基于EOS的区块链溯源体系架构研究

1、    基于eos的区块链溯源体系架构研究    摘 要：针对目前eos平台下bft算法+dpos共识机制逐渐成熟稳定，大量商业级应用的涌入，以及未来可能实现的百万级tps，本文通过对eos平台下共识机制的研究，提出了相应的区块链溯源体系架构模型，旨在解决各溯源机构权力过于集中，数据存储压力大，数据过于集中化，积极性不高等各种问题。关键词：eos；溯源；共识机制eos可以理解为enterprise operation system，即为商用分布式应用设计的一款区块链操作系统。本文根据eos发布的最新版白皮书中提到的新的区块链架构和共识机制，运用bft+d

2、pos的共识节点的运维模式，推引出新的溯源区块链体系架构模型，更好地解决了现存溯源机构之间的数据集中化、孤岛化等问题。1 eos1.1 eos核心特点eos的愿景是成为能運行大量商业级应用的公链，其核心特点是“商用”。现在很多公链存在网络转账速度慢，费用高，系统并发量低或稳定性差等问题，不能很好的支撑真正的大规模商业级应用的运转。从eos白皮书中得知，eos采用石墨烯区块链架构，bft-dpos的共识机制减少了验证节点，但使得eos的扩展性明显增强，能够支持很快的交易处理速度。1.2 eos共识机制1）bft算法+dpos共识机制。eos在第一版白皮书中采用的是dpos共识机制，在最新一版的白

3、皮书中，对其作了一些改进，现为bft-dpos共识机制。dpos相比于比特币的pow机制，dpos不用浪费算力资源争夺记账权，其通过赋予eos通证持有人股票权，选出21个超级节点来担任记账人的角色，保证整个网络的正常运行，21个超级节点轮流负责记账，每一个区块产生后，会按照顺序传递到下一个超级节点中，第二个超级节点负责打包新的区块，同时确认上一区块的内容，当某一区块被超过2/3的超级节点确认后，该区块将被确认为不可逆区块。bft算法加上dpos共识后，验证时不再按照出块顺序由超级节点一个个验证区块内容，而是让出块节点成为主节点，出块后同时向剩下20个节点进行广播，并获得节点的验证反馈，如果有超

4、过2/3的节点验证通过，则该区块成为不可逆区块，bft可以使得eos的区块确认速度显著增加。2）超级节点。eos中超级节点为“区块生产者”，指的是那些收集、打包、验证交易信息到区块中的节点，是eos网络稳定运行的基础，基于bft-dpos的共识机制，目前（截至2018.6.25）eos规定网络中有21个超级节点和49个备用节点，eos是一个社区驱动的项目，因此超级节点的数量并非一成不变，若超级节点数量不能满足项目发展，社区成员可以投票增加超级节点的数量，若想当选eos超级节点，需要满足一系列的标准才能参与竞选，而后获得一定票数后才能当选超级节点。2 区块链溯源体系架构2.1 溯源的概念现在的商

5、品或农产品溯源包括原材料信息溯源、生产线信息溯源、出厂信息溯源、流通信息溯源、终端零售服务信息溯源等，所以，建立完善的溯源体系意义重大，而区块链技术应用在溯源上恰好发挥了极大的作用，其不可纂改性、去中心化等特征完美契合溯源的需求。2.2 区块链溯源体系架构模型1）tifs及cfs。结合eos中bft算法和dpos共识机制的特点，以云南省为例，各市各县可以通过民主投票的方式竞选出有实力、有设备、算力强大的溯源机构，共21个作为超级节点组成溯源机构联盟服务器群（tifs，traceability institution federated servers），选出的21个节点符合“多数节点是正义的”

6、和“最长连机制”，在通过同样的方式选取出有相同算力的候选联盟服务器群cfs（candidate federated servers）49个作为备选节点。21个超级节点（tifs）负责提供系统资源和打包生产区块等任务，49个备用节点（cfs）负责监督或者随时替换tifs中的超级节点。在bft算法和dpos共识机制下，这21个溯源机构即超级节点，在验证时不再按照dpos共识机制中21个记账人轮流记账的原则，而是让出块节点成为主节点，出块后，同时向剩下的20个节点进行广播，并获得节点的认证和反馈，如果有超过2/3的节点验证通过，则该区块成为不可逆区块并由主节点锚定到主链上。并且，21个溯源机构（超级

7、节点）会按照其地理位置分布轮流成为主节点，尽可能地减少超级节点之间的网络延迟。当tifs中的某个或者某些超级节点受到外界因素干扰而出现问题时，cfs中的备用节点需要随时顶替其位置并保证系统的稳定运行；当tifs中的节点出现作恶或造假等恶劣行为时，cfs中的备选节点可以通过民主的方式吸引选票，得票高的节点替换tifs中的作恶节点，以此实现监督的作用。2）tifs工作流程。步骤1：主节点收集网络中的交易；步骤2：验证交易并把交易打包到区块；步骤3：广播区块给其余的20个溯源机构节点；步骤4：tifs中其余的节点进行验证并反馈信息给主节点；步骤5：主节点在获取到有2/3的节点验证通过后，将生成的me

8、rkle根锚定到主链上。其中，为了提升系统的性能，在将出块速度缩短到0.5秒/块的同时，可以将原来的随机出块顺序改为由见证人商议后确定的出块顺序，这样网络延迟较低的见证人之间可以相邻出块，并且每个见证人连续生产6个区块，使得6个区块能有足够的时间传递给下一个见证人。并且区块的确认和生产是独立的，每个区块生产后立即进行全网广播，区块生产者一边等待0.5秒生产一下个区块，同时会接收其他见证人对上一个区块的确认结果，新区块的生产和旧区块确认的接收同时进行，大部分情况下，使得交易会在1秒内确认且不可逆。3）merkle树与格基算法。merkle树是一个基于hash算法的数据结构，他的叶子节点的valu

9、e是数据集合的单元数据或者单元数据hash，非叶子节点的value是根据他下面所有叶子节点值，然后按照hash算法计算而得出的。在区块链中，生成的所有记录通过merkle树的哈希过程生成唯一的merkle根，存储在区块链的头部。merkle树被广泛地用来验证大数据组和大多数区块链应用的包含性。它使得说谎或作假根本不可能发生，保证了数据的真实和有效性。在基于区块链的商品农产品溯源架构中，消费者在购买商品或农产品后会相应的获得一对密钥（一个公钥和一个私钥），区块链网络根据密钥所属类型开放对应权限。消费者只可以查询和追溯农产品数据，生产商、供应商等环节中的人员可以进行数据录入和查询，tifs中的超级

10、节点则可进行录入人员信息的查询以及更高级的操作。本文采用了格基算法生成公私钥对协议。1）生成随机矩阵 ，选择安全整数q，n。2）生成公私钥对：公钥pk=p，p=r-a，其中r，s是高斯参数，则私钥sk=s。3）加密算法：其中e1，e2，e3是误差参数。4）解密算法：根据与0的距离远近判断为0还是为1。3 总结和展望本文将eos平台下bft算法+dpos共识机制的运行方式与商品农产品溯源体系相结合，提出了新的溯源区块链体系架构模型，具有去中心化，数据分布式存储，数据不可篡改，出块速度快等特点，同时tifs的设定提高了系统的鲁棒性，cfs的设立制衡权利集中化的同时也提高了机构的积极性。目前区块链技术也在不断的发展，因