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CN111163165A - 一种基于Fabric联盟链的投票共识方法 - Google Patents

一种基于Fabric联盟链的投票共识方法 Download PDF

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CN111163165A CN201911385348.6A CN201911385348A CN111163165A CN 111163165 A CN111163165 A CN 111163165A CN 201911385348 A CN201911385348 A CN 201911385348A CN 111163165 A CN111163165 A CN 111163165A
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姚勇锋
王勇
邱凯
张延华
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Abstract

本发明公开了一种基于Fabric联盟链的投票共识方法,本方法以该联盟链的Fabric区块链和数据库为数据存储层,结合链码和后台服务器搭建投票系统。在联盟链中根据各方真实身份设定对应的节点身份及其投票权重比,联盟内的任意节点均可发布投票内容,并发送邮件通知其它节点在规定投票时间内完成投票,投票完成后将结果存入数据库和区块链节点中,通过共识算法和P2P传播方式记录在联盟链的每个节点上,保证数据安全;而联盟外成员需通过联盟内所有成员的身份验证才能加入联盟组织,此外,各方能在该系统内查询每次投票记录,区块链结合链码能保证每次交易的真实性。

Description

一种基于Fabric联盟链的投票共识方法
技术领域
本发明属于区块链技术领域、数据安全领域,尤其涉及一种基于Fabric联盟链的投票共识方法。
背景技术
随着科技水平的不断创新,互联网行业的飞速发展,人们与互联网的关系越来越密切的同时,“网络投票”也频繁的走进了人们的生活领域。在过去,人们利用线下开会的方式在特点的时间地点将参与方组织起来,根据投票规则进行投票,通过第三方公证人记账统计投票结果;如今,通过互联网,就可将投票的所有参与方连接起来,人们可随时随地对投票内容进行表决,这种方式不仅节省了参与者的时间精力,也能通过互联网的传播方式,让更多的人参与评选,选出大众最认可的结果。然而,在实际的电子投票过程中,由于其隐蔽性、非实名性和线外操作性,大量参与者“绑架”自己的亲朋好友进行投票,甚至有去找专业的网络投票代理公司刷票,导致“网络投票”失去了本身的公平公正的意义了。
Fabric是目前市场上非常流行且广为人知的区块链网络框架实现方案,主要针对联盟链方向,与其它区块链技术一样,它也是一个通过智能合约进行交互的分布式数据存储账本,但在Fabric中智能合约被称为链码,且Fabric是隐私且许可的网络,在其联盟链节点允许的条件下,联盟外其它节点能通过成员注册服务加入到该联盟链中,参与联盟链的业务中。
发明内容
本发明旨在将上述两种技术相结合形成一种新的基于Fabric联盟链的投票共识方法。目前,各类用户通常使用中心化的电子投票系统针对某一问题达成共识,这类投票系统通常是由第三方机构开发,部署在中心化的服务器上,数据存储在安全性较低的数据库中,使得该类投票系统易受攻击,存在数据篡改的风险,也无法确定投票用户身份以及交易的真实性,存在信任问题,一旦用户的账号密码泄露,会直接影响到最终的投票结果,产生错误引导,从而造成经济损失。对于某些重要联盟组织而言,使用该类投票系统显然是不可行的。
将区块链的联盟链技术应用到电子投票系统能够很好的解决用户的身份信任问题以及数据安全问题。目前区块链平台分为许可联盟链和非许可联盟链,非许可的联盟链无法控制联盟链外节点的准入,一旦有外来节点无意加入该联盟链,也可像其它联盟内的节点用户一样参与到具体业务中,导致交易结果发生变化,影响整个联盟链的正常运行,造成经济损失;对于许可联盟链而言,可以控制外来节点的准入,解决网络节点之间的身份信任问题,但节点之间交易的信任问题依然无法解决。
为解决上述问题,本发明采用如下的技术方案:
一种基于Fabric联盟链的投票共识方法,本方法利用Hyperledger Fabric区块链结合链码解决了传统投票系统的身份信任问题、交易信任问题以及数据安全问题。在Hyperledger Fabric区块链平台中搭建基于联盟链的电子投票系统,将联盟组织中的各方作为区块链中信任的节点,在这些信任的节点基础上建立一条联盟链,在该联盟链中,每个节点均有一份完整的交易账本,增加了数据篡改的难度,同时,利用Fabric中的成员服务提供者(MSP)可以对联盟内节点进行身份验证以及联盟外节点进行准入控制,解决了节点之间的身份信任问题。而Fabric中的链码等同于智能合约,在链码中实行联盟链中投票业务逻辑,并部署至每个联盟链的节点中,保证联盟链节点的业务一致性,当某个联盟内节点利用客户端发起交易时,需要取得其它节点背书签名后,通过kafka共识算法更新到每个节点的账本中,解决了交易信任问题以及数据安全问题。最终,保证联盟组织达成可靠共识。
实现系统架构如图1所示:首先以各联盟各方为区块链节点,搭建Fabric联盟链,并以该联盟链为基础,建立对应Web端投票系统。该系统主要分为联盟内和联盟外两大用户,有登录注册、加入联盟、投票共识以及查询记录四大功能,根据用户的不同身份其具有的功能权限也不同,其中加入联盟功能是针对联盟外用户,而投票共识以及查询记录功能主要是联盟内的节点用户使用,而数据也根据业务需求通过后台服务器和链码分别存储在区块链和数据库两端。
一种基于Fabric联盟链的投票共识方法,该发明包括以下步骤:
步骤1:在HyperledgerFabric平台上搭建一个联盟链网络,将现实生活中联盟成员绑定到联盟链网络中,在Fabric中编写好相应的配置文件,预留动态加入联盟组织的节点数量,并建立相应的通道,布置通道中的排序节点及排序算法;
步骤2:搭建Web端的投票系统,完成前台页面的开发,使用Java的SSM框架搭建后台服务器,分别设定联盟内外成员的业务逻辑,而与Fabric区块链交互的接口使用Fabric-Java-SDK编写;
步骤3:联盟链中的节点是通过投票系统调用相应接口,触发联盟链的链码最终实现和区块链账本之间的交互,所以联盟链必须设计相应的业务链码,并与联盟链节点之间进行身份绑定,确保系统交易的真实性,最终将设计的链码部署到联盟链的每个节点上;
步骤4:当有组织外成员想加入到联盟链的通道时,首先要在系统内进行身份注册,注册成功后变成系统内的联盟外节点用户,再登录到系统内部,申请加入联盟链中,提交相应信息后等待联盟链中各成员的审核,各成员一致同意后才可成为联盟链节点,参与到联盟组织的业务中;
步骤5:当某个联盟成员需要在联盟内部对某项内容达成共识时,先利用系统投票共识功能发布相应的内容,并通过邮件通知系统内的联盟成员在规定时间内投票,其它成员收到信息后登录到系统内进行投票表决,当所有节点完成投票或达到投票截止时间时,链码统计最终的投票结果,将结果存入联盟链每个节点中;
步骤6:组织内成员还可通过系统内的查询记录功能对每次投票结果进行查询验证,一旦发现各节点账本中存储的投票结果不同时,便认为此次投票结果发生篡改,共识内容也在联盟内作废,需重新进行新一轮的投票共识。
与现有系统相比,本发明的有益效果在于:
本发明提供了一种基于Fabric联盟链的投票共识方法及系统,利用Fabric联盟链实现对联盟组织的控制,保证联盟外节点必须通过联盟内成员的一致同意才能加入组织,防止恶意节点加入并破坏网络,解决了联盟成员之间的身份信任问题,结合Fabric链码,实现对联盟链节点之间的业务功能约束,确保节点交易的有效性,将最后的结果存入联盟链的每个节点中,极大的增加了篡改数据的成本,为后续的查询功能提供强有力的数据真实保障,解决了传统投票系统的数据安全问题。
附图说明
图1为实现系统架构图。
图2为Fabric节点网络交易图。
图3为投票系统和区块链系统连接结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-2对本发做进一步的说明,具体包括以下步骤:
步骤1.1:联盟组织各节点搭建好HyperledgerFabric的相应环境,并在配置文件中将各个节点地址信息写入,组成一个Fabric联盟链;
步骤1.2:建立相应的通道,在通道中设定好相应的背书节点、排序节点、记账节点,在配置文件中预留动态加入联盟链的节点数量,根据实际需求选择合适网络的排序算法,并在配置文件中声明;
步骤2.1:搭建Web端的投票系统,使用HTML、CSS、JavaScript完成前台页面的开发;
步骤2.2:使用Java的Spring、SpringMVC、Mybatis框架搭建后台服务器,在后台分别设定联盟内外成员的业务逻辑,将用户注册登录作为内外成员都能使用的功能,加入联盟功能专门给联盟外用户使用,而投票共识及查询记录功能只允许联盟内用户使用,数据则存储在Mysql数据库和区块链两端;
步骤2.3:开发Fabric-Java-SDK,用其作为后台服务器与区块链交互的入口;
步骤3.1:根据联盟内用户的功能需求,设定所需要的链码,包含投票链码、统计投票结果链码以及查询投票结果链码,并在统计投票链码中设定投票通过的阈值,在各个链码中绑定各节点登录系统的账号密码以及联盟链的节点身份地址,确保交易真实性;
步骤3.2:进入Fabric的cli容器中,各节点使用相应命令安装并实例化链码,保证链码部署到整个通道网络中;
步骤3.3:各节点使用命令启动Fabric网络;
步骤4.1:当有组织外成员想加入到联盟链的通道时,首先要在系统内进行身份注册,注册成功后变成系统内的联盟外节点用户,方可使用系统功能;
步骤4.2:登录到系统内部,申请加入联盟链中,提交相应信息后等待联盟链中各成员的审核;
步骤4.3:联盟内所有成员登录到系统中查看加入联盟的请求信息,一致同意后方可成为联盟链节点,加入对应的账本通道,参与到联盟组织的业务中,若有联盟内任意成员拒绝,则加入联盟失败;
步骤4.4:联盟外节点加入成功后需要更新相应链码,升级链码后重启Fabric网络,系统方可运行;
步骤5.1:当某个联盟成员需要在联盟内部对某项内容达成共识时,先利用系统投票共识功能发布相应的内容,只有联盟链中的成员能够成功发布,联盟外成员会提示权限不够;
步骤5.2:发布成功后,利用系统的发送邮件功能通知所有联盟成员在规定时间内投票,其它成员收到信息后登录到系统内进行投票表决
步骤5.3:其它成员在投票时,其具体交易流程如图2所示,首先系统客户端会将投票结果发送给背书节点,背书节点调用投票链码对节点身份进行签名验证,验证通过后将签名结果发送给其它背书节点,取得联盟内所有背书节点的签名后投票交易才能生效,调用链码将该节点投票结果发送给投票结果统计链码,投票结束时链码会统计所有节点的投票结果,并判断投票是否通过,最后取得所有背书节点的签名后将投票结果发送给排序节点,排序节点打包交易生成区块发送给联盟中的所有记账节点,保证每个节点中存储的账本信息一致;
步骤6:组织内成员还可通过系统内的查询记录功能对每次投票结果进行查询验证,一旦发现各节点账本中存储的投票结果不同时,便认为此次投票结果发生篡改,共识内容也在联盟内作废,需重新进行新一轮的投票共识。

Claims (6)

1.一种基于Fabric联盟链的投票共识方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:在HyperledgerFabric平台上搭建一个联盟链网络,将现实生活中联盟成员绑定到联盟链网络中,在Fabric中编写相应的配置文件,预留动态加入联盟组织的节点数量,并建立通道,布置通道中的排序节点及排序算法;
步骤2:搭建Web端的投票系统,完成前台页面的开发,使用Java的SSM框架搭建后台服务器,分别设定联盟内外成员的业务逻辑,而与Fabric区块链交互的接口使用Fabric-Java-SDK编写;
步骤3:联盟链中的节点是通过投票系统调用相应接口,触发联盟链的链码最终实现和区块链账本之间的交互,所以联盟链必须设计相应的业务链码,并与联盟链节点之间进行身份绑定,确保系统交易的真实性,最终将设计的链码部署到联盟链的每个节点上;
步骤4:当有组织外成员想加入到联盟链的通道时,首先要在系统内进行身份注册,注册成功后变成系统内的联盟外节点用户,再登录到系统内部,申请加入联盟链中,提交信息后等待联盟链中各成员的审核,各成员一致同意后成为联盟链节点,参与到联盟组织的业务中;
步骤5:当某个联盟成员需要在联盟内部对某项内容达成共识时,先利用系统投票共识功能发布相应的内容,并通知系统内的联盟成员在规定时间内投票,其它成员收到信息后登录到系统内进行投票表决,当所有节点完成投票或达到投票截止时间时,链码统计最终的投票结果,将结果存入联盟链每个节点中;
步骤6:组织内成员还能通过系统内的查询记录功能对每次投票结果进行查询验证,发现各节点账本中存储的投票结果不同时,便认为此次投票结果发生篡改,共识内容也在联盟内作废,需重新进行新一轮的投票共识。
2.根据权利要求1所述的一种基于Fabric联盟链的投票共识方法,其特征在于:
步骤1.1:联盟组织各节点搭建HyperledgerFabric的相应环境,并在配置文件中将各个节点地址信息写入,组成一个Fabric联盟链;
步骤1.2:建立通道,在通道中设定好相应的背书节点、排序节点、记账节点,在配置文件中预留动态加入联盟链的节点数量,根据实际需求选择网络的排序算法,并在配置文件中声明。
3.根据权利要求1所述的一种基于Fabric联盟链的投票共识方法,其特征在于:
步骤2.1:搭建Web端的投票系统,使用HTML、CSS、JavaScript完成前台页面的开发;
步骤2.2:使用Java的Spring、SpringMVC、Mybatis框架搭建后台服务器,在后台分别设定联盟内外成员的业务逻辑,将用户注册登录作为内外成员都能使用的功能,加入联盟功能专门给联盟外用户使用,而投票共识及查询记录功能只允许联盟内用户使用,数据则存储在Mysql数据库和区块链两端;
步骤2.3:开发Fabric-Java-SDK,用其作为后台服务器与区块链交互的入口。
4.根据权利要求1所述的一种基于Fabric联盟链的投票共识方法,其特征在于:
步骤3.1:根据联盟内用户的功能需求,设定所需要的链码,包含投票链码、统计投票结果链码以及查询投票结果链码,并在统计投票链码中设定投票通过的阈值,在各个链码中绑定各节点登录系统的账号密码以及联盟链的节点身份地址,确保交易真实性;
步骤3.2:进入Fabric的cli容器中,各节点安装并实例化链码,保证链码部署到整个通道网络中;
步骤3.3:各节点使用命令启动Fabric网络。
5.根据权利要求1所述的一种基于Fabric联盟链的投票共识方法,其特征在于:
步骤4.1:当有组织外成员想加入到联盟链的通道时,首先要在系统内进行身份注册,注册成功后变成系统内的联盟外节点用户,使用系统功能;
步骤4.2:登录到系统内部,申请加入联盟链中,提交相应信息后等待联盟链中各成员的审核;
步骤4.3:联盟内所有成员登录到系统中查看加入联盟的请求信息,一致同意后成为联盟链节点,加入对应的账本通道,参与到联盟组织的业务中,若有联盟内任意成员拒绝,则加入联盟失败;
步骤4.4:联盟外节点加入成功后需要更新相应链码,升级链码后重启Fabric网络,系统运行。
6.根据权利要求1所述的一种基于Fabric联盟链的投票共识方法,其特征在于:
步骤5.1:当某个联盟成员需要在联盟内部对某项内容达成共识时,先利用系统投票共识功能发布相应的内容,只有联盟链中的成员能够成功发布,联盟外成员会提示权限不够;
步骤5.2:发布成功后,利用系统的发送邮件功能通知所有联盟成员在规定时间内投票,其它成员收到信息后登录到系统内进行投票表决
步骤5.3:其它成员在投票时,首先系统客户端会将投票结果发送给背书节点,背书节点调用投票链码对节点身份进行签名验证,验证通过后将签名结果发送给其它背书节点,取得联盟内所有背书节点的签名后投票交易才能生效,调用链码将该节点投票结果发送给投票结果统计链码,投票结束时链码会统计所有节点的投票结果,并判断投票是否通过,最后取得所有背书节点的签名后将投票结果发送给排序节点,排序节点打包交易生成区块发送给联盟中的所有记账节点,保证每个节点中存储的账本信息一致。
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