(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 202210555917.2 (22)申请日 2022.05.20 (71)申请人 江南大学 地址 214122 江苏省无锡市滨湖区蠡湖大 道1800号 (72)发明人 李正权　覃瑞卿　陆雅雯　谭立容　 顾斌　 (74)专利代理 机构 哈尔滨市阳光惠远知识产权 代理有限公司 2321 1 专利代理师 吕永芳 (51)Int.Cl. H04L 9/40(2022.01) H04L 67/10(2022.01) G06K 9/62(2022.01) G06Q 40/04(2012.01)H04L 9/32(2006.01) H04L 67/1095(2022.01) (54)发明名称 基于改进凝聚型层次聚类的PBFT 共识方法 (57)摘要 本发明公开了基于改进凝聚型层次聚类的 PBFT共识方法， 属于区块链技术领域。 首先利用 改进的凝聚型层次聚类算法对所有网络共识节 点进行目标划分和聚类， 在区块链节 点共识分层 模型的下层形成聚类簇； 然后， 各个簇内从节点 通过三阶段PBFT共识算法达成共识， 并推举出每 个簇的共识主节点； 最后， 所有共识主节点构成 区块链节 点共识分层模型的上层共识集合， 所有 节点通过三阶段PBFT共识算法达成消息一致。 本 发明有效地克服了现有的基于划分聚类算法的 缺陷， 且针对凝聚型层次聚类方法可伸缩性差、 适应能力较弱以及聚类效果难以评价等问题进 行改进， 不仅进一步提升了聚类准确度和系统共 识效率， 且 可灵活应用于各种规模的节点共识场 景。 权利要求书3页 说明书11页 附图5页 CN 114978684 A 2022.08.30 CN 114978684 A 1.一种基于改进的凝聚型层次聚类的区块链系统共识方法， 其特征在于， 所述方法包 括： 步骤一： 利用改进的凝聚型层次聚类方法对区块链系统中所有共识节点进行目标划分 和聚类， 形成K个聚类簇， 所述聚类簇中包括簇内共识主节点和簇内从节点； 步骤二： 所述簇内从节点通过三阶段PBFT共识算法达成共识， 并推举出每个聚类簇的 所述簇内共识主节点； 步骤三： 所有簇内共识主节点共 同组成新的共识集合， 在集合内完成簇间所有簇内共 识主节点的三阶段PBFT共识； 步骤四： 所述簇内共识主节点分别向各自的簇内从节点发送最终一致共识消息， 簇内 从节点将消息进行区块打包和上链操作， 完成本地区块数据的同步更新； 所述改进的凝聚型层次聚类方法通过设定类簇提取要求， 在执行过程中一边聚类， 一 边根据所述类簇提取要求提取类簇； 使用同一相似度量对共识节点聚类； 加入一种 带有类 信息的反馈机制， 将共识节点对之间的相似性度量看成矢量， 其中包含方向信息和距离信 息。 2.根据权利要求1所述的共识方法， 其特征在于， 所述改进的凝聚型层次聚类方法， 包 括： 步骤11： 将每一个区块链系统中的每一个共识 节点作为单独的一个簇， 一共有N个簇； 步骤12： 根据簇间距离度量 准则， 计算簇间相似度量 步骤13： 比较所述簇间相似度量 和可合并类簇间的最低相似度量 如果满足 且 则相似度量最高的类簇合并成一个新的 类簇， 否则， 降低当前 可合并类簇间的最低相似度； 其中： α 为常量， 0 <α <1； 为与正坐标轴的夹角， θ 为 45°； 步骤14： 重复步骤1 1至步骤13， 达 到用户指定满意目标聚类 个数K。 3.根据权利要求2所述的共识方法， 其特征在于， 所述步骤二采用主节点选举公式推举 所述簇内共识主节点， 所述主节点选举公式为： p＝v mod|R| 其中： p是主节点编号， v是视图编号， |R|是簇内总节点数， |R|＝3f+1， f是恶意节点个 数。 4.根据权利要求3所述的共识方法， 其特征在于， 所述步骤二中簇内从节点通过三阶段 PBFT共识算法达成共识的步骤 包括： 步骤21： 客户端c发起交易请求， 各个簇内共识主节点接收到系统打包的请求交易区块 消息m， 将其分配编号 n， 广播预准备消息 至每个簇内从节点， 所述预准备消息格式为： <<PRE‑PREPARE， v， h， t， n， D(m)>si， m> 其中， i表示节点， h为当前 区块的高度， t为唯一标识时间戳， D(m)为请求交易区块消息 m的数字摘要， si为第i个节点接收消息的数字签名； 步骤22： 所述簇内从节点对收到的来自所述簇内共识主节点的预准备消息进行验证， 若验证通过， 共识进入准备阶段， 各簇从节点广播 准备消息， 所述 准备消息格式为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114978684 A 2<<PREPARE， v， h， n， i， D(m)>si> 当各簇内从节点接收到来自不同节点的2f2+1条准备消息时， 标志着验证通过， 随即进 入确认阶段， 其中， f2表示簇内从节点 集合中拜占庭恶意节点数； 步骤23： 所述簇内从节点向除自身以外的所有节点广播确认消息， 确认消息格式为： <<COMMIT， v， h， n， i， D(m)>si> 当所述簇内从节点接收到来自不同节点的2f2+1条确认消息时， 表示验证通过， 同时标 志着簇内从节点共识阶段完成， 各簇内共识主节点收到初始一 致共识消息 。 5.根据权利要求 4所述的共识方法， 其特 征在于， 所述 步骤三包括： 步骤31： 所有簇内共识主节点构成簇间主节点共识集 合； 步骤32： 所述簇间主节点共识集合内， 主节点不断向其他主节点发送准备消息并进行 验证； 若验证通过， 共识进入准备阶段， 簇间主节点广播 准备消息， 准备消息格式为： <<PREPARE， v， h， n， D(m)>si， m> 当集合内主节点接收到来自不同节点的2f1+1条准备消息时， 标志着验证通过， 随即进 入确认阶段， 其中f1表示簇间主节点共识集 合中拜占庭恶意节点数； 步骤33： 集合内各个主节点向除自身以外的所有节点广播确认消息， 确认消息格式为： <<COMMIT， v， h， n， i， D(m)>si> 当集合内主节点接收到来自不同主节点的2f1+1条确认消息时， 表示验证通过， 同时标 志着簇间主节点共识阶段完成， 所有 主节点收到最终一 致共识消息 。 6.一种基于改进的凝聚型层次聚类的区块链系统， 包括多个共识节点， 其特征在于， 所 述区块链系统采用改进的凝聚型层次聚类方法构建区块链节点共识分层模 型， 所述模型包 括： 聚类簇内从节点PBFT共识层和聚类簇间主节点PBFT共识层； 所述区块链系统采用所述改进的凝聚型层次聚类方法对系统中所有的共识节点进行 聚类， 形成K个聚类簇， 所述聚类簇中包括簇内共识主节点和簇内从节点， 所述簇内从节点 构成所述聚类簇内从节 点PBFT共识层， 所述簇内共识主节 点构成聚类簇间主节 点PBFT共识 层； 所述聚类簇内从节点PBFT共识层中的簇内从节点通过三阶段PB FT共识算法达成共识， 并推举出每个聚类簇的所述簇内共识主节点； 所述聚类簇间主节点PBFT共识层中的所有簇 内共识主节点共同组成新的共识集合， 在集合内完成簇间所有簇内共识主节点的三阶段 PBFT共识； 所述改进的凝聚型层次聚类方法通过设定类簇提取要求， 在执行过程中一边聚类， 一 边根据用户预设的提取要求提取类簇； 使用同一相似度量对共识节点聚类； 加入一种 带有 类信息的反馈机制， 将共识节点对之间的相似性度量看成矢量， 其中包含方向信息和距离 信息。 7.根据权利要求6所述的区块链系统， 其特征在于， 所述改进的凝聚型层次聚类方法， 包括： 步骤11： 将每一个区块链系统中的每一个共识 节点作为单独的一个簇， 一共有N个簇； 步骤12： 根据簇间距离度量 准则， 计算簇间相似度量 步骤13： 比较所述簇间相似度量 和可合并类簇间的最低相似度量权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114978684 A 3