(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210024153.4 (22)申请日 2022.01.11 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114050904 A (43)申请公布日 2022.02.15 (73)专利权人 天津眧合数字科技有限公司 地址 300480 天津市滨 海新区中新 生态城 动漫中路126号动漫大厦B2-7-10 5 (72)发明人 任旖航　 (74)专利代理 机构 天津心知意达知识产权代理 事务所(普通 合伙) 12260 代理人 杨正律 (51)Int.Cl. H04L 9/32(2006.01)(56)对比文件 CN 112260836 A,2021.01.2 2 CN 112910965 A,2021.0 6.04 CN 113254538 A,2021.08.13 US 2020162 261 A1,2020.0 5.21 审查员 胡智权 (54)发明名称 一种基于两层级领导节点分片结构的共识 系统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于两层级领导节点分 片结构的共识系统， 包括： 区块， 区块链中同一个 区块的生 成周期内只包含唯一两层级领导节点， 两层级领导节点包括一个强领导者节点和若干 个弱领导节点； 多组不同的分片， 为将所有节点 进行划分获得， 每组分片 包含多个叶子节点和一 个弱领导节点； 以及数据共识模块， 以实现分片 之间的数据共识。 还公开一种四阶段分片共识算 法， 通过门限签名算法实现分片分层级消息转发 机制， 由强领导节点搜集交易并提议新的区块， 弱领导节点仅需转发消息并负责分片内部的消 息通讯， 通过多层级消息确认机制实现区块交易 信息的传递与共识， 节点之间的网络通讯复杂 度 仅为O(n)， 即使参与共识节点数量增加， 也具较 高共识性能与可扩 展性。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 114050904 B 2022.03.22 CN 114050904 B 1.一种基于 两层级领导节点分片结构的共识系统， 其特 征在于， 包括： 区块链， 所述区块链中同一个区块在其生成周期内包含叶子节点以及唯一两层级领导 节点， 所述两层级领导节点包括一个强领导者节点和若干个弱领导者节点， 其中所述强领 导者节点搜集交易并提议新的区块， 所述弱领导者节点仅需转发所述强领导者节点的消息 并负责分片内部的消息通讯； 多组不同的分片， 所述分片为将所有节点进行划分获得， 每组所述分片包含多个叶子 节点和一个所述弱领导者节点， 不同组的所述分片所包含的节点没有交集， 每组分片 内的 节点数量大于或等于所有节点的数量与 组数量之比； 以及数据共识模块， 用于所述分片之 间的数据共识。 2.根据权利要求1所述的一种基于两层级领导节点分片结构的共识系统， 其特征在于， 所述强领导者节点与所述弱领导者节点直接通讯从而实现与不同分片的交互， 所述 强领导 者节点搜集并验证来自所述弱领导者节点的消息的部分门限签名， 并搜集所述弱领导者节 点发送的分片内交易信息用以合成区块。 3.根据权利要求1所述的一种基于两层级领导节点分片结构的共识系统， 其特征在于， 所述弱领导者节点与所述分片内的所述叶子节点通讯， 搜集所述分片内的所述叶子节点的 交易， 并将所述强领导 者节点发送的消息转发给 所述叶子节点。 4.一种基于两层级领导节点分片结构的共识方法， 用于根据权利要求1 ‑3任一所述的 一种基于 两层级领导节点分片结构的共识系统， 其特 征在于， 包括： 步骤1， 准备阶段， 用于所述强领导者节点向其他参与共识的弱领导者节点发送准备消 息， 所述准备消息中包含提议的区块高度和视图， 所述强领导者节点对消息进行二进制序 列化后使用私钥对所述 准备消息进行签名； 步骤2， 预提交阶段， 用于所述弱领导者节点搜集所述分片内多个节点发送的多个交易 信息， 并对所述交易消息进行部分门限签名后合成对应所述分片的预提交消息， 将合成后 的所述预提交消息发送给 所述强领导 者节点； 步骤3， 提交阶段， 用于所述强领导者节点将所述门限签名的消息广播给参与共识的弱 领导者节点集合； 步骤4， 决定阶段， 用于所述弱领导者节点收到来自强领导者节点的门限签名消息后， 对门限签名、 高度和视图进 行第二次验证， 当通过所述第二次验证时， 对所述区块链上的所 述交易信息进行处 理， 否则， 返回共识失败信息 。 5.根据权利要求 4所述的共识方法， 其特 征在于， 所述 步骤2包括： 步骤21， 所述弱领导者节点收到所述准备消息后， 使用公钥 验证消息的签名， 并判断提 议的区块高度和视图是否正确， 如果验证通过， 继续 步骤22； 步骤22， 弱领导 者节点向 自身所在分片内节点广播所述 准备消息； 步骤23， 所述叶子节点收到所述 准备消息， 对所述高度和所述视图进行验证； 步骤24， 如果所述高度和所述视图通过所述验证， 每个叶子节点分别向所述弱领导者 节点发送多个预提交消息； 步骤25， 所述弱领导者节点搜集所述分片内多个节点发送的多个交易信息， 并对所述 交易消息进行部分门限签名后合成对应所述分片的预提交消息， 将合成后的所述预提交消 息发送给 所述强领导 者节点。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114050904 B 26.根据权利要求 4所述的共识方法， 其特 征在于， 所述 步骤3包括： 步骤31， 所述强领导者节点搜集所有分片中弱领导者节点集合发送的所述预提交消 息， 对所述门限签名、 高度和视图进 行第一次验证， 判定自身 是否应该产生所述高度和所述 视图的新区块； 如果通过所述第一次验证， 认为所述预提交消息有效， 否则所述预提交消息 无效； 步骤32， 对于有效的所述预提交消息， 当所述强领导者节点接收到第一预定数值的所 述预提交消息， 且至少第二预定数值的所述叶子节点同意在所述高度和所述视图上产生包 含预定交易信息的新区块情况 下， 所述强领导 者节点合成并广播门限签名消息； 步骤33， 强领导 者节点将所述门限签名消息广播给参与共识的弱领导 者节点集合。 7.根据权利要求6所述的共识方法， 其特征在于， 所述第 一预定数值为节点总数量与错 误节点数的差值决定， 所述第二预定值 为错误节点数加一。 8.根据权利要求 4所述的共识方法， 其特 征在于， 所述 步骤4包括： （1） 当通过所述门限签名验证， 且通过所述高度和所述视图验证时， 所述弱领导者节点 向分片内的叶子节 点转发门限签名消息， 叶子节 点重置节点消息， 等待计时器， 更改自身共 识状态， 执 行交易池中对应的交易， 更新叶子节点的区块高度， 视图和区块链结构； （2） 若通过所述门限签名验证， 但未通过所述高度和所述视图验证时， 则叶子节点需要 比较自身高度hj’与主节点高度hi’的大小： a） hj’= hi’， 说明叶子节点Nj请求和强领导者节点Ni在相同高度生成不同交易的区块， 叶子节点 Nj删除交易缓冲池中与交易Transj， 并从强领导 者节点同步交易Transi； b） hj’< hi’， 说明与强领导者节点Ni相比， 缺失从高度hj’到高度hi’的区块信息， 需要从 主节点下 载同步新的区块信息， 并清空点 Nj交易缓冲池。 9.一种电子设备， 其特征在于， 包括处理器和通信电路， 所述处理器连接所述通信电 路， 所述处 理器用于执 行指令以实现如权利要求 4‑8任一项所述的方法。 10.一种计算机可读存储介质， 其特征在于， 所述计算机可读存储介质存储有多条指 令， 所述多条指令可被处 理器读取并执 行如权利要求 4‑8任一项所述的方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114050904 B 3