本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈，具體涉及一種iota節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)架構(gòu)及成本優(yōu)化算法。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟(jì)社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能升級步伐加快，物聯(lián)網(wǎng)（the?internet?ofthings，iot）已經(jīng)成為國家新型基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，但其中心化服務(wù)極易受到惡意攻擊，嚴(yán)重會造成大量信息失竊和破壞。此外，海量物聯(lián)網(wǎng)信息的產(chǎn)生使得追蹤變得更加困難，而區(qū)塊鏈技術(shù)的出現(xiàn)為物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展帶來了新的契機(jī)。

2、區(qū)塊鏈技術(shù)采用分布式記賬方法，具有去中心化、防篡改、可追溯等優(yōu)勢，由于物聯(lián)網(wǎng)對并發(fā)性、擴(kuò)展性和消息手續(xù)費(fèi)具有較高要求，基于單鏈架構(gòu)的區(qū)塊鏈已不能滿足其現(xiàn)實(shí)需求，而基于有向無環(huán)圖（directed?acyclic?graph，dag）結(jié)構(gòu)的區(qū)塊鏈技術(shù)逐漸受到各方關(guān)注，成為物聯(lián)網(wǎng)中單鏈架構(gòu)區(qū)塊鏈的有效替代方案。

3、隨著基于dag結(jié)構(gòu)區(qū)塊鏈技術(shù)不斷成熟，目前比較成功的有iota、obyte（以前稱作byteball）、nano（以前稱作raiblocks）和conflux。相比于以上三者，iota是專門為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的一種革命性的新型公有鏈系統(tǒng)，分布式賬本稱作纏結(jié)（tangle），支持高并發(fā)、高擴(kuò)展性和零手續(xù)費(fèi)；tangle的基本單位是消息，一個消息構(gòu)成一個區(qū)塊；tangle中未被確認(rèn)的末端消息稱作尖端（tip）。

4、與基于單鏈架構(gòu)區(qū)塊鏈技術(shù)相比，iota工作效率得到了極大提升。iota摒棄了傳統(tǒng)區(qū)塊鏈的共識機(jī)制與激勵機(jī)制，iota節(jié)點(diǎn)(即iota全節(jié)點(diǎn))之間地位平等。由于iota系統(tǒng)不收取消息手續(xù)費(fèi)，管理與維護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生的大量成本需要各iota節(jié)點(diǎn)共同承擔(dān)。

5、但是，隨著物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模不斷加大，iota節(jié)點(diǎn)數(shù)量隨之增多，其成本優(yōu)化問題越來越凸顯；因此，如何有效降低iota節(jié)點(diǎn)成本成為目前亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種iota節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)架構(gòu)及成本優(yōu)化算法，解決以下技術(shù)問題：

2、如何有效降低iota節(jié)點(diǎn)成本。

3、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

4、一種iota節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)架構(gòu)，所述節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)架構(gòu)包括客戶端和至少一個iota節(jié)點(diǎn)，針對一個所述iota節(jié)點(diǎn)，所述iota節(jié)點(diǎn)包括：

5、tip選擇模塊，用于在接收到所述客戶端發(fā)送的tip請求后，選擇匹配的tip結(jié)果發(fā)回所述客戶端；

6、pow模塊，用于在接收所述客戶端發(fā)送的謎題請求后進(jìn)行pow運(yùn)算，將獲取的nonce值發(fā)回所述客戶端；所述pow模塊內(nèi)置co-iota成本優(yōu)化模塊；

7、本地tangle模塊，用于接收所述客戶端發(fā)出的打包后的消息，并進(jìn)行有效性檢查；若消息有效，則更新本地tangle后向全網(wǎng)廣播；

8、針對一個所述iota節(jié)點(diǎn)，在時隙t，所述iota節(jié)點(diǎn)將更新后的本地tangle傳送至所述co-iota成本優(yōu)化模塊后執(zhí)行成本優(yōu)化算法，獲取下一時隙的最優(yōu)消息確認(rèn)速率。

9、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：一種iota節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)成本優(yōu)化算法，所述成本優(yōu)化算法包括：

10、在d個時隙中的每個時隙t中，針對n個所述iota節(jié)點(diǎn)中的第i個iota節(jié)點(diǎn)，獲取對應(yīng)的確認(rèn)消息數(shù)和消息數(shù)；

11、其中，，所述消息數(shù)表示在時隙t到達(dá)所述第i個iota節(jié)點(diǎn)的新消息數(shù)量，所述確認(rèn)消息數(shù)表示在時隙t時所述第i個iota節(jié)點(diǎn)確認(rèn)的消息數(shù)量；

12、根據(jù)隊(duì)列積壓演化方程計(jì)算消息隊(duì)列積壓；

13、根據(jù)消耗成本計(jì)算公式計(jì)算所述第i個iota節(jié)點(diǎn)在時隙t內(nèi)消耗的成本；

14、根據(jù)積壓公式計(jì)算消息累積隊(duì)列積壓和消息延遲累積積壓；

15、根據(jù)加罰飄移計(jì)算公式計(jì)算李雅普諾夫加罰漂移；

16、確定消息確認(rèn)率閾值；

17、將所述消息確認(rèn)率閾值存入數(shù)組，根據(jù)所述數(shù)組更新所述第i個iota節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)消息確認(rèn)速率。

18、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述隊(duì)列積壓演化方程包括：

19、

20、其中，表示t時隙緩存在第i個iota節(jié)點(diǎn)中的積壓隊(duì)列，，。

21、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述消耗成本計(jì)算公式包括：

22、

23、

24、

25、其中，為確認(rèn)兩個tip的平均成本，b為驗(yàn)證一個消息的平均成本，c為更新一次本地tangle的平均成本，f為計(jì)算一個nonce值的平均成本，為廣播一次tangle的平均成本。

26、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述積壓公式包括：

27、

28、其中，，，表示消息到達(dá)第i個iota節(jié)點(diǎn)直至被確認(rèn)所花費(fèi)的平均時間，表示第i個iota節(jié)點(diǎn)在時隙t中不能滿足延遲要求的消息累計(jì)累積積壓。

29、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述加罰飄移計(jì)算公式包括：

30、

31、其中，，是一個非負(fù)可控制參數(shù)，用于描述隊(duì)列穩(wěn)定性和iota節(jié)點(diǎn)成本最小化之間的相對權(quán)重，為時隙t隊(duì)列積壓向量。

32、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述確定消息確認(rèn)率閾值的方法包括：

33、

34、其中，為每個消息的最大延遲確認(rèn)時間。

35、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明將低計(jì)算復(fù)雜度的多目標(biāo)優(yōu)化問題進(jìn)行解耦，利用李雅普諾夫優(yōu)化理論等相關(guān)優(yōu)化理論評估關(guān)鍵因素，在任何信息未知的情況下做出決策，通過將與消息相關(guān)的隊(duì)列和約束嵌入到李雅普諾夫優(yōu)化框架中，確定?iota?節(jié)點(diǎn)消息確認(rèn)率閾值，能夠及時調(diào)節(jié)pow模塊中的難度中的難度值和消息確認(rèn)率來有效的降低iota節(jié)點(diǎn)成本，以解決長期復(fù)雜代價的優(yōu)化問題。

技術(shù)特征：

1.一種iota節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)架構(gòu)，所述節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)架構(gòu)包括客戶端和至少一個iota節(jié)點(diǎn)，其特征在于，針對一個所述iota節(jié)點(diǎn)，所述iota節(jié)點(diǎn)包括：

2.一種iota節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)成本優(yōu)化算法，應(yīng)用于如權(quán)利要求1中的一種iota節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)架構(gòu)，其特征在于，所述成本優(yōu)化算法包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的iota節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)架構(gòu)及成本優(yōu)化算法，其特征在于，所述隊(duì)列積壓演化方程包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的iota節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)架構(gòu)及成本優(yōu)化算法，其特征在于，所述消耗成本計(jì)算公式包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的iota節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)架構(gòu)及成本優(yōu)化算法，其特征在于，所述積壓公式包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的iota節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)架構(gòu)及成本優(yōu)化算法，其特征在于，所述加罰飄移計(jì)算公式包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的iota節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)架構(gòu)及成本優(yōu)化算法，其特征在于，所述確定消息確認(rèn)率閾值的方法包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種IOTA節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)架構(gòu)及成本優(yōu)化算法，節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)架構(gòu)包括客戶端和至少一個IOTA節(jié)點(diǎn)，一個IOTA節(jié)點(diǎn)包括Tip選擇模塊、內(nèi)置CO?IOTA成本優(yōu)化模塊的PoW模塊和本地Tangle模塊；在時隙t，IOTA節(jié)點(diǎn)將更新后的本地Tangle傳送至CO?IOTA成本優(yōu)化模塊后執(zhí)行成本優(yōu)化算法，獲取下一時隙的最優(yōu)消息確認(rèn)速率。本發(fā)明將低計(jì)算復(fù)雜度的多目標(biāo)優(yōu)化問題進(jìn)行解耦，利用李雅普諾夫優(yōu)化理論等相關(guān)優(yōu)化理論評估關(guān)鍵因素，將與消息相關(guān)的隊(duì)列和約束嵌入到李雅普諾夫優(yōu)化框架中，可在任何信息未知的情況下做確定?IOTA?節(jié)點(diǎn)消息確認(rèn)率閾值，及時調(diào)節(jié)PoW模塊中的難度中的難度值和消息確認(rèn)率來有效的降低IOTA節(jié)點(diǎn)成本，以解決長期復(fù)雜代價的優(yōu)化問題。

技術(shù)研發(fā)人員：陳銀鳳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：內(nèi)蒙古財經(jīng)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21