一种基于遗传算法的公证人节点选取方法

本发明属于区块链跨链技术领域，具体涉及一种基于遗传算法的公证人节点选取方法。

随着区块链技术的不断发展，产生出众多以联盟链为重点发展金融科技、供应链管理、政务服务等应用方案；但随着区块链应用的领域和场景不断拓展，区块链技术本身却凸显除了不少问题，例如区块链之间的价值流通和信息交流是较为严峻的问题之一，为了解决区块链之间的价值流通和信息交流提出了一种跨链机制，跨链机制能够避免不同区块链之间因为信息隔离而导致的价值“孤岛”效应。目前主流的跨链机制可分为公证人机制、哈希锁定机制以及侧链/中继链机制三种。

公证人机制(Notary schemes)实质上类似于各行各业的“中介所”，它的核心思想是假设存在区块链A和区块链B，它们是异构链无法直接进行信息交互，假设存在一个可信的第三方C能同时被A、B所接受，则由可信的第三方C负责链A、B之间的消息传递。公证人机制的优点是实现简单、兼容性高，并且支持异构区块链，但通过可信的第三方C负责A、B之间的消息传递存在公证人中心化问题和公证人可靠性问题；公证人中心化问题和可靠性问题可以从公证人组机制和公证人选举策略上解决，而现有的公证人选举策略主要通过节点的历史交易评分排序结果或随机选举决定公证人的选举策略，这种方式虽然解决了公证人中心化问题和公证人可靠性问题，但是通过直接根据节点的历史交易评分排序结果决定公证人的选举策略存在公证人垄断问题和新公证人机会不平等问题。

为了解决现有技术中通过直接根据节点的历史交易评分排序结果决定公证人的选举策略存在公证人垄断问题和新公证人机会不平等问题，请参阅图1，本发明提供一种基于遗传算法的公证人节点选取方法，包括：

S1：获取多方区块链的跨链信息；所述跨链信息包括：参与跨链交易的多方区块链中节点的申请信息、节点的跨链交易记录、节点的源链交易记录、本次跨链交易所需公证人的数量、需要跨链交易的节点；

S2：根据参与跨链交易的多方区块链中节点的申请信息将具有跨链交易记录的节点作为候选公证人；

S3：根据候选公证人的跨链交易记录与源链交易记录，获得候选公证人的公证交易评分表、候选公证人的源链交易评分表和候选公证人的担保表；

进一步地，所述根据候选公证人的跨链交易记录与源链交易记录，获得候选公证人的公证交易评分表、候选公证人的源链交易评分表和候选公证人的担保表包括：

S31：根据候选公证人的ID和候选公证人在跨链交易记录中公证交易获得的评级、候选公证人是否参选公证人、候选公证人公证交易所用的时间以及候选公证人公证交易是否交易成功创建候选公证人的公证交易评分表；

S32：根据候选公证人的ID、候选公证人在跨链交易记录中候选公证人的担保人创建候选公证人的担保表；

S33：根据候选公证人的ID、候选公证人在源链交易记录中源链交易获得的评分创建候选公证人的源链交易评分表。

S4：根据候选公证人的公证交易评分表计算得到候选公证人的信誉染体；

进一步地，所述根据候选公证人的公证交易评分表计算得到候选公证人的信誉染体包括：

S41：根据公证交易评分表中候选公证人的公证交易获得的评级计算候选公证人的公证交易评分；

S42：根据公证交易评分表中候选公证人是否参选公证人计算候选公证人的当选率；

S43：根据公证交易评分表中候选公证人公证交易所用的时间计算候选公证人的交易效率；

S44：根据公证交易评分表中候选公证人的公证交易是否交易成功计算候选公证人的交易成功率；

S45：根据候选公证人的公证交易评分、当选率、交易效率和交易成功率生成候选公证人的信誉染体。

S5：根据具有跨链交易记录的节点申请作为候选公证人的时间、候选公证人的信誉染体、候选公证人的源链交易评分表和候选公证人的担保表利用遗传算法计算候选公证人的信誉值，并根据候选公证人的信誉值得到可信候选公证人集合；

进一步地，所述可信候选公证人集合的具体获得步骤包括：

S51：将候选公证人的信誉染体作为遗传算法的初始化染体种；

S52：根据候选公证人的源链交易评分表计算候选公证人的固有价值；

S53：根据具有跨链交易记录的节点申请作为候选公证人的时间、候选公证人的固有价值和候选公证人的信誉染体利用适应度函数计算得到候选公证人的信誉值；

S54：若当前各候选公证人的信誉值已收敛或已超过预设迭代次数，则剔除掉信誉值未收敛的候选公证人或剔除信誉值小于平均信誉值的候选公证人得到可信公证人集合，若当前各候选公证人的信誉值未收敛且未超过预设迭代次数则执行步骤S55；

S55：根据候选公证人的担保表计算候选公证人的担保关系向量，并根据候选公证人的担保关系向量选择候选公证人的担保人；

S56：根据候选公证人的担保人与候选公证人的信誉染体计算得到候选公证人的担保人与候选公证人的相似度；并根据候选公证人的担保人与候选公证人的相似度计算候选公证人的担保人与候选公证人的相似度的权重：

S57：根据候选公证人的担保人与候选公证人的相似度以及候选公证人的担保人与候选公证人的相似度的权重计算候选公证人的担保染体，并将候选公证人的担保染体与候选公证人的信誉染体进行交叉，生成候选公证人的交叉信誉染体；

S58：根据候选公证人的担保人的数量计算候选公证人的变异概率，并根据候选公证人的变异概率对候选公证人的交叉信誉染体进行变异，生成候选公证人的交叉变异染体，将候选公证人的交叉变异染体作为遗传算法下一次迭代时的染体种；并重复步骤S53-S58；输出可信公证人集合。

S6：根据本次跨链交易所需公证人的数量从可信候选公证人集合中选取对应数量的候选公证人作为公证人节点；

在可信公证人集合中设置两个指针pre和last，分别指向信誉值最高的候选公证人和信誉值最低的候选公证人，根据本次跨链交易所需公证人的数量依次从可信公证人集合的两端向中间移动指针pre和last，将指针pre和last所指向的候选公证人均作为跨链交易的公证人节点。

S7：通过公证人节点对需要跨链交易的节点之间的跨链交易数据进行处理，完成跨链交易。

本发明至少具有以下有益效果

相比于直接根据历史交易评分排序结果决定公证人的选举策略，本发明引入遗传算法，根据候选公证人的历史交易信息编码染体，并利用遗传算法过程搜索最优解特性，将候选公证人的历史交易评价与相互担保人的评价相结合，再通过概率变异和具有跨链交易记录的节点申请作为候选公证人的时间构建的适应度评估函数，保证了公证人的可靠性，同时引入具有跨链交易记录的节点申请作为候选公证人的时间构建的适应度评估函数能够保证公证人不被垄断，使普通的优秀节点也能具有更多的机会参选公证人，通过引入变异概率能够使没有担保人的节点能够随机匹配一个相似度较高的担保人，保证了新公证人的参选机会，增加了区块链的安全性。

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明流程框架示意图；

图3为本发明传统遗传算法流程图。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1和图2，本发明提供一种基于遗传算法的公证人节点选取方法，包括：

S1：获取多方区块链的跨链信息；所述跨链信息包括：参与跨链交易的多方区块链中节点的申请信息、节点的跨链交易记录、节点的源链交易记录、本次跨链交易所需公证人的数量、需要跨链交易的节点；所述参与跨链交易的多方区块链中节点的申请信息包括：在每次跨链交易时参与跨链交易的多方区块链中节点会选择是否申请作为候选公证人，而对于申请作为候选公证人的节点将会对其进行记录，包括：候选公证人的申请时间，候选公证人的ID，在区块链的跨链交易中，担保人机制是进行区块链跨链交易不可或缺的一部分，因此通过查询节点的跨链交易记录，能够查询到节点在参与某次跨链交易中的担保人和担保人的ID；节点的跨链交易记录中对于每次跨链交易均记录有节点每次参与跨链交易是否参选公证人(作为公证人节点)、完成跨链交易的时间、跨链交易获得的评级(评分)，节点完成公证交易所用的时间，节点的公证交易是否交易成功；节点的源链交易记录中对于每次源联交易均记录有源联交易获得的评分等等，这是区块链领域的基础，因此本发明不对区块链的基础进行详细介绍，本领域技术人员应该明白本发明中所涉及的跨链信息里面的数据是可以直接通过区块链平台等其余手段从区块链进行获取的。

S2：根据参与跨链交易的多方区块链中节点的申请信息将具有跨链交易记录的节点作为候选公证人；

从参与跨链交易的多方区块链中申请作为候选公证人的节点中将具有跨链交易记录的节点作为候选公证人，这里的候选公证人需要满足两个条件，首先需要在本次跨链交易发起时提出候选公证人申请，第二需要参与过跨链交易拥有跨链交易记录。

S3：根据候选公证人的跨链交易记录与源链交易记录，获得候选公证人的公证交易评分表、候选公证人的源链交易评分表和候选公证人的担保表。

S31：根据候选公证人的ID和候选公证人在跨链交易记录中公证交易获得的评级、候选公证人是否参选公证人、候选公证人公证交易所用的时间以及候选公证人公证交易是否交易成功创建候选公证人的公证交易评分表；

优选地，如表1所示，所述候选公证人的公证交易评分表包括：

表1：候选公证人的公证交易评分表

其中，numi表示候选公证人在跨链交易记录中公证交易获得的第i个评级的数量，IsSelectedj∈{0，1}表示候选公证人在第j个公证交易中是否参选公证人，Timej表示候选公证人第j个公证交易所用的时间，IsSuccessj表示候选公证人第j个公证交易是否交易成功，m表示公证交易中评级的等级数量，Ni表示候选公证人u参与公证交易的总次数。在区块链跨链交易中每次通过公证人机制进行跨链交易时，参与跨链交易的多方区块链中的节点会在跨链交易完成后根据公正人节点对跨链交易的处理速度和交易效率对公证人节点进行评价，根据公证人节点获得的评价最终获得评级，这个评级会保存在节点的跨链交易记录中，因此本发明可直接从节点的跨链交易记录中获取节点历史公正交易获得的评级，这是区块链具备的基础功能。

S32：根据候选公证人的ID、候选公证人在跨链交易记录中候选公证人的担保人创建候选公证人的担保表；

优选地，如表2所示，所述候选公证人的担保表包括：

表2：候选公证人的担保表

notary₁ … notary_y … notary_N notary₁ … D(1,y) … D(1,N) … … … … … … notary_x D(x,1) … D(x,y) … D(x,N) … … … … … … notary_N D(N,1) … D(N,y) …

其中，D(x,y)∈{0，1}表示候选公证人在跨链交易记录中是否存在第y个候选公证人作为第x个候选公证人的担保人，若存在第y个候选公证人notaryyy作为第x个候选公证人notaryxx的担保人则D(x,y)＝1，反之D(x,y)＝0，N表示候选公证人的数量，因为作为候选公证人的担保人，那么担保人必然参与过跨链交易。

S33：根据候选公证人的ID、候选公证人在源链交易记录中源链交易获得的评分创建候选公证人的源链交易评分表：

rating＝{rating1,rating2,...,ratingl}

其中，ratingl表示候选公证人第l个源链交易获得的评分，rating表示候选公证人的源链交易评分表，所述源链交易为节点在所述区块链上进行的交易，节点在源链上交易后系统会根据本次交易的速度、时间、交易量等因素给出本次交易的评分，这是本领域区块链具备的基础功能，因此本发明可以直接通过节点的源链交易获得节点每次交易获得的评分。

S4：根据候选公证人的公证交易评分表计算得到候选公证人的信誉染体。

优选地，所述根据候选公证人的公证交易评分表计算得到候选公证人的信誉染体包括：

S41：根据公证交易评分表中候选公证人的公证交易获得的评级计算候选公证人的公证交易评分；

优选地，所述候选公证人的公证交易评分包括：

其中，Score(u)表示候选公证人u的公证交易评分，numi表示候选公证人在跨链交易记录中公证交易获得第i个评级的数量，Num(u)表示候选公证人u在公证交易中获得所有评级的总数量。

S42：根据公证交易评分表中候选公证人是否参选公证人计算候选公证人的当选率；

其中，SelectedRate(u)表示候选公证人u的当选率，quantityu表示公证交易评分表中候选公证人u参选为公证人的次数，timesu表示候选公证人u参加公证人选举的总次数。

S43：根据公证交易评分表中候选公证人公证交易所用的时间计算候选公证人的交易效率；

其中，Efficiency(u)表示候选公证人u的交易效率，Nu表示候选公证人参与公证交易的总次数，timej表示候选公证人第j次公证交易所用的时间。

S44：根据公证交易评分表中候选公证人的公证交易是否交易成功计算候选公证人的交易成功率；

其中，SuccessRate(u)表示候选公证人u的交易成功率，timessuc表示公证交易评分表中候选公证人u在跨链交易记录中公证交易成功的次数，timetotal表示候选公证人u在跨链交易记录中公证交易的总次数。

S45：根据候选公证人的公证交易评分、当选率、交易效率和交易成功率生成候选公证人的信誉染体。

优选地，所述候选公证人的信誉染体包括：

CMSu＝(Scoreu,SelectedRateu,Efficieyu,SuccessRateu)

其中，scoreu表示候选公证人的公证交易评分，SelectedRateu表示候选公证人的当选率，Efficiencyu表示候选公证人的交易效率，SuccessRateu表示候选公证人的交易成功率，通过将历史交易信息编码作为候选公证人节点的信誉染体，可以在遗传算法迭代中体现节点的真实信誉度，保证公证人节点的可靠性。

S5：根据具有跨链交易记录的节点申请作为候选公证人的时间、候选公证人的信誉染体、候选公证人的源链交易评分表和候选公证人的担保表利用遗传算法计算候选公证人的信誉值，并根据候选公证人的信誉值得到可信候选公证人集合。

请参阅图3，进一步地，所述可信候选公证人集合的具体获得步骤包括：

S51：将候选公证人的信誉染体作为遗传算法的初始化染体种；

S52：根据候选公证人的源链交易评分表计算候选公证人的固有价值；

优选地，所述候选公证人的固有价值包括：

其中，SelfValueu表示候选公证人u的固有价值，Nul表示候选公证人u在源链交易记录中源链交易的次数，ratingl表示候选公证人u第l次源链交易获得的评分。

S53：根据具有跨链交易记录的节点申请作为候选公证人的时间、候选公证人的固有价值和候选公证人的信誉染体利用适应度函数计算得到候选公证人的信誉值；

优选地，所述候选公证人的信誉值包括：

Creditu＝α(t)weight.CMSu+(1–α(t)).SelfValueu

weight＝(weight1,weight2,weight3,weight4)

weight1+weight2+weight3+weight4＝1

其中，weight1表示候选公证人公证交易评分的权重，weight2表示候选公证人当选率的权重，weight3表示候选公证人公证交易效率的权重，weight4表示候选公证人公证交易成功率的权重，u表示候选公证人，t表示具有跨链交易记录的节点申请作为候选公证人的时间，α(t)表示时间阻尼因子，weight表示候选公证人信誉染体的权重，CMSu表示候选公证人的信誉染体，SelfValueu表示候选公证人的固有价值，Creditu表示候选公证人的信誉值。通过在适应度函数中引入时间阻尼因子，可以达到动态平衡候选公证人节点固有价值和信誉染体价值，使候选公证人节点在不同时刻侧重于不同的价值，增强本发明在不同场景下的适应度和鲁棒性，其中，weight1、weight2、weight3、weight4均为大于0的实数为本领域技术人员随机取值。

S54：若当前各候选公证人的信誉值已收敛或已超过预设迭代次数，则剔除掉信誉值未收敛的候选公证人或剔除信誉值小于平均信誉值的候选公证人得到可信公证人集合，若当前各候选公证人的信誉值未收敛且未超过预设迭代次数则执行步骤S55；

S55：根据候选公证人的担保表计算候选公证人的担保关系向量，并根据候选公证人的担保关系向量选择候选公证人的担保人；

优选地，所述候选公证人的担保关系向量包括：

DX＝D(x,1)…D(x,y)…D(x,N)

其中，DX表示候选公证人notaryx的担保关系向量，D(x,y)∈{0，1}表示候选公证人的历史公正交易记录中是否存在第y个候选公证人notaryy作为第x个候选公证人notaryx的担保人，若存在第y个候选公证人notaryy作为第x个候选公证人notaryx的担保人则D(x,y)＝1，反之D(x,y)＝0，N表示候选公证人的数量。

优选地，所述根据候选公证人的担保关系向量选择候选公证人的担保人包括：

遍历候选公证人的担保关系向量中的每一个元素，当D(x,y)＝1时将候选公证人notaryy作为候选公证人notaryx的担保人。

S56：根据候选公证人的担保人与候选公证人的信誉染体计算得到候选公证人的担保人与候选公证人的相似度；并根据候选公证人的担保人与候选公证人的相似度计算候选公证人的担保人与候选公证人的相似度的权重：

优选地，所述候选公证人的担保人与候选公证人的相似度包括：

其中，d(u,v)表示候选公证人的担保人v与候选公证人u的相似度，表示候选公证人u的信誉染体中的第i个属性，表示候选公证人的担保人v的信誉染体中的第i个属性，其中，信誉染体中的属性包括：候选公证人的历史公证交易评分、当选率、交易效率和交易成功率，同理候选公证人的担保人相同。

优选地，所述候选公证人与候选公证人的担保人相似度的权重包括：

其中，P(u,v)表示候选公证人u与候选公证人的担保人v的相似度的权重，d(u,v)表示候选公证人的担保人v与候选公证人u的相似度，d(u，v)i表示第i个候选公证人的担保人与候选公证人的相似度，ω(v)表示候选公证人的担保人集合。

S57：根据候选公证人的担保人与候选公证人的相似度以及候选公证人的担保人与候选公证人的相似度的权重计算候选公证人的担保染体，并将候选公证人的担保染体与候选公证人的信誉染体进行交叉，生成候选公证人的交叉信誉染体；

优选地，所述候选公证人的担保染体包括：

其中，CMS(u)表示候选公证人的担保染体，P(u,v)表表示候选公证人u与候选公证人的担保人v的相似度的权重，ω(u)表示候选公证人的担保人集合，CMSv表示候选公证人的担保人的信誉染体。

优选地，所述候选公证人的交叉信誉染体包括：

CMS(u)′＝β·CMS(u)+(1-β)·CMSu

其中，u表示候选公证人节，β表示交叉权重因子，CMSu表示候选公证人u的信誉染体，CMS(u)候选公证人u的担保染体，CMS(u)′表示候选公证人u的交叉信誉染体。通过在交叉环节引入候选公证人间相互担保评价机制，并在担保转移信誉值时通过欧式距离衡量节点相似度，以达到平衡新旧公证人节点和解决信誉值转移时主题漂移问题的目的，使可信可靠的新候选公证人节点有更大的机会成为可信公证人。

S58：根据候选公证人的担保人的数量计算候选公证人的变异概率，并根据候选公证人的变异概率对候选公证人的交叉信誉染体进行变异，生成候选公证人的交叉变异染体，将候选公证人的交叉变异染体作为遗传算法下一次迭代时的染体种；并重复步骤S53-S58；输出可信公证人集合。

优选地，所述候选公证人的变异概率包括：

其中，P(u)表示候选公证人u的变异概率，numtrust表示候选公证人u的担保人的数量，numtotal表示所有候选公证人的数量。

优选地，所述候选公证人的交叉变异染体包括：

CMS(u)’‘＝β·CMS(u)′+(1-β)·P(u,v)·CMSv

其中，u表示候选公证人节，β表示交叉权重因子，CMSu表示候选公证人的信誉染体，CMS(u)候选公证人的担保染体，CMS(u)′表示候选公证人的交叉信誉染体，CMS(u)’‘表示候选公证人的交叉变异染体，通过在变异环节引入一种概率方法，使没有担保节点的候选公证人节点有更高的概率去随机交叉一个高信誉值的候选公证人节点，以达到防止遗传算法过早发生局部收敛现象和破坏高信誉值公证人垄断的目的，β为本领域技术人员随机取值。

S6：根据本次跨链交易所需公证人的数量从可信候选公证人集合中选取对应数量的候选公证人作为公证人节点。

在可信公证人集合中设置两个指针pre和last，分别指向信誉值最高的候选公证人和信誉值最低的候选公证人，根据本次跨链交易所需公证人的数量依次从可信公证人集合的两端向中间移动指针pre和last，将指针pre和last所指向的候选公证人均作为跨链交易的公证人节点。

S7：通过公证人节点对需要跨链交易的节点之间的跨链交易数据进行处理，完成跨链交易。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。