基于双通证的适用于知识产权联盟链的智能共识机制的制作方法

本发明涉及区块链共识机制技术领域，具体涉及一种基于双通证的适用于知识产权联盟链的智能共识机制。

背景技术：

区块链技术是通过密码学、点对点网络通信、共识机制、智能合约等多种技术的有效组合，构建数据存储、流转和处理的新型分布式计算架构，保障在不通过第三方中介机构信用背书条件下，实现数据的不易篡改、不易伪造、可追溯、可审计等目的。目前，根据参与方式的不同，区块链部署形式一般分为公有链、联盟链和私有链。公有链是真正意义上的完全去中心化的区块链，全球任何拥有联网计算机的用户都可以在任何时候加入、任意读取区块信息、发送交易信息且交易能获得有效确认、参与共识过程。联盟链是具有准入机制的多中心化区块链，由若干机构组成利益相关的联盟共同参与并维护，共识过程由预先选好的节点控制，其他节点可以参与交易但不过问记账过程。私有链是指各个节点的写入权限仅由某个机构控制，而读取权限可视需求有选择地对外开放的一种受限区块链，其共识和验证均被严格限制在私有机构范围内。

区块链上的共识机制主要解决由谁来构造区块以及如何维护区块链统一的问题。公有链通过密码学和经济激励，保障在互不信任的网络环境中达成共识，实现完全去中心化的信用机制。公有链的共识机制需要经济激励来奖励参与共识过程的节点。联盟链节点的数量通常已知，参与共识的节点通常预先选好，因而可以采用设计更简单、效率更高的共识算法。私有链中参与记账的节点基本上都是属于某个机构内部节点，不一定需要通过经济奖励来激励每个节点进行记账。目前，区块链业界广泛使用的共识机制是pow(proofofwork，工作量证明)算法、pos(proofofstack，股权证明)算法、casper算法、dpos(delegatedproofofstack，授权股权证明)算法、pbft(practicalbyzantinefaulttolerance，实用拜占庭容错)算法、paxos算法和raft算法。公有链通常采用pow、pos、dpos和casper等共识算法，而联盟链和私有链通常采用pbft算法、paxos算法和raft算法。下面先解释一下这些共识算法的基本思想，然后指出其缺点。

pow算法：即工作量证明机制。节点通过计算随机哈希散列的数值解争夺记账权，求得正确的数值解以生成区块的能力是节点算力的具体表现。工作量证明机制具有完全去中心化的优点，在以工作量证明机制为共识的区块链中，节点可以自由进出，是一种应对拒绝服务攻击和其它服务滥用的经济对策。大家所熟知的比特币网络就应用工作量证明机制来生产新的货币。

pos算法：即权益证明机制。与要求证明人执行一定量的计算工作不同，权益证明要求证明人提供一定数量加密货币的所有权即可。根据每个节点拥有代币的比例和时间，依据算法等比例地降低节点的挖矿难度，从而加快了寻找随机数的速度。这种共识机制可以缩短达成共识所需的时间，但本质上仍然需要网络中的节点进行挖矿运算。

dpos算法：即授权股份证明机制。全体节点投票选举出一定数量的节点代表，由他们来代理全体节点确认区块和维持系统有序运行。同时，区块链中的全体节点具有随时罢免和任命代表的权力。如果必要，全体节点可以通过投票让现任节点代表失去代表资格，重新选举新的代表，实现实时的民主。股份授权证明机制可以大大缩小参与验证和记账节点的数量，从而达到秒级的共识验证。

casper算法：pos算法的一种。casper的共识是按区块达成的，而不像普通pos那样按链达成。其基本思路是，任何人抵押足够多的以太币到系统中就可以成为矿工参与到挖矿过程。与传统的pos不同，casper有惩罚机制，共识算法要求所有的矿工诚实工作，如果一个矿工有意破坏，不遵守协议，系统就会对矿工做出惩罚：没收之前抵押的以太币。

paxos算法：基于选举领导者的共识机制。它是一种基于消息传递且具有高度容错特性的一致性算法。只要系统中超过半数的节点可用，那么系统整体就可用，并且能够保证数据的强一致性。

pbft算法：即实用拜占庭容错机制。它用来解决原始拜占庭容错算法效率不高的问题，使得拜占庭容错算法在实际系统应用中变得可行。与paxos类似，它也是一种采用许可投票、少数服从多数来选举领导者进行记账的共识机制。该共识机制允许强监管节点参与，具备权限分级能力，性能更高，耗能更低，该算法每轮记账都会由全网节点共同选举领导者，允许33％的节点作恶，容错性为33％。

raft算法：raft算法应用于联盟链，相对于paxos和pbft算法更高效。raft是由stanford发布的分布式一致性算法，由paxos算法改进而来，更注重协议的可理解性和落地性，其特点是任何时刻最多只有1个合法leader，容错性为50％。

上述各算法的主要缺点如下。

pow算法：依赖机器进行数学运算来获取记账权，资源消耗相比其它共识机制高、可监管性弱，同时每次达成共识需要全网共同参与运算，性能效率比较低，区块的确认共识达成的周期较长，不适合商业应用，容错性方面允许全网50％节点出错。算力集中化使得pow慢慢的偏离了原来的去中心化轨道。

pos算法：相比pow，一定程度减少了数学运算带来的资源消耗，性能也得到了相应提升，但依然是基于哈希运算竞争获取记账权的方式，可监管性弱。该共识机制容错性和pow相同。实现较为复杂，中间步骤较多，容易产生安全漏洞，网络流量压力大。持有币越多的人会获得更多的币奖励，从而加大贫富差距，最终产生超过50％的中心化节点，被动演化为非预期的中心化的结果。

dpos算法：与pos的主要区别在于节点选举若干代理人，由代理人验证和记账，其合规监管、性能、资源消耗和容错性与pos相似。实现较为复杂，中间步骤较多，容易产生安全漏洞。

paxos算法：所有节点一般有线下准入机制，但选举过程中不允许有作恶节点，不具备容错性，算法难以理解、工程实现较难。

pbft算法：三个阶段达成共识可能因为失败而重复进行；当区块链上存在1/3以上拜占庭错误节点时，系统无法提供服务；pbft的公信力不足。

raft算法：raft算法是paxos算法的一个简化实现，其合规监管、性能、资源消耗和容错性与paxos相似。raft方案存在以下的问题：选举共识节点未考虑区块链的区块高度；选举一个共识节点并由此节点持续记账，容错性较差；对共识节点的监管不够，不能实现共识节点的动态加入退出。

由此可见，目前针对联盟链，还缺乏一种灵活有效的、能够激励社区用户的、借鉴公有链共识思想的、能在一致性、分区容错性和可用性三方面达到综合最优的、可监管性好、共识效率高、公信力高的共识机制。

技术实现要素：

为了克服上述现有联盟链共识机制的不足，本发明提出一种基于双通证的适用于知识产权联盟链的智能共识机制。

基于双通证的适用于知识产权联盟链的智能共识机制，采用权益通证和流通通证两种通证；

其中，

权益通证用来激励用户参与社区活动、奖励ip上传者、支付发起和实施ip交易或进行智能合约部署的消耗等；

流通通证与ip真实价值挂钩，用来体现用户拥有的ip价值。

所述智能共识机制，为下述行为提供权益通证奖励：ip的上传；成功完成需求发起方的要求，如某个ip的求购；对ip进行评价；举报不良ip；按时完成重大ip交易等。

独立的流通通证无法进行外部兑换。

联盟链平台根据一定规则产生权益通证并按一定规则奖励权益通证，用户也可以通过联盟链平台用法币购买权益通证。

交易指的是ip的一次买卖或授权，最近一段时间内的一批交易将根据共识机制打包生成新区块，链接到区块链上，并通知全网。

智能共识机制，包括用户、社区、节点、共识节点、智能合约、通证、交易、区块，其中用户指的是参与知识产权交易的注册账号，社区指的是由所有用户、联盟基金会和联盟知识产权委员会等构成的团体，节点指的是接入联盟链网络的计算机，智能合约是一套以数字形式定义的承诺,包括合约参与方可以在上面执行这些承诺的协议。它是运行在区块链上的一段代码，并且会在区块链检测到某些触发条件时执行，节点包括系统节点、普通全节点和普通用户，系统节点是联盟公认的可信节点，普通全节点是授权的可信诚实节点，系统节点和普通全节点都是共识节点，具有记账权和区块生成权；普通用户无记账权，但可以读取区块链数据。

具体包括如下步骤：

步骤一：参与度和股权权重的计算

该步骤融合了pos算法和pop算法，据股权即用户账户中流通通证的数量和累计交易额，来赢得记账权的奖励；根据参与度即用户账户中权益通证的数量和累计参与活动频次，来赢得记账权的奖励；如果两个节点的pos权重接近，那么pop权重越多的节点，则越有可能获得记账权奖励；

步骤二：共识计算

这一步骤主要由pbs(系统节点验证)机制决定。pbs是为联盟链提出的一种共识机制，其出发点是提高共识效率，按需控制出块时间。由联盟链的系统节点轮流执行pow机制进行自动挖矿，而记账权则奖励给步骤一胜出的普通用户；当然，普通全节点也有权利(事先得到系统授权的)进行pow挖矿。

步骤一中pos网络权重wpos和pop网络权重wpop的计算式可以根据需要设计，用式1和式2来表示：

wpos＝s(aamount,tcirculate)(1)

wpop＝p(factivity,trights)(2)

其中，tcirculate表示流通通证数量，aamount表示累计交易额，s(.,.)表示pos权重计算函数，trights表示权益通证数量，factivity表示累计参与活动频次，p(.,.)表示pop权重计算函数。

具体过程如下：

步骤1：首先根据需要确定出块时间，据此设置相对稳定的pow难度系数；

步骤2：系统节点对各注册用户的参与度和股权进行网络权重计算，如下式(3)所示：

wpos＝c(wpos,wpop)(3)

其中c(.,.)是综合计算函数；根据网络权重大小以简单的概率算法算出胜出用户；

步骤3：由系统节点和经授权的普通全节点轮流执行pow算法，系统节点和经授权的普通全节点统称共识节点，直至某个共识节点计算成功；每次的pow算法就是解决一个求解复杂但验证容易的sha256数学难题，解决该难题的共识节点获胜；所谓的数学难题是：根据当前难度值，通过搜索求解一个合适的随机数(nonce)使得区块头各元数据的双sha256哈希值小于或等于目标哈希值；

步骤4：判断哪一类共识节点计算成功；若普通全节点计算成功，则该节点以自己的地址构造coinbase交易生成区块，直接获得区块生成权利和记账权奖励，系统节点将结果广播全网，共识结束；

步骤5：若系统节点计算成功，则系统节点把步骤2的胜出用户广播全网，并基于该用户地址构造coinbase交易生成区块，该胜出用户获得区块生成权利和记账权奖励，共识结束。

利用区块链技术的知识产权交易系统的主要目的是提供一个去中心化的利用密码学技术达成共识的可追溯防篡改的交易平台。本发明提出的共识机制融合了多种共识思想，目的是在提高共识效率的同时最大限度地激励社区内的用户参与社区活动和交易，涉及的主要概念包括用户、社区、节点、共识节点、智能合约、通证、交易、区块。下面先介绍这些概念，再介绍本发明提出的共识机制的具体内容。

在一种知识产权联盟链的实施例中，用户指的是参与知识产权交易的注册账号，社区指的是由所有用户、联盟基金会和联盟知识产权委员会等构成的团体，节点指的是接入联盟链网络的计算机。本发明提出的联盟链实施例中的节点包括系统节点、普通全节点和普通用户。系统节点是联盟公认的可信节点。普通全节点是授权的可信诚实节点。系统节点和普通全节点都是共识节点，具有记账权和区块生成权。普通用户无记账权，但可以读取区块链数据。智能合约是一套以数字形式定义的承诺,包括合约参与方可以在上面执行这些承诺的协议。它是运行在区块链上的一段代码，并且会在区块链检测到某些触发条件时执行。

在一种知识产权联盟链的实施例中，采用两种通证。一种称为权益通证，它用来激励用户参与社区活动、奖励知识产权(ip)上传者、支付发起和实施ip交易或进行智能合约部署的消耗等。与公有链的比特币不同，权益通证类似于积分，联盟链平台根据一定规则产生权益通证并按一定规则奖励权益通证，用户也可以通过联盟链平台用法币购买权益通证。另一种价值体系就是流通通证，也就是ip通证。它是一种相对稳定的价值体系，与ip真实价值挂钩，用来体现用户拥有的ip价值。交易指的是ip的一次买卖或授权。最近一段时间内的一批交易将根据共识机制打包生成新区块，链接到区块链上，并通知全网。

本发明的共识机制的基本思想概括如下：系统节点是联盟公认的可信节点，采用难度系数相对稳定的公有链的pow机制运转，保证联盟链的可靠稳定运转。授权的普通全节点可以按系统节点的角色参与pow共识。为了防止算力集中，共识机制从两个方面考虑，一是联盟链的权益通证是一种积分而不是比特币，不具备投资价值；二是恶意的普通全节点一旦发现，平台可将其降为普通用户。普通全节点获胜时将直接获得区块生成奖励。为了奖励用户的社区行为，系统节点获胜时产生的权益通证将奖励给参与度高以及拥有权益通证和ip流通通证多的普通用户。基于这些考虑，本发明为知识产权联盟链提出一种独特的智能共识机制icm(intelligentconsensusmechanism)来确定记账权和区块生成权，智能融合了pos(股权证明)、pop(参与度证明)和pbs(系统节点验证)三种共识思想，其中pbs中采用了运行稳定的去算力集中的难度系数相对稳定且根据需要可调的pow作为底层共识算法。智能共识机制的根本出发点是将系统节点获胜时的记账权奖励给参与度和股权权重大的用户，主要包括两个大步骤：参与度和股权权重计算以及共识计算。

步骤一是参与度和股权权重的计算。该步骤融合了pos算法和pop算法，主要目的是激励和活跃知识产权交易社区。计算权重的目的是因为普通用户获得记账权奖励的概率由pos网络权重和pop网络权重共同决定。一方面，借鉴pos的思想，根据股权即用户账户中流通通证的数量和累计交易额，来赢得记账权的奖励。所以，股权比例越高，赢得记账权奖励的概率越大。另一方面，借鉴pop的思想，根据参与度即用户账户中权益通证的数量和累计参与活动频次，来赢得记账权的奖励。所以，参与度越高，赢得记账权奖励的概率越大。上述两种权重综合起来，反映了用户获得记账权奖励的概率大小。换句话说，如果两个节点的pos权重接近，那么pop权重越多的节点，则越有可能获得记账权奖励。这样可以有效地规避当前pos方法存在的“富者越富，权利越大”的问题。pos网络权重wpos和pop网络权重wpop的计算式可以根据需要设计，大致可用式1和式2来表示：

wpos＝s(aamount,tcirculate)(1)

wpop＝p(factivity,trights)(2)

其中，tcirculate表示流通通证数量，aamount表示累计交易额，s(.,.)表示pos权重计算函数，trights表示权益通证数量，factivity表示累计参与活动频次，p(.,.)表示pop权重计算函数。

步骤二是共识计算。这一步骤主要由pbs(系统节点验证)机制决定。pbs是本发明为联盟链提出的一种共识机制，其出发点是提高共识效率，按需控制出块时间。由联盟链的系统节点轮流执行pow机制进行自动挖矿，而记账权则奖励给步骤一胜出的普通用户。当然，普通全节点也有权利(事先得到系统授权的)进行pow挖矿，见下面的具体实施方式。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：依据上述过程的联盟链共识机制，一方面由数量确定的系统节点和经过授权的可信普通全节点参与共识计算，提高了共识效率，缩短了交易确认时间，提高系统容错性。另一方面，由于pbs轮流执行pow挖矿，系统节点的共识计算可使得每个区块都有最终一致性，不会出现区块链分叉情况，同时，出块稳定性也得到保障。此外，系统节点获胜的记账权奖励将给与股权多及参与度高的用户，可以提高社区的活跃性；而让经过授权可信的普通全节点参与共识计算可提高联盟链运作的公信力和内部透明性。

附图说明

图1双通证示意图。

图2智能共识机制流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步说明。

在一种知识产权联盟链的实施例中，用户指的是参与知识产权交易的注册账号，社区指的是由所有用户、联盟基金会和联盟知识产权委员会等构成的团体，节点指的是接入联盟链网络的计算机。本发明提出的联盟链实施例中的节点包括系统节点、普通全节点和普通用户。系统节点是联盟公认的可信节点。普通全节点是授权的可信诚实节点。系统节点和普通全节点都是共识节点，具有记账权和区块生成权。普通用户无记账权，但可以读取区块链数据。智能合约是一套以数字形式定义的承诺,包括合约参与方可以在上面执行这些承诺的协议。它是运行在区块链上的一段代码，并且会在区块链检测到某些触发条件时执行。

在一种知识产权联盟链的实施例中，采用两种通证。一种称为权益通证，它用来激励用户参与社区活动、奖励知识产权(ip)上传者、支付发起和实施ip交易或进行智能合约部署的消耗等。与公有链的比特币不同，权益通证类似于积分，联盟链平台根据一定规则产生权益通证并按一定规则奖励权益通证，用户也可以通过联盟链平台用法币购买权益通证。另一种价值体系就是流通通证，也就是ip通证。它是一种相对稳定的价值体系，与ip真实价值挂钩，用来体现用户拥有的ip价值。交易指的是ip的一次买卖或授权。最近一段时间内的一批交易将根据共识机制打包生成新区块，链接到区块链上，并通知全网。

本发明的共识机制的基本思想概括如下：系统节点是联盟公认的可信节点，采用难度系数相对稳定的公有链的pow机制运转，保证联盟链的可靠稳定运转。授权的普通全节点可以按系统节点的角色参与pow共识。为了防止算力集中，共识机制从两个方面考虑，一是联盟链的权益通证是一种积分而不是比特币，不具备投资价值；二是恶意的普通全节点一旦发现，平台可将其降为普通用户。普通全节点获胜时将直接获得区块生成奖励。为了奖励用户的社区行为，系统节点获胜时产生的权益通证将奖励给参与度高以及拥有权益通证和ip流通通证多的普通用户。基于这些考虑，本发明为知识产权联盟链提出一种独特的智能共识机制icm(intelligentconsensusmechanism)来确定记账权和区块生成权，智能融合了pos(股权证明)、pop(参与度证明)和pbs(系统节点验证)三种共识思想，其中pbs中采用了运行稳定的去算力集中的难度系数相对稳定且根据需要可调的pow作为底层共识算法。智能共识机制的根本出发点是将系统节点获胜时的记账权奖励给参与度和股权权重大的用户，主要包括两个大步骤：参与度和股权权重计算以及共识计算。

步骤一是参与度和股权权重的计算。该步骤融合了pos算法和pop算法，主要目的是激励和活跃知识产权交易社区。计算权重的目的是因为普通用户获得记账权奖励的概率由pos网络权重和pop网络权重共同决定。一方面，借鉴pos的思想，根据股权即用户账户中流通通证的数量和累计交易额，来赢得记账权的奖励。所以，股权比例越高，赢得记账权奖励的概率越大。另一方面，借鉴pop的思想，根据参与度即用户账户中权益通证的数量和累计参与活动频次，来赢得记账权的奖励。所以，参与度越高，赢得记账权奖励的概率越大。上述两种权重综合起来，反映了用户获得记账权奖励的概率大小。换句话说，如果两个节点的pos权重接近，那么pop权重越多的节点，则越有可能获得记账权奖励。这样可以有效地规避当前pos方法存在的“富者越富，权利越大”的问题。pos网络权重wpos和pop网络权重wpop的计算式可以根据需要设计，大致可用式1和式2来表示：

wpos＝s(aamount,tcirculate)(1)

wpop＝p(factivity,trights)(2)

其中，tcirculate表示流通通证数量，aamount表示累计交易额，s(.,.)表示pos权重计算函数，trights表示权益通证数量，factivity表示累计参与活动频次，p(.,.)表示pop权重计算函数。

步骤二是共识计算。这一步骤主要由pbs(系统节点验证)机制决定。pbs是本发明为联盟链提出的一种共识机制，其出发点是提高共识效率，按需控制出块时间。由联盟链的系统节点轮流执行pow机制进行自动挖矿，而记账权则奖励给步骤一胜出的普通用户。当然，普通全节点也有权利(事先得到系统授权的)进行pow挖矿，见如下实施例。

本实施例采用两种通证，如图1所示。权益通证是保障平台能够良好自我运转的重要基础。权益通证由平台按照一定的规则产生，包括用户注册奖励、依托平台特有的智能共识机制在区块生成时的奖励、用户提供资源的奖励、用户完成一定量有利于平台运转行为的奖励。使用下列平台重要功能均需要权益通证：ip的存证证明；ip交易，ip求购的发起；智能合约的部署等。作为一个资源型的社区平台，权益通证可作为用户积极提供优秀资源和实施积极行为的一个强大驱动力。例如，可以为下述行为提供权益通证奖励：ip的上传；成功完成需求发起方的要求，如某个ip的求购；对ip进行评价；举报不良ip；按时完成重大ip交易等。所有新加入平台的用户都会自动获得一定量系统奖励的权益通证，以保证初期平台功能的正常使用。当奖励的权益通证消耗完毕时，用户想要继续获取平台的资源，就必须首先提供平台认可的资源和对于平台有益的行为，或者通过平台购买权益通证。流通通证是ip通证，是实现ip价值评估和价值转移的桥梁。每个ip对应一个具有定量流通通证的账户，称为ip通证帐号，它是一种有价值的凭证。独立的流通通证与权益通证的价值不同，由于无法进行外部兑换，因此也不会受外部通证交易的影响而出现价值波动，这种方法有效地保证了ip交易双方的核心利益不受市场波动的影响。此外，通过各个ip的通证化，任何人都可便捷地以ip通证的形式购买到具有潜力的ip。

本发明实施例的智能共识机制如图2所示，具体过程如下：

步骤1：首先根据需要确定出块时间，据此设置相对稳定的pow难度系数。

步骤2：系统节点对各注册用户的参与度和股权进行网络权重计算，如下式(3)所示：

wpos＝c(wpos,wpop)(3)

其中c(.,.)是综合计算函数。根据网络权重大小以简单的概率算法算出胜出用户。

步骤3：由系统节点和经授权的普通全节点(统称共识节点)轮流执行pow算法，直至某个共识节点计算成功。每次的pow算法就是解决一个求解复杂但验证容易的sha256数学难题，解决该难题的共识节点获胜。所谓的数学难题是：根据当前难度值，通过搜索求解一个合适的随机数(nonce)使得区块头各元数据的双sha256哈希值小于或等于目标哈希值。

步骤4：判断哪一类共识节点计算成功。若普通全节点计算成功，则该节点以自己的地址构造coinbase交易生成区块，直接获得区块生成权利和记账权奖励，系统节点将结果广播全网，共识结束。

步骤5：若系统节点计算成功，则系统节点把步骤2的胜出用户广播全网，并基于该用户地址构造coinbase交易生成区块，该胜出用户获得区块生成权利和记账权奖励，共识结束。