技术领域

本发明关于一种区块链系统，并且特别地，关 于一种由多个节点各自产出一条区块链， 之后将多条区块链压实成一条共同区块链的区 块链系统。 背景技术

近年来， 以区块链技术为基础的各种虚拟货币 (Crypto Currency)开始在网际网络上大 量使用和流行，如比特币、以太币、狗狗币等 ，且这些虚拟货币的日交易额超过千万美元， 并且在不断增长中。 目前已有维基百科、 戴尔电脑、 新蛋、 PayPal 等著名公司和机构支 持使用比特币作为交易货币。

区块链技术是一种不依赖第三方、 通过自身分散式节点进行网络数据的存储、 验证、 传递和交流的一种技术方案。 因此， 有人从金融会计的角度， 把区块链技术看成是一种分 散式开放性去中心化的大型网络记账薄 (公开帐本)， 任何人任何时间都可以采用相同的技 术标准加入自己的信息， 延伸区块链， 持续满足各种需求带来的数据录入需要。

比特币使用的公开帐本是一套基于工作量证明 (Proof-of-Work)机制的分散式存储方 案， 通常具有极高的安全性和抗攻击特性。要对比 特币区块链的安全性形成有效攻击， 需 要高达数千 TH/s以上的计算能力， 这已经超过了当前全球前 500强巨型机的计算能力总 和的百倍。

然而，虽然比特币具有去中心化、数据不可窜 改等优点，但仍存在着许多缺点。例如， 资源浪费， 比特币使用工作量证明 (Proof-of-Work)机制决定由谁产出新的区块， 这样的方 式导致有大量的电脑在同一时间计算一个没有 意义的数学问题，造成资源的浪费；非完全 去中心化， 比特币使用工作量证明 (Proof-of-Work)机制决定由谁产出新的区块， 导致算力 较强的电脑掌控了大部分出块的权利， 形成另一种形式的中心化问题； 不可扩展， 比特币 为了确保数据的一致性，限制每段时间只能产 出一个被认可的区块， 因此平均每秒交易数 (TPS)仅能负荷 7笔交易，造成网络堵塞、出块速度过慢等问� �;具有提前交易 (front-running) 的风险， 区块链上每一笔交易数据都是公开透明的， 比特币送出的交易有可能需要经过几 个小时或是几天才会被写入区块中承认，而在 交易被写入区块之前都会有被别人抢先交易 的风险， 造成不公平的问题。 由上述内容可知， 目前以区块链为基础的比特币具有诸多的 缺点， 实非良善设计。 发明内容

有鉴于此， 本发明提供一种区块链的生成方法， 执行于一电脑系统， 该电脑系统包含 多个节点， 其包含以下步骤： 该些节点基于区块链协定获取一共享文件， 并且依据该共享 文件分别建立一区块链，其中每一区块链包含 一区块，且每一节点所建立的该区块链内容 皆不完全相同； 该些节点互相确认 (Ack)该区块链， 形成多个已确认区块链； 以及将该些 已确认区块链压实 (Compacted)形成一共同区块链。

于一具体实施例中，该些节点互相确认该区块 链以形成多个已确认区块链的步骤，进 一步包含以下子步骤： 该些节点中的一第一节点在所建立的该区块链 中产生一第一区块， 并且发出该第一区块所对应的一第一广播；非 该第一节点的该些节点接收该广播，并且确 认该第一区块； 以及当该第一区块被超过一预定数量的该些节 点确认后，该第一节点建立 的该区块链即成为该已确认区块链。 其中该预定数量为该些节点总数的三分之二。

于一具体实施例中，非该第一节点的该些节点 接收该第一广播以确认该第一区块的子 步骤， 进一步包含以下次步骤： 该些节点中的一第二节点接收该第一节点的该 第一广播; 该第二节点依据该共享文件产生一第二区块， 其中该第二区块包含对应于该第一区块的一 确认数据； 以及该第二节点发出该第二区块所对应的一第 二广播。

于实际应用上， 该确认数据包含该第一区块的创建者代码、该 第一区块的哈希值、该 第一区块的高度、以及一确认时间戳，其中该 确认时间戳为该第二节点接收到该第一广播 的时间戳。且该第二区块的一创建时间戳大于 该第一区块的一创建时间戳，其中该创建时 间戳为该区块创建的时间戳。

于一具体实施例中，将该些已确认区块链压实 形成一共同区块链的步骤后，另包含以 下步骤： 将该共同区块链储存在该些节点。

于一具体实施例中， 每一区块链的该区块依据一排序演算法 (Ordering Algorithm)压实 形成该共同区块链。

于实际应用上， 该区块包含一创建者代码、 一交易记录、 该区块的哈希值、 该区块的 前一区块的哈希值、 一创建者签名、 一区块高度、 以及一确认数据。且该交易记录为包含 多笔交易数据， 每一笔交易数据包含一交易代码、 一发送者代码、 一接受者代码、 一交易 量、 以及一发送者签名。

本发明另一范畴在于提供一种区块链生成系统 ， 其包含： 一区块链网络， 储存一共享 文件； 以及多个节点， 该些节点连接该区块链网络获取该共享文件， 并且依据该共享文件 分别建立一区块链， 该些节点互相确认 (Ack)该区块链以形成多个已确认区块链； 其中， 该些已确认区块链被压实 (Compacted)以形成一共同区块链， 而每一区块链包含一区块， 且每一节点所建立的该区块链内容皆不完全相 同。

本发明的区块链生成方法及系统利用多个节点 各自形成一条区块链，并且利用共识演 算法以及排序演算法将多条区块链压实成一共 同区块链。相较于现有技术，本发明以有向 无环图 (Directed Acyclic Graph, DAG)为基础提出一种创新的区块链数据结构，� �个节点同 时建立各自的区块链使得出快速度远大于目前 的区块链系统，且避免了中心化的问题。另 一方面， 本发明使用个节点间互相确认 (Ack)的方式使节点间达到共识 (Consensus)， 不但 能解决拜占庭将军问题 (Byzantine Generals Problem), 又可以大幅降低系统的运算量， 避 免资源浪费。 同时， 由于本发明的出块速度远大于目前的区块链系 统， 意味着当一笔交易 被放上本发明的区块链生成系统时，可以很快 的就被写入区块中， 因此也解决了现有技术 公平性问题。 附图说明

图 1为本发明的一具体实施例的方法流程图。

图 2为图 1步骤 2000的子流程图。

图 3为图 2步骤 2500的次流程图。

图 4为图 2步骤 2300、 步骤 2400的一具体实施例的示意图。

图 5为图 3步骤 2530、 步骤 2540的一具体实施例的示意图。

图 6为节点产生支链的示意图。

图 7为本发明的区块链结构的示意图。

图 8为图 1步骤 3000的一具体实施例的示意图。 图号说明：

10、 12、 14: 节点

20、 21、 22、 23、 24、 25、 26、 27 : 区块

30、 32、 34: 区块链 100： 第一节点

110： 第一区块 120： 第一广播

200： 第二节点 210： 第二区块

220： 第二广播 1000： 步骤

2000： 步骤 2100： 步骤

2200： 步骤 2300： 步骤

2301： 步骤 2400： 步骤

2500： 步骤 2510： 步骤

2520： 步骤 2530： 步骤

2531： 步骤 2540： 步骤

2600： 步骤 3000： 步骤 具体实施方式

为了让本发明的优点，精神与特征可以更容易 且明确地了解， 后续将以具体实施例并 参照附图进行详述与讨论。值得注意的是， 这些具体实施例仅为本发明代表性的具体实施 例， 其中所举例的特定方法、 装置、 条件、 材质等并非用以限定本发明或对应的具体实施 例。 又， 图中各装置仅用于表达其相对位置且未按其实 际比例绘述， 合先叙明。

请参考图 1， 图 1为本发明的一具体实施例的方法流程图。 本发明提供一区块链生成 方法及系统， 该区块链生成系统包含一区块链网络以及多个 节点。 区块链网络中储存一共 享文件， 共享文件是经由一使用者所上传的公开文件， 例如交易记录， 合约内容等， 每一 个节点都可以通过访问区块链网络获取共享文 件。多个节点为该区块链网络的共同维护者， 扮演着区块链网络的储存器 (Storage)以及验证器 (Validator)， 一般来说每一个节点代表着 一个电子计算机装置， 其中多个节点中包含一第一节点以及一第二节 点。如图 1所示， 步 骤 1000, 多个节点依据区块链网络上的共享文件分别建 立一区块链。 实际应用上， 区块 链网络上存在着数笔共享文件，而每一个节点 可以获取不同的共享文件建立区块链， 因此 每一个节点所建立的区块链皆不完全相同 (可能发生部分内容相同)。 于一具体实施例中， 使用者可以自行选择要将上传的共享文件交付 给选择的节点， 或是由一代表 (Delegate)将 共享文件随机分配给多个节点进行数据打包。

于一具体实施例中，每一节点所建立的区块链 都是由多个区块所连接而成，且每一区 块包含一创建者代码 (Block Proposer ID)、 一交易记录 (Transactions)、 该区块的哈希值

(Block Hash)、该区块的前一区块的哈希值 (Previous Block Hash)、一创建者签名 (Signature)、 一区块高度 (Block Height)、 以及一确认数据 (Acks)。 进一步的， 交易记录中包含多笔交易 数据， 每一笔交易数据包含一交易代码 (Transaction ID)、 一发送者代码 (Sender ID)、 一接 受者代码 (Receiver ID)、 一交易量 (Payload)、 以及一发送者签名 (Sender Signature)。

请参考图 1、图 2以及图 3 , 图 2为图 1步骤 2000的子流程图， 图 3为图 2步骤 2500 的次流程图。 于步骤 2000中， 各节点互相确认 (Ack)区块链， 形成多个已确认区块链。 而 步骤 2000又可以分为以下子步骤： 步骤 2100, 第一节点获取共享文件； 步骤 2200, 第一 节点查验共享文件是否正确？若否， 则接续步骤 2301， 除去未通过查验的共享文件； 若 是，则接续步骤 2300,第一节点建立一第一区块；步骤 2400,第一节点发出一第一广播； 步骤 2500, 其余节点接收到第一广播后， 确认 (Ack)第一区块； 步骤 2600， 当第一区块被 超过一预定数量的节点确认后， 即形成已确认区块链。 其中， 步骤 2500又可以分为以下 次步骤： 步骤 2510， 第二节点接收到第一广播； 步骤 2520， 第二节点查验第一广播内容 是否正确？若否，则接续步骤 2531，除去未通过查验的第一广播;若是，则接� ��步骤 2530， 第二节点依据共享文件建立一第二区块， 其中第二区块包含一确认数据； 步骤 2540: 第 二节点发出一第二广播。 以下将针对上述步骤以实施例以及附图方式详 尽说明。

请参考图 2以及图 4， 图 4为图 2步骤 2300、 步骤 2400的一具体实施例的示意图。 于一具体实施例中， 第一节点 100由区块链网络获取交易记录 (共享文件)， 并且对交易记 录进行查验，查验项目包含检查交易记录的数 据格式是否正确， 以及检查交易记录内容是 否符合第一节点 100内所储存的数据，例如，检查交易发送者的 帐号中是否有足够余额进 行交易。 若查验结果显示数据错误， 此笔交易记录则被除去， 不会被记录到新的区块中， 于实际应用上，第一节点 100可以直接把未通过查验的交易记录删除，或 将错误讯息回报 给代表 (Delegate)或其他节点。 若查验结果显示数据正确， 则将交易记录写入新创建的第 一区块 110中。当第一节点 100建立第一区块 110后即发出一第一广播 120通知其他节点， 其中，第一广播 120包含第一区块 110的相关信息，且第一广播 120是以八卦协议 (Gossip Protocol)的方式广播， 以确保所有节点都能收到广播， 但广播方式不限于此。 请参考图 3、 图 4、 图 5以及图 6， 图 5为图 3步骤 2530、 步骤 2540的一具体实施例 的示意图， 图 6为节点产生支链 (Fork)示意图。 于一具体实施例中， 第二节点 200接收到 第一广播 120, 并且查验第一广播 120所包含的内容是否正确， 例如检查广播中所包含的 前一区块的哈希值 (Previous Block Hash)是否与其他广播相同， 若具有相同的前一区块的 哈希值 (Previous Block Hash)则代表发送广播的节点产生支链 (Fork)， 而同一节点产生支链 的情况在本发明中是不允许的， 因此当检查出发送广播的节点产生支链，可以 将错误讯息 回报给代表 (Delegate)或其他节点， 甚至给予产生支链的节点惩处， 节点 10的区块 20产 生支链的示意图如图 6所示。

另一方面，若查验第一广播 120所包含的内容物正确，则第二节点 200将接收到第一 广播 120的确认信息写入新产生的一第二区块 210中，值得注意的是，第二节点 200并非 因为收到第一广播 120而建立第二区块 210,第二节点 200在建立新的区块 210之前可能 会收到数个广播， 而第二节点 200仅是在建立新的第二区块 210时， 将收到的广播 (通过 查验)的确认信息 (Ack)写入第二区块 210中。 当第一广播 120通过查验， 且第二节点 200 将收到第一广播 120的确认信息写入新产生的一第二区块 210中， 则代表第二区块 210 确认 (Ack)第一区块 110, 如图 5中第二区块 210指向第一区块 110的箭号。 实际应用上， 确认数据包含第一区块的创建者代码 (Block Proposer ID)、 第一区块的哈希值 (Block Hash)、 第一区块的高度 (Block Height)、 以及一确认时间戳 (Block Ack Timestamp)， 其中确认时间 戳为第二节点 210接收到第一广播 120的时间戳，第一区块的高度为第一区块 110在第一 节点 100的区块链中被产生的顺序， 例如， 若第一区块 110为第一节点 100所产生的第 2 个区块， 则第一区块的高度为 2。 当第二节点 200建立第二区块 210后， 即发出一第二广 播 220通知其他节点， 其中， 第二广播 220包含第二区块 210的相关信息， 且第二广播 220是以八卦协议 (Gossip Protocol)的方式广播， 以确保所有节点 (包含第一节点 100)都能 收到广播， 但广播方式不限于此。

于一具体实施例中， 区块被建立时具有一创建的时间戳， 当第二区块 210确认 (Ack) 第一区块 110时，第二区块 210的创建时间戳必须大于第一区块 110的创建时间戳， 即第 一区块 110必须比第二区块 210早创建。

请参考图 7, 图 7为本发明的区块链结构的示意图。 图 7中， 每个节点各自建立多个 区块以形成区块链， 而多个节点相互对新产生的区块进行确认 (如图中区块间的箭号)， 形 成一有向无环图 (Directed Acyclic Graph, DAG)架构的区块链。 于一具体实施例中， 区块 20为节点 10最新生成的区块， 当区块 20被超过节点总数三分之二的节点确认 (Ack)后， 区块 20所属的区块链 30即成为已确认区块链。值得注意的是， 由于区块信息中包含前一 区块的哈希值 (Previous Block Hash), 因此当节点 10生成新的区块 20(子区块)被超过三分 之二的节点确认 (Ack)时， 相当于确认了节点 10的区块 20(子区块)前所有连接的区块 (母 区块)。本发明所使用确认 (Ack)方式的共识演算法 (Consensus Algorithm)解决了区块链中的 拜占庭将军问题 (Byzantine Generals Problem)。 请参考图 1以及图 8， 图 8为图 1步骤 3000的一具体实施例的示意图。 执行完上述 步骤 2000后获得多个已确认区块链， 接着进行步骤 3000, 将多个已确认区块链压实形成 一共同区块链。 于图 8 的具体实施例中， 节点 10、 12、 14所产生的区块链 30、 32、 34 已经被超过三分之二的节点确认 (Ack)形成已确认区块链， 而节点可以将所有已确认区块 链压实 (Compacted)成一条共同区块链，共同区块链上包� ��所有已确认区块链的所有区块， 且该些区块 (21、 22、 23、 24、 25、 26、 27)排序的相对位置固定不变。 区块的排序方式可 以依据每个区块的创建时间戳排序， 或是依据一排序演算法 (Ordering Algorithm)进行排序。 其中，排序演算法将前一区块已被放入共同区 块链的区块当作进入共同区块链的第一顺序， 之后则依据区块被确认 (Ack)的次数做为进入共同区块链的排序， 利用排序演算法 (Ordering Algorithm)进行整合排序 (Total Ordering)可以避免使用区块的创建时间戳， 避免 创建时间戳被窜改的风险。

于实际应用上，虽然每个节点虽然各自建立不 同的区块链，但由于每个节点间会以广 播方式互相确认 (Ack)， 因此每个节点计算出的共同区块链会是一致的 ， 而共同区块链被 储存在每个节点中当作查验的依据 (公开帐本)。 于一具体实施例中， 亦可以通过一代表 (Delegate)检查每个节点所产生的共同区块链是� �一致， 以确保数据的一致性。

于实际应用上， 由于每个节点都是由区块链网络中获取共享文 件而建立区块链， 因此 在形成共同区块链时可能会产生同一笔交易记 录被记录在两个不同的区块中，当压实时检 测到同一笔交易重复出现， 则会自动删除其中一笔重复的交易记录， 确保数据的正确性。

于一具体实施例中，一电子计算机装置被分片 成多个节点，且每一节点独立运作产生 一区块链， 使运算资源被最大化的利用。

本发明的区块链生成方法及系统利用多个节点 各自形成一条区块链，并且利用共识演 算法以及排序演算法将多条区块链压实成一共 同区块链。相较于现有技术，本发明以有向 无环图 (Directed Acyclic Graph, DAG)为基础提出一种创新的区块链数据结构，� �个节点同 时建立各自的区块链使得出快速度远大于目前 的区块链系统，且避免了中心化的问题。另 一方面， 本发明使用个节点间互相确认 (Ack)的方式使节点间达到共识 (Consensus)， 不但 能解决拜占庭将军问题 (Byzantine Generals Problem), 又可以大幅降低系统的运算量， 避 免资源浪费。 同时， 由于本发明的出块速度远大于目前的区块链系 统， 意味着当一笔交易 被放上本发明的区块链生成系统时，可以很快 的就被写入区块中， 因此也解决了现有技术 公平性问题。

通过以上较佳具体实施例的详述，是希望能更 加清楚描述本发明的特征与精神，而并 非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明 的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能 涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲 申请的专利范围的范畴内。因此，本发明所 申请的专利范围的范畴应根据上述的说明作最 宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变 以及具相等性的安排。