一种高吞吐低时延的结构化DAG区块链系统

本发明属于区块链，具体涉及一种高吞吐低时延的结构化dag区块链系统。

背景技术：

1、在提高性能的同时确保安全已成为区块链研究的一个突出问题。先前的研究表明，有向无环图(dag)区块链可以从数据结构的角度提高传统链式系统的性能。具体来说，dag将基于链的结构转化为一种优化的图结构，这种图结构会考虑在同一高度生成的区块，所有这些区块都会包含在账本中，而不是在单链的约束下被视为无用的废弃区块，从而提高系统性能。dag有两种类型，即以交易为图节点的tx-dag和以区块为图节点的block-dag。与tx-dag相比，block-dag的图规模较小，可以实现更高的吞吐量和更低的延迟。

2、虽然高层block-dag设计前景广阔，但现有系统并未充分挖掘其潜力。通过综合分析，我们发现了限制现有系统性能和安全性的三个关键因素：i)诚实节点利用率低：现有设计无法区分诚实节点和对手节点，因此无法利用诚实节点执行更多任务；ii)在现有设计中，每当生成一个新区块，所有节点都需要对所有区块进行排序，以保持分类账的总顺序，从而导致排序的计算开销高且频繁；以及iii)易受平衡攻击：现有设计中的枢轴链确定规则容易受到对手在多个候选枢轴链之间保持奇偶性的能力的影响，从而使对手很容易发起平衡攻击。

3、许多研究利用dag作为链结构来提高系统性能。在dag区块链的设计中，block-dag被认为是一种基本类型，其中节点代表区块。与tx-dag相比，block-dag形成的拓扑图尺寸更小，在区块制造过程中的算力成本更低。关于block-dag的研究很多，其中ghost、inclusive、spectre、phantom、conflux和ohie是典型代表。通过分析，我们发现了影响区块链性能和安全性的几个重要因素影响block-dag性能和安全性的几个重要因素，即诚实节点利用率低、对所有块进行排序的成本高以及易受平衡攻击。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高吞吐低时延的结构化dag区块链系统。

2、本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

3、一种高吞吐低时延的结构化dag区块链系统，其特征在于：。

4、本发明的优点和有益效果为：

5、本发明的高吞吐低时延的结构化dag区块链系统，能够抵抗平衡攻击，同时具有高性能和低延迟。在ladder中，根据先前诚实节点的pow结果选择性能最好的节点，并负责对块进行排序，这提高了诚实节点的利用率，降低了排序开销。我们设计了一种机制，在该机制中，选择的诚实节点不需要pow，激励它们进行秩序维护并节省计算能力，从而提高系统的性能和安全性。我们还提出了一种块优先级机制，以减轻节点在获得额外权限后参与恶意行为的问题。该机制需要用更高优先级的块替换恶意块，以保持系统的性能和安全性。通过在真实网络实验环境中的实验，我们的结果表明，与conflux相比，性能显著提高了28.5％。

技术特征：

1.一种高吞吐低时延的结构化dag区块链系统，其特征在于：由上链和下链组成，上链是方形块链；下链是具有圆形块的链，圆形块控制上链的拓扑，在每一轮中，诚实节点在固定块之后连续创建新块，直到生成下链块，下链控制上链的拓扑。

2.根据权利要求1所述的高吞吐低时延的结构化dag区块链系统，其特征在于：当客户端向节点1发送事务时，经过身份验证的事务将被放入本地事务池，同时被广播到其他节点，节点1从事务池中选择要打包到块中的事务后，它将根据当前链状态确定其角色，在上链矿工的情况下，节点1需要通过pow生成上链块；如果node 1是下链矿工，则需要对当前回合中的区块进行排序，并生成一个没有pow的下链区块；在另一种情况下，它在本轮中需要一个超级块，并且节点1是委员会的成员，那么节点1可以通过参与委员会投票来生成超级块；当生成或接收到一个新的区块时，链的状态会被更新，账本的新状态也会被存储。

技术总结
本发明涉及一种高吞吐低时延的结构化DAG区块链系统，具有双链结构。本发明能够抵抗平衡攻击，同时具有高性能和低延迟，在Ladder中，根据先前诚实节点的PoW结果选择性能最好的节点，并负责对块进行排序，这提高了诚实节点的利用率，降低了排序开销；同时设计了一种机制，选择的诚实节点不需要PoW，激励它们进行秩序维护并节省计算能力，从而提高系统的性能和安全性；还提出了一种块优先级机制，以减轻节点在获得额外权限后参与恶意行为的问题，保持系统的性能和安全性。通过真实网络实验环境中的实验表明，与Conflux相比，本发明的系统性能显著提高28.5％。

技术研发人员：王建荣,吴旭晶,胡登铖,刘秀龙,李克秋
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17