技术摘要：
本发明公开一种无管理者区块链交易的安全交互方法、激励方法及交易系统，本发明能够同时从安全性两方面来提高基于区块链的交易系统的质量。首先在买家注册阶段，引入同态加密算法，保证密钥安全性的前提下实现验证阶段的批量高效签名验证。另外在共识达成阶段，采用基  全部
背景技术：
传统的集中式交易系统在解决智能服务交易时存在权力集中，存在集权者滥  用 权力的问题，而取消管理者的交易系统会因为管理员的缺失，存在恶意交易、  交易不及时 等情况，进而导致交易系统可靠性以及安全性收到威胁。如何设计分  布式分中心的服务交 易模型，突破分布式架构下的关键技术确保交易的安全性和 可靠性。 区块链是指一系列基于密码学原理而不基于中心节点的创新的通用技术，具  备 去中心化、公开透明、去信任、匿名性和不可篡改性等属性，用于在点对点的  分布式网络中 交换信息和交易数字资产。通过引入允许所有节点参与对交易进行  一致性协商的机制使 交易民主化。在许多领域，如物联网、边缘计算、政府管理、  智能电网、云计算、金融、医疗和 物流中得到了广泛的应用。 基于区块链建立交易系统使用区块链的去中心化和去信任的属性可以解决  传统 交易系统中存在的中心化集权的问题，但交易的安全性还需进一步确保。 现有的激励机制主要有互惠机制、基于电子货币的机制和信誉机制，由于互  惠机 制要求建立长期的互惠关系，常用的基于电子货币的机制需要可信中心，均  不适用于无管 理者交易系统，故采用信誉机制；然而现有的不明确的激励方式易 受攻击。
技术实现要素：
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种无管理  者区 块链交易的安全交互方法、激励方法及交易系统。 技术方案：本发明一种无管理者区块链交易的安全交互方法，包括以下交易  安全 交互参与者：认证中心、交易用户群组、背书节点群、排序节点群和记账节  点群；具体依次 包括以下步骤： (1)认证中心对交易用户群组中的买家的注册、登录和信誉值进行初始化； 认证中心CA为系统中每个买家Pa分配公私密钥对(ska,pka)，私钥ska属于循  环群 G，私钥ska通过安全通道发送给对应买家Pa，公钥pka为系统公开信息，  公钥与私钥的关系 g表示循环群G的生成元；初始化阶段，每个实  体Pα的信誉值为θα； (2)买家Pa向背书节点 提交交易提案；首先买家Pa通过连接到背书节点  来与区 块链网络进行通信；然后买家Pa将交易提案的参数列表txa发送给背书节 点； 其中，所述参数列表为txa，txa＝(IDa,SCa,m,T,σm)，IDa,SCa,m,T,σm分别  表示身份 标识，合约标识与方法，交易信息，时间戳和客户端签名；且客户端签  名σm由买家Pa使用私 钥ska对交易信息加密生成； (3)背书节点Pe基于信誉进行背书签名并返回交易模拟给买家Pa； 5 CN 111583039 A 说　明　书 2/7 页 (3.1)背书节点Pe收到txa之后，首先通过判断买家的公钥pka与客户端签名 σm的 关系进行验证，若验证不通过则拒绝交易；若验证通过则使用合约标识与  方法SCa调用链 码中的函数对上述交易参数txa＝(IDa,SCa,m,T,σm)进行交易运 行模拟，生成模拟结果rm； (3.2)背书节点Pe使用自己的私钥ske对该交易的模拟结果rm进行背书签名，  生成 ρe，生成过程如下： 其中H(*)表示哈希函数； (3 .3)若在同一时段，背书节点Pe收到来自买家Pa ,Pb ,...,Pt的交易提案  txa , txb,...,txt，背书节点Pe将按照买家Pa,Pb,...,Pt的信誉值θa,θb,...,θt的大小对所述  交 易提案排序，依次进行交易模拟和背书签名； (3.4)背书节点Pe将交易提案的模拟执行结果(rm,ρe)返回给买家，并附上本  背书 节点的身份标识ide，即返回(rm,ρe,Pe)； (4)买家向排序节点提交交易； (4 .1)买家Pa收集背书节点群EN里所有背书节点返回的交易提案模拟结果  若未收集到足够的交易提案模拟结果，交易失败； (4.2)买家Pa将交易提案模拟结果 按照背书策略进行整合，  生成 一个有效背书交易； (4.3)买家Pa将交易m提交给排序节点群组中的排序节点PO，并附上本节点 的身份 标识idO； (5)排序节点执行排序共识算法； (5.1)排序节点PO收集某一时段中来自交易群组若干买家产生的共计N条交  易信 息，即N条有效背书，记为 使用公式(1)对每个交易信息的  背书进行验证，其 中针对来自身份标识为IDβ的买家Pa的交易 对其进行背  书的背书节点为Pe；H(*)表示哈 希函数，pke为背书节点Pe的公钥，g表示循环  群G的生成元，e(,)表示双线性对运算； (5.2) 排序节点PO执行排序共识算法，将收到的交易信息的时间戳值Tj与交易信誉  值 Θj进行加权计算得到排序值νj，即： νj＝αjTj βjΘj；αj表示共识算法中时间戳的权重值，βj表示共识算法中  交易信誉 值的权重值； Θj＝qθa (1-q)θA；q表示买家信誉权重值，θa表示买家Pa的信誉值，θA表  示卖家PA 的信誉值； (5.3)排序节点PO将收到的所有交易信息按照排序值νj的大小进行排序，并  完成 交易打包； (5.4)排序节点PO将打包好的交易区块发送给记账节点群的记账主节点PC，  并附 上本节点的身份标识idC； (6)记账主节点对交易结果进行验证； (6.1)记账节点群选取群组中信誉值最高的记账节点PC作为记账主节点； (6.2)记账主节点PC将排序节点发送的交易区块中的信息进行验证，使用同  态加 密算法的特性，同时对若干信息进行验证； 6 CN 111583039 A 说　明　书 3/7 页 (6.3)记账主节点PC将排序节点发送的交易区块中的信息进行验证，使用同  态加 密算法的特性，同时对若干信息进行验证，即验证等式(2)是否成立，其中pke表示背书节点 Pe的公钥，I表示背书节生成的背书的集合，J表示背书集合I中每  个交易信息的买家的身 份集合，IDδ为集合中的身份标识， 和ργ分别为交易  及其签名，H(*)表示哈希函数，pke为 背书节点Pe的公钥，g表示循环群G的生 成元，e(,)表示双线性对运算； (7)记账主节点根据验证结果进行信誉减分及终止交易； (7.1)若存在无效信息，即验证不通过，那么记账主节点PC将丢弃该区块，  并根据 无效信息对买家、卖家、背书节点、排序节点进行信誉减分； (7.2)记账主节点PC终止交易； (8)记账节点群组根据交易结果进行信誉反馈与更新； (8.1)记账主节点PC对买家、卖家、背书节点、排序节点进行信誉加分， (8.2)全网同步信誉积分，新的信誉值θ'i作为该节点Pi下次交易成功的预测 值。 进一步的，所述步骤(7.1)中信誉减分的具体计算过程为： (7 .1 .1)记实体Pi原信誉值为θi，其与记账主节点 进行交互的事件集合为  E＝ {e1,e2,...,en}，事件的权重集合记为W＝{w1,w2,...,wn}，对应事件成功与否的  结果集合 记为V＝{v1,v2,...,vn}，其中vi∈{0,1}，取1时表示成功，取0时表示失败； (7.1.2)计算R＝v1∧v2∧...∧vn，若R＝0则说明实体Pi进行了不良操作，对  实体 Pi进行信誉值减分，产生新的信誉值为θ'i＝θi-∑i∈[1,n]wi(1-vi)； (7.1.3)重复步骤(7.1.1)和(7.1.2)直至所有参与实体完成信誉更新。 进一步的，所述步骤(8.1)中信誉加分的计算过程为： (8.1 .1)记实体Pi原信誉值为θi，其与记账主节点PC进行交互的事件集合为  E＝ {e1,e2,...,en}，事件的权重集合记为W＝{w1,w2,...,wn}，对应事件成功与否的  结果集合 记为V＝{v1,v2,...,vn}，其中vi∈{0,1}，取1时表示成功，取0时表示失败； (8.1.2)计算R＝v1∧v2∧...∧vn，若R＝1则说明实体Pi进行了诚实操作，对实  体 Pi进行信誉值加分，产生新的信誉值为θ'i＝θi ∑i∈[1,n]wivi； (8.1.3)重复步骤(7.1.1)和(7.1.2)直至所有参与实体完成信誉更新。 本发明还公开一种无管理者区块链交易的激励方法，包括以下步骤： 1)、交易系统初始化阶段：每个实体Pi的信誉值赋值为θi； 2)、交易背书阶段：若在同一时段，背书节点 收到多个交易提案  txa ,txb,..., txt，背书节点 将按照买家a ,b ,...,t的信誉值θa ,θb ,...,θt大小对交易提  案txa , txb,...,txt进行排序，依次进行交易模拟和背书签名，目的在于不被信誉低 的恶意节点影 响其他正常交易的成功速度，同时也体现激励性； 3)、交易排序阶段：排序节点PO执行排序共识算法，将收到的交易信息的  时间戳 值Tj与交易信誉值Θj进行加权计算得到排序值νj； νj＝αjTj βjΘj；αj表示共识算法中时间戳的权重值，βj表示共识算法中 交易信誉值的权重值； 7 CN 111583039 A 说　明　书 4/7 页 Θj＝qθa (1-q)θA；q表示买家信誉权重值，θa表示买家的信誉值，θA表 示卖家的信誉值； 4)、不良节点惩罚阶段：若存在无效信息，即验证不通过，那么记账主节点  将丢 弃该区块，并根据无效信息对买家、卖家、背书节点、排序节点进行信  誉减分，计算步骤如 下： ①记实体Pi原信誉值为θi，其与记账主节点 进行交互的事件集合为  E＝{e1 , e2,...,en}，事件的权重集合记为W＝{w1,w2,...,wn}，对应事件成功与否的 结果集合记为V ＝{v1,v2,...,vn}，其中vi∈{0,1}，取1时表示成功，取0时表示失败； ②计算R＝v1∧v2∧...∧vn，若R＝0则说明实体Pi进行了不良操作，对实体Pi进行 信誉值减分，产生新的信誉值为θ'i＝θi-∑i∈[1,n]wi(1-vi)； 5)、诚实节点惩罚阶段：计算R＝v1∧v2∧...∧vn，若R＝1则说明实体Pi进行  了诚 实操作，对实体Pi进行信誉值加分，产生新的信誉值为θ'i＝θi ∑i∈[1,n]wivi； 6)、重复步骤4)和步骤5)，直至所有参与实体完成信誉更新，全网同步信  誉积分， 新的信誉值θ'i作为该节点Pi下次交易成功的预测值。 本发明还公开一种实现上述方法的无管理者区块链交易系统，包括系统初始  化 模块、交易提案模块、基于信誉的背书模块、交易提交模块、交易排序模块、  交易验证模块 和信誉更新模块；系统初始化模块通过认证中心对买家的注册与登  录以及信誉值赋值；然 后在交易提案模块中买家向背书节点提交交易提案；在基  于信誉的背书模块中背书节点 对买家发送的交易进行背书签名并返回交易模拟  结果给买家；通过交易提交模块买家向 排序节点提交交易；接着在交易排序模块  中排序节点采用共识算法对来自交易用户群的 若干交易进行打包并发送给记账  节点群的记账主节点；记账主节点通过交易验证模块完 成区块内交易的批量验证；  最后记账主节点通过信誉更新模块根据验证结果进行信誉减 分及终止交易，记账  节点群组根据交易结果进行信誉反馈与更新。 有益效果：本发明能够同时从可靠性和安全性两方面来提高基于区块链的交  易 系统的质量。首先在用户注册阶段，引入同态加密算法，保证密钥安全性的前  提下实现验 证阶段的批量高效签名验证。另外在共识达成阶段，采用基于信誉的  激励机制对任务进行 排序，减少高信誉用户等待时间，提高交易速度。最后，在  信誉更新阶段，周期性对所有节 点的信誉值进行定量评估，增加交易系统的可靠 性。 与现有技术相比，本发明具有以下优点： (1)本发明中将区块链技术、加密技术和激励机制引入交易系统中，从安  全性和 可靠性两方面改善了交易系统的服务质量。 (2)本发明在用户注册阶段，引入同态加密算法，保证密钥安全性的前提  下实现 验证阶段的批量高效签名验证。 (3)本发明在共识达成阶段，采用基于信誉的激励机制对任务进行排序，  减少高 信誉用户等待时间，提高交易速度。 (4)本发明在信誉更新阶段，周期性对所有节点的信誉值进行定量评估，  增加交 易系统的可靠性。 8 CN 111583039 A 说　明　书 5/7 页 附图说明 图1为本发明中系统模块图； 图2为本发明中激励方法的流程图； 图3为本发明中安全交互的整体流程示意图； 图4为本发明的安全交互模型图； 图5为本发明中支持激励的共识算法流程图； 图6为本发明中系统、模块、流程对应图。