(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211021605.X (22)申请日 2022.08.24 (71)申请人 广东工业大 学 地址 510000 广东省广州市越秀区东 风东 路729号 (72)发明人 余荣　蔡礼斌　王思明　谭北海　 (74)专利代理 机构 佛山市君创知识产权代理事 务所(普通 合伙) 44675 专利代理师 张燕玲 (51)Int.Cl. H04L 67/104(2022.01) H04L 9/40(2022.01) G06K 9/62(2022.01) (54)发明名称 一种融合谱聚类和信誉值机制的区块链分 片方法 (57)摘要 本发明公开了一种融合谱聚类和信誉值机 制的区块链分片方法， 该方法包括： 每隔一个账 户分组周期Ta获取区块链运行过程中记录的账 户交易数据生成账户交易图； 根据账户交易图求 出邻接相似矩阵W和度矩阵D； 根据邻接相似矩阵 W和度矩阵D生成标准化的拉普拉斯矩阵L， 对L进 行降维得到 特征矩阵F， 再通过K均值聚类方法按 行对特征矩阵F进行聚类， 聚类维数为k； 根据得 到的聚类结果将区块链账户分为k个分组， 并将 上述k个分组中的账户对应分配到k个区块链分 片中。 本发 明提出融合谱聚类和 信誉值机制的区 块链分片方法， 解决了分片区块链系统中由于跨 分片交易过多带来的系统整体吞吐量低下以及 跨片交易处理过程中安全性难以保障的技术问 题。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 115378954 A 2022.11.22 CN 115378954 A 1.一种融合谱聚类和信誉值机制的区块链分片方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 每隔一个账户分组周期Ta获取区块链运行过程中记录的账户交易数据生成账户交易 图； 根据账户交易图求出邻接相似矩阵W和度矩阵D； 根据邻接相似矩阵W和度矩阵D生成标准化的拉普拉斯矩阵L， 对L进行降维得到特征矩 阵F， 再通过 K均值聚类方法按行对特 征矩阵F进行聚类， 聚类维数为 k； 根据得到的聚类结果将区块链账户分为k个分组， 并将上述k个分组中的账户对应分配 到k个区块链分片中。 2.根据权利要求1所述的融合谱聚类和信誉值机制的区块链分片方法， 其特征在于， 所 述根据账户交易图求出邻接相似矩阵W和度矩阵D， 具体包括： 设定账户交易图中每 个账户为 一个顶点V； 通过相似系数衡量任一对顶点Vi和Vj的关联度， 得到顶点Vi与Vj间的关联度为 其中， i， j互不相同， i， j＝1， 2， ...， n； E(i)和E(j)代表顶点Vi和顶点Vj的边的集合， E (i)∩E(j)代表顶点Vi和顶点Vj的边的交集， E(i)∪E(j)代 表顶点Vi和顶点Vj的边的并集； 根据账户交易图中所有顶点两两之间的关联度wij组成邻接相似矩阵W； 其中， W＝ (wij)i， j＝1， 2， . ..， n； 利用式 定义di为顶点Vi的度； 将账户交易图中所有顶点的度定义 为度矩阵D， 其中， D＝(dij)i， j＝1， 2， . ..， n。 3.根据权利要求2所述的融合谱聚类和信誉值机制的区块链分片方法， 其特征在于， 所 述根据邻接相似矩阵W和度 矩阵D生成标准化的拉普拉斯矩阵L， 对L进 行降维得到特征矩阵 F， 再通过 K均值聚类方法按行对特 征矩阵F进行聚类， 聚类维数为 k， 具体包括： 计算标准 化的拉普拉斯矩阵L， 其中L ＝I‑D‑1W； 其中， I 为单位矩阵； 计算得到的拉普拉斯矩阵L的k1个最小特征值各自对应的特征向量f， 并将各自对应的 特征向量f组成的矩阵按行 标准化， 组成n ×k1的特征矩阵F； 通过K均值聚类方法按行对特 征矩阵F进行聚类， 聚类维数为 k。 4.根据权利要求1所述的融合谱聚类和信誉值机制的区块链分片方法， 其特征在于， 在 所述根据得到的聚类结果将区块链账户分为k个分组， 并将上述k个分组中的账户对应分配 到k个区块链分片中之后， 还 包括： 根据每一节点对应的信誉值对区块链中的所有节点进行信誉评级； 每隔一个节点分片周期Ts， 根据每一节点的信誉评级将区块链所有节点均匀分配至各 个分片中； 根据每一节点的信誉评级选出跨片交易的公证节点。 5.根据权利要求4所述的融合谱聚类和信誉值机制的区块链分片方法， 其特征在于， 所 述根据每一节点对应的信誉值对区块链中的所有节点进行信誉评级， 具体包括： 在经过p轮区块链 交易处理后， 对于区块链中的每一节点， 根据节点对应的信誉值对节 点进行信誉评级， 将信誉值在区块链中所有节点的信誉值里排名大于第一预设值的节点评权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115378954 A 2级为A， 信誉值在区块链中所有节点的信誉值里排名低于第二预设值且高于第三预设值的 节点评级为B， 信誉值在区块链中所有节点的信誉值里排名低于前第四预设值且高于前第 五预设值的节点评级为C； 确定区块链中剩余未评级的节点 为普通节点， 且评级为D。 6.根据权利要求5所述的融合谱聚类和信誉值机制的区块链分片方法， 其特征在于， 所 述根据每一节点的信誉评级选出跨片交易的公证节点， 具体包括： 选取信誉评级为A的所有节点作为公证执行节点， 选取信誉评级为B的所有节点作为公 证检查节点， 选取信誉评级为C的所有节点作为候选节点； 其中， 公证节点包括公证执行节 点和公证检查节点两类， 组成公证窗口， 且一个公证执行节点和 一个公证检查节点组成一 组公证节点对。 7.根据权利要求5所述的融合谱聚类和信誉值机制的区块链分片方法， 其特征在于， 所 述信誉值 为γ， 信誉值包括节点效率评分h和节点诚信度评分t两 部分， 在根据节点对应的信誉值对节点进行信誉评级之前， 还 包括： 对于区块链中每一节点， 根据节点处理本轮交易的耗 时给定本轮交易处理节点的处理 速度评分h ′new， 根据节点上一轮的效率评分hbf和本轮交易处理节点的处理速度评分h ′new， 计算得到节点的效率评分更新 值 对于区块链中每一节点， 若节点正确完成本轮交易处理， 则对节点的诚信度评分增加 分值q； 若节点在本轮交易处 理中出现恶意操作， 则对节点诚信度评分扣减分值r； 根据节点上一轮的诚信度评分tbf以及本轮交易处理的分值q和减分值r， 计算得到节点 的诚信度评分更新 值tnew＝tbf+q‑r； 其中， 在每一节点加入区块链网络时， 节点被分配有 一个节点效率评分基础分值h0和一 个节点诚信度 评分基础分值t0， 当节点为新加入节点时， 节点上一轮的效率评分hbf为h0， 节 点上一轮的诚信度评分tbf为t0。 8.根据权利要求6所述的融合谱聚类和信誉值机制的区块链分片方法， 其特征在于， 在 根据每一节点的信誉评级选出跨片交易的公证节点之后， 还 包括： 每隔一个公证窗口滑动周期Tw， 按第一预设规则从所有公证执行节点中选取一半 的节 点， 将所有选取到的公证执行节点降级为普通节点； 所述第一预设规则为信誉值越低的公 证执行节点被选中的概 率越大； 按第二预设规则从所有公证检查节点中选取若干节点， 将被选中的公证检查节点升级 为公证执 行节点； 所述第二预设规则为信誉值越高的公证 检查节点被选中的概 率越大； 按第三预设规则从所有候选节点中选取若干节点， 将被选 中的候选节点升级为公证检 查节点； 所述第三预设规则为信誉值越高的候选节点被选中的概 率越大。 9.根据权利要求6所述的融合谱聚类和信誉值机制的区块链分片方法， 其特征在于， 在 根据得到的聚类结果将区块链账户分为k个分组， 并将上述k个分组中的账户对应分配到k 个区块链分片中之后， 还 包括： 通过轮值公证节点对中的公证执 行节点执 行以下步骤： 对跨片交易内容进行分解， 得到源分片子交易和目标分片子交易； 打包本地分片子交易， 将打包的本地分片子交易提交到源分片进行交易共识处理， 完权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115378954 A 3