即使網(wǎng)絡(luò)中存在最多33％的惡意節(jié)點，系統(tǒng)仍能完成共識過程。然而，現(xiàn)有的pbft算法及其改進版本仍面臨一些挑戰(zhàn)，如通信開銷較大、擴展性差、以及在節(jié)點時延較高的環(huán)境下，現(xiàn)有的基于信譽值分組的pbft算法難以保持良好的共識效率。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于聚類分組和動態(tài)評分的pbft共識方法，其通過結(jié)合智能聚類分組和動態(tài)評分，有效提升了pbft在大規(guī)模分布式系統(tǒng)中的效率、擴展性和安全性，解決了現(xiàn)有pbft算法在通信開銷、擴展性、節(jié)點時延較高環(huán)境下性能不足的問題。
2、具體方案包括：
3、網(wǎng)絡(luò)初始化：為所有節(jié)點賦予相同的評分值，采用改進k-means方法將所有節(jié)點劃分為多組；在每一組中隨機選取一個節(jié)點作為組織代表節(jié)點，再從所有組織代表節(jié)點中隨機選取一個節(jié)點作為主節(jié)點；
4、共識階段：
5、s1.預(yù)準備階段：當主節(jié)點接收到請求消息m時，主節(jié)點為請求消息m分配一個序列號x，然后向參與本輪共識的節(jié)點廣播pre-prepare消息，并將pre-prepare消息加入日志；
6、s2.準備階段：參與本輪共識的每一節(jié)點接收到pre-prepare消息后執(zhí)行組內(nèi)準備操作，向自身所屬組的組織代表節(jié)點發(fā)送in-prepare消息；每一組織代表節(jié)點接收到in-prepare消息后執(zhí)行組外準備操作，發(fā)送out-prepare消息；
7、s3.確認階段：每一組織代表節(jié)點收到out-prepare消息后，若out-prepare消息的發(fā)送方為組織代表節(jié)點，且摘要正確，則將out-prepare消息加入日志；判斷日志中是否存在2/3×k個具有相同視圖號、序列號和摘要的out-prepare消息，若是，則向主節(jié)點發(fā)送確認消息，并將確認消息加入日志；k表示組織代表節(jié)點數(shù)量；
8、s4.提交階段：主節(jié)點收到確認消息后執(zhí)行確認回復操作，廣播確認回復消息；參與本輪共識的每一節(jié)點接收確認回復消息后，驗證確認回復消息的發(fā)送方是否為主節(jié)點，若是，則向客戶端發(fā)送回復消息，并將回復消息加入日志；客戶端接收回復消息，并將回復消息加入日志中，判斷針對請求消息m，是否收到了f+1個具有相同返回結(jié)果的回復消息，若是，則執(zhí)行請求消息m；f表示系統(tǒng)能夠容忍的拜占庭節(jié)點最大數(shù)量；
9、共識節(jié)點動態(tài)評分：共識完成后，對參與本輪共識的所有節(jié)點進行評分值更新，參與同一輪共識的所有節(jié)點的評分值更新為相同數(shù)值；根據(jù)更新后的評分值計算出參與下一輪共識的節(jié)點數(shù)量。
10、本發(fā)明的有益效果：
11、本發(fā)明將改進k-means方法與pbft結(jié)合，優(yōu)化了節(jié)點分組方式，減少了通信開銷，提升了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間的協(xié)作效率。
12、本發(fā)明基于節(jié)點行為進行動態(tài)評分，確保了每個節(jié)點在共識過程中的投票權(quán)重與其信譽相符，提升了共識效率和系統(tǒng)的安全性。
13、本發(fā)明提出節(jié)點任期機制，通過節(jié)點角色的動態(tài)輪換，提升了pbft算法的公平性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免了惡意節(jié)點的長期控制。
14、本發(fā)明提高pbft的擴展性和魯棒性，在節(jié)點數(shù)目龐大和節(jié)點時延較高的情況下，優(yōu)化了pbft共識協(xié)議的效率，降低了由于時延引起的性能瓶頸。
1.一種基于聚類分組和動態(tài)評分的pbft共識方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聚類分組和動態(tài)評分的pbft共識方法，其特征在于，步驟s1采用改進k-means方法將所有節(jié)點劃分為多組，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聚類分組和動態(tài)評分的pbft共識方法，其特征在于，在預(yù)準備階段，確定參與本輪共識的節(jié)點包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聚類分組和動態(tài)評分的pbft共識方法，其特征在于，在每一輪共識完成后，對參與共識的節(jié)點進行評分值更新，更新公式為
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聚類分組和動態(tài)評分的pbft共識方法，其特征在于，根據(jù)更新后的評分值計算出參與下一輪共識的節(jié)點數(shù)量，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聚類分組和動態(tài)評分的pbft共識方法，其特征在于，在網(wǎng)絡(luò)初始化時，為每個節(jié)點賦予相同的信譽值，設(shè)置請求消息接收時限；當主節(jié)點接收到請求消息時，啟動計時器，到達請求消息接收時限后關(guān)閉計時器，若參與該請求消息的共識過程的節(jié)點在請求消息接收時限內(nèi)未反應(yīng)，則執(zhí)行以下操作：