(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 202210253255.3 (22)申请日 2022.03.15 (71)申请人 重庆邮电大 学 地址 400065 重庆市南岸区南 山街道崇文 路2号 (72)发明人 唐飞　徐婷鲜　彭金兰　黄永洪　 黄东　 (74)专利代理 机构 重庆辉腾律师事务所 5 0215 专利代理师 王海军 (51)Int.Cl. H04L 9/32(2006.01) H04L 67/1042(2022.01) H04L 67/56(2022.01) (54)发明名称 一种面向分层架构的PBFT共识节点动态调 整方法 (57)摘要 本发明涉及区块链的共识机制领域， 特别涉 及一种面向分层架构的PBFT共识节点动态调整 方法， 包括利用K ‑mediods聚类算法对终端节点 进行聚类， 将聚类结果的每个簇的簇心作为第一 层共识组合， 簇内的其他节点作为第二层共识 组； 每个簇中作为簇心的节点与该簇内其他节点 交互， 进行门限代理授权； 每个簇内的节点广播 该节点拥有的数据摘要， 由该簇作为簇心的节点 担任第二层共识组的主节点， 将一段时间内的数 据进行共识； 第一层共识组合中的节 点轮流作为 主节点， 且当前作为主节点的节 点将其所在簇内 完成的共识结果进行打包并发起共识； 本发明保 障共识能够顺利达成一致性， 同时区块链技术一 定程度上保障物联网终端节点存 储数据的安全。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 114640466 A 2022.06.17 CN 114640466 A 1.一种面向分层架构的PBFT共识节点动态调整方法， 其特征在于， 该方法用于物联网 中的共识 节点实现动态的调整并保障共识流 程顺利完成， 具体包括以下步骤： S1、 利用K ‑mediods聚类算法对终端节点进行 聚类， 将聚类结果的每个簇的簇心作为第 一层共识组合， 簇内的其 他节点作为第二层共识组； S2、 每个簇中作为簇心的节点与该簇内其 他节点交 互， 进行门限代理授权； S3、 每个簇内的节点广播该节点拥有的数据摘要， 由该簇作为簇心的节点担任第二层 共识组的主节点， 将一段时间内的数据进行共识； S4、 第一层共识组合中的节点轮流作为主节点， 且当前作为主节点的节点将其所在簇 内完成的公式结果进行打包， 并在本轮共识中发起共识。 2.根据权利要求1所述的一种面向分层架构的PBFT共识节点动态调整方法， 其特征在 于， 利用K ‑mediods聚类算法对终端节点进行聚类包括： S11、 终端节点 根据信誉机制选取 出N个信誉值较高的节点作为聚类中心； S12、 其他终端节点使用K ‑mediods聚类算法以距离为相似度评判标准来进行初步聚 类； S13、 初步聚类完成之后， 以簇心的距离为收缩因子， 每次凝聚距离最近的两个簇心， 并 对其所在的簇进行收缩； S14、 重复步骤S13， 直到收缩后簇内的簇心达 到设置代 表点的个数为止， 完成聚类。 3.根据权利要求1所述的一种面向分层架构的PBFT共识节点动态调整方法， 其特征在 于， 每个簇中作为簇心的节点与该簇内其 他节点交 互， 进行门限代理授权包括以下步骤： S21： 将每个簇内的簇心作 为原始签名者A、 簇内其他节点作 为代理小组B， 原始签名者A 与代理小组 通过信息交 互生成并公开部分公共参数； S22： 原始签名者A和代理小组B进行信息交互， 原始签名者A根据交互信息生成授权信 息； S23： 代理小组成员Bi收到授权消息后， 会进行联合验证， 确定授 权信息来自原始 签名者 A， 验证通过后Bi计算获取 得到自己的门限代理密钥， i∈[1,2,. ..,n2]； S24： 代理小 组成员Bi使用门限代理密钥生成门限代理签名si， 然后将签名进行广 播， Bi 收到至少t个其 他成员发来的签名， 并利用收到的签名将原 始签名者A的签名s恢复出来； S25： 其他成员使用A的公钥验证聚合后的签名是否正确。 4.根据权利要求1所述的一种面向分层架构的PBFT共识节点动态调整方法， 其特征在 于， 每个簇内节点将一段时间内收集的数据打包并在簇内进行一次共识， 包括以下步骤： S31： 簇内节点将自己收集的数据使用哈希算法生成数据摘要， 并将数据摘要在簇内进 行广播； S32： 主节点收集 一段时间内的所有数据摘要， 并发起 一次PBFT共识； S33： 共识达成之后， 簇内所有节点都会将共识的结果存 储在本地缓存区Buf f。 5.根据权利要求1所述的一种面向分层架构的PBFT共识节点动态调整方法， 其特征在 于， 第一层共识组进行共识的过程包括以下步骤： S41： 第一层共识组的所有节点使用轮询的方式选择主节点； S42： 在[ts1,ts2]这段时间内， 主节点检查自己缓存区Buff里是否有数据， 如果有则执权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114640466 A 2行PBFT共识算法， 并将第二层共识组共识的结果作为本轮要达成一致的值， 如果没有则将 主节点的权限交给 下一个代 表点， 且跳过同为 一个簇的代 表点； S43： 第一层的共识达成之后， 每个代表点将会把共识结果广播给簇内节点， 簇内节点 收到大于 本簇一半的代 表节点的广播消息， 则会接受这个共识结果， 完成共识。 6.根据权利要求1所述的一种面向分层架构的PBFT共识节点动态调整方法， 其特征在 于， 新节点加入 共识组的过程包括以下步骤： S51、 判断新节点与每 个簇簇心的距离， 选择距离最短对应的簇作为期望加入的簇； S52、 向期望加入的簇发送加入申请， 加入申请至少包括新节点的身份信息和公钥信 息； S53、 根据新节点的身份信息和公钥信息判断新节点是否能够加入， 若能够加入则初始 化新节点的信誉值； S54、 当一个簇内的新加入的节点数量的个数大于等于代 理小组总数的一半时， 该簇 需 要重新进行门限代理权签名。 7.根据权利要求1所述的一种面向分层架构的PBFT共识节点动态调整方法， 其特征在 于， 当完成一次共识时， 若给予参与该次共识的节点一定总信誉值， 令参与该次共识的节 点 平分总信誉值； 若节点状态为在线但不作为则扣除在该次共识信誉值， 扣除的数值为成功 参加共识的节点得到的信誉值， 不作为是指参加共识过程、 但是没有转 发消息； 若节点状态 为离线， 但是簇内其他节点帮助其代理签名成功， 则该节点不会扣分， 但是也不参与平分总 信誉值； 若是节点状态为离线， 且簇内其 他节点没有帮助其代理则按照不作为处 理； 其中， 节点离线包括临时离线和永久 离线。 8.根据权利要求7所述的一种面向分层架构的PBFT共识节点动态调整方法， 其特征在 于， 当第二层 共识组中有节点在 共识过程中临 时离线时， 该节点会作为宕机节 点处理， 此时 该簇的共识容错为f2‑1， 该节点会在下一轮共识之前被踢出共识组， 待其回到网络中时， 再 次按照新节点加入流 程加入到共识组， 但是其信誉值 不需要初始化； 当第一层共识 组中有节点在共识过程中临时离线时， 其簇内节点会生成门限代理签名 代理其完成当前轮共识， 门限代理签名的结果由在同簇内的其他代表点恢复并广播到第一 层共识， 待离线的节点重新回到共识组的时候， 通过其一次广播消息， 使得此后代理小组的 代理签名失效； 其中， f2为一个簇的可容忍的拜占庭个数。 9.根据权利要求1所述的一种面向分层架构的PBFT共识节点动态调整方法， 其特征在 于， 当第二层 共识组中有节点在 共识过程中永久离线时， 该节点会作为宕机节 点处理， 此时 该簇的共识容错为f2‑1， 该节点会在下一轮共识之前被踢出共识组， 并且会将其信誉值及 其所有身份信息从网络中清除； 当第一层共识组中有节点在共识过程中永久退出时， 其签名权限由其簇内节点代理， 此时需要检测同簇的其他代表点是否在线， 如果所有的同簇代表点都永久离线， 所有节点 重新进行聚类划分； 其中， f2为一个簇的可容忍的拜占庭个数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114640466 A 3