(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 20221023126 6.1 (22)申请日 2022.03.09 (71)申请人 东北大学 地址 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3 号巷11号 (72)发明人 张闯　刘园　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 专利代理师 李在川 (51)Int.Cl. H04L 9/32(2006.01) H04L 67/10(2022.01) H04L 67/1097(2022.01) (54)发明名称 一种面向信任管理机制的双链区块链及其 共识方法 (57)摘要 本发明公开了一种面向信任管理机制的双 链区块链及其共识方法， 涉及信任管理领域； 双 链区块链将事务数据和 信任数据分开进行存储， 形成事务链和 信誉链并行的双链结构， 便于数据 的维护和检索； 事务链和信誉链分别用来存储不 同 的 信 息 ； 使 用贡 献 度 证 明 (P r o o f o f   Contribution， PoC)进行事务链的共识， 基于共 识节点在过去一段时间内对整个区块链的贡献 度来计算事务块的块贡献度， 只有满足上链阈值 的区块才能被正式加入事务链； 使用活跃度证明 (ProofofActivity， PoA)进行信誉链的共识， 基 于在过往时间内请求节点的活跃程度对信誉块 达成共识； 两种共识方法都能够 避免节点的算力 浪费， 解决出块权力集中的问题， 同时具有强一 致性， 避免了区块链分叉问题， 区块能够得到快 速确认。 权利要求书4页 说明书10页 附图4页 CN 114629654 A 2022.06.14 CN 114629654 A 1.一种面向信任管理机制的双链区块链， 其特征在于： 在区块链的单链结构的基础上 增加一条单链， 建立事务链和信誉链并行 的双链结构， 将事务数据和信任数据分开进行存 储； 所述双链结构的区块链的模型中， 在每条单链中， 每个块之间通过包含前一个块的哈 希值进行连接， 形成链式结构； 在双链之间， 位于不同链的两个块之 间通过信誉块包含事务 块的块ID实现对应关系。 2.如权利要求1所述的面向信任管理机制的双链区块链， 其特征在于： 所述事务块中， 事务块的块头包含参与事务块共识的节点ID的集合、 块ID、 时间戳、 前一个块的哈希 值以及 merkle树的树 根， 事务块的块体包 含以merk le树结构存 储的事务信息 。 3.如权利要求1所述的面向信任管理机制的双链区块链， 其特征在于： 所述信誉块中， 信誉块的块头包含参与信誉块共识的节点ID的集合、 块ID、 时间戳、 前一个块的哈希值、 merkle树的树根以及信誉 块对应的事务块的块ID， 信誉 块的块体包含以mer kle树结构存储 的信任信息、 共识 节点在贡献度证明共识过程中的行为信息集。 4.如权利要求2所述的面向信任管理机制的双链区块链， 其特征在于： 所述事务信 息包 括事务的索引值 ID， 请求节点 ID， 服务提供节点 ID， 时间戳和服 务摘要。 5.如权利要求3所述的面向信任管理机制的双链区块链， 其特征在于： 所述信任信 息包 括事务的索引值 ID， 请求节点的评级， 请求节点对推荐节点的信任反馈和时间戳。 6.如权利要求3所述的面向信任管理机制的双链区块链， 其特征在于： 所述行为信 息集 包含所有参加PoC共识过程的共识节点的行为信息， 所述行为信息包含共识节 点ID， 节点在 共识过程的投票行为， 共识 节点的累积贡献度。 7.一种面向信任管理机制的双链区块链的共识方法， 用于实现权利要求1所述的面向 信任管理机制的双链区块链的共识过程， 其特征在于： 具体包括： 用于事务链共识的贡献度 证明共识 算法、 用于信誉链共识的活跃度证明共识 算法； 其中， 贡献度证明共识 算法根据信 誉链中最后(Q+1)*M个区块的信息对事务块进行共识； 活跃度证明共识算法根据事务链中 最后N个块的信息对信誉块进行共识。 8.如权利要求7所述的面向信任管理机制的双链区块链的共识方法， 其特征在于： 所述 贡献度证明共识 算法进行事务链共识的过程中， 若事务链和信誉链的高度都为L， 每个信誉 块的块体存储了节点在PoC共识过程中的行为表现和累积贡献度， 根据信誉链中最后(Q+ 1)*M个块的信息对 事务块进行共识， 产生事务链中第L+1个块， 具体包括以下步骤： S1： 选择T个委员会成员； 以第L个事务块和第L个信誉块的hash值及系 统当前产生的T个随机数种子为数据源， 产生T个委员会成员； S2： 计算每 个委员会成员的贡献度； 节点当前贡献度Ccur由累积贡献度Cacc和近期贡献度Crec加权得到， 如式(1)所示： Ccur＝α×Cacc+(1‑α )×Crec                         (1) 其中， α 表示动态权 重； 近期贡献度Crec通过信誉 链中最后M个块中的信息计算得到， 如式(2) ‑式(4)所示： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114629654 A 2其中， β表示共识节点的近期累积行为， γ是根据β 计算得到的； 当节点在第i个块中诚 实投票时， hi＝1并且mi＝0； 当节点在第i个块中恶意投票时， hi＝0并且mi＝‑1； θ是一个惩 罚因子， 用来控制节点恶意投票行为的比重； 近期贡献度Crec的取值范围是[ ‑1,1]； 累积贡献度Cacc是在Q*M个区块的范围内搜索得到的共识节点最近的累积贡献度的值； 系统初始的时候， Cacc＝0； 若在Q*M个块的范围内没有搜索到共识节点的累积贡献度， 则Cacc ＝0； 累积贡献度在 事务块合法加入到事务链后进 行计算， 同此次投票的行为一起被收集并 记录在信誉块中的节点行为 集内； 当前贡献度Ccur， 基于动态权 重α 计算， α 的上 下限为[Lα,Uα]， 如式(5)、 式(6)所示： 其中， Tv是共识节点在最后M个块内参与贡献度证明的次数， Pv是一个可以根据 网络的 大小进行调整的预定义 值； Lα和Uα的取值范围是[0,1]； 若当前信誉链高度小于M， 则 使用所有块的信息计算Crec， 此时Cacc＝0； 如果当前信誉链 高度小于(Q+1)* M， 则在(信誉 链高度‑M)个块中寻找共识 节点的累积贡献度Cacc； S3： 收集事务打包成块； T个委员会成员中， 当前贡献度Ccur最高的节点负责收集事务并打包成块， 同时附上节 点的当前贡献度； S4： 计算块贡献度； 剩余T‑1个委员会成员节点负责验证区块并进行投票， 同时附上剩余T ‑1个委员会成员 节点的当前贡献度， 得到区块的块贡献度， 如式(7)所示： 其中， Vh表示赞同区块上链的成员节点的集合， Vm表示反对区块上链的成员节点的集 合， 表示节点v的当前贡献度； S5： 判断区块能否上链； 区块上链取决于事务 块的块贡献度Cblock和上链阈值Cthres的大小关系； 按照Cthres＝0， 一个区块能否上链有以下3种情况： 情况1： Cblock大于Cthres； 区块被直接添加到事务链； 情况2： Cblock小于Cthres； 区块被丢弃， 重复S1 ‑S5； 情况3： Cblock等于Cthres； 分为以下两种子情况： (1)若所有共识节点的Ccur都是0， 取决于赞成和反对的委员会成员节点数量， 当赞成的权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114629654 A 3