基于移动终端自组网的区块链实现方案

一、方案概述

参考超级账本fabric的设计原理，应因移动终端自组区块链网络的需求，开发本系统。系统主要包含两部分：p2p通信服务器和区块链终端设备。

首先需要搭建组网的信令服务器，实现移动终端节点p2p网络通信。其次移动终端申请安装组网apk,同时获取到授权证书，即可成为区块网络中的受信节点。通过在应用终端配置，选择作为共识节点或背书节点。

移动终端自组网的区块链核心功能，包含6个部分：1、身份认证 ；2、p2p通信； 3、账本实现 ；4、共识机制实现；5、背书机制实现；6、智能合约设计。

二、核心功能点实现

1. 用户身份认证

移动设备加入区块网络，需要通过授权证书的方式，安装相应的区块链APK。区块网络对加入的设备，进行身份认证。当用户操作区块网络时，使用系统颁发的证书，对交易数据进行签名。区块链节点收到请求后，根据内置的算法，对请求进行签名验证，如果认证通过，则接受该设备的请求， 否则拒绝。

2. p2p通信

使用webrtc技术中的数据通道( DataChannel)建立一个在两个节点之间的双向的数据通道，达到点对点通信的目的。流程如下：

1. 连接双方（Peer）通过第三方服务器来交换（Signalling）各自的SessionDescription数据。

2. 连接双方（Peer）通过STUN协议从STUN Server那里获取到自己的NAT结构，子网IP和公网IP，端口，这里的IP和端口对我们称之为ICE Candidate。

3. 连接双方（Peer）通过第三方服务器来交换（Signalling）各自ICE Candidates，如果连接双方在同一个NAT下那他们仅通过内网Candidate就能建立起连接，反之如果他们处于非对称型NAT下，就需要STUN Server识别出的公网Candidate进行通讯。

4. 如果仅通过STUN Server发现的公网Candidate仍然无法建立连接，换句话说就是连接双方（Peer）中至少有一方处于对称NAT下，这就需要处于对称NAT下的客户端（Peer）去寻求TURN Server提供的转发服务，然后将转发形式的Candidate共享（Signalling）给对方（Peer）。

5. 连接双方（Peer）向目标IP端口发送报文，通过SessionDescription中涉及的密钥以及期望传输的内容，建立起加密长连接

并且由于信令服务器的存在，节点可以知道网络中其它所有节点的地址，从而很容易进行节点发现等操作。

3. 账本设计

使用手机嵌入式数据库，作为账本记录工具。以行数据和上个区块的hash作为当前交易记录hash值，这样就将交易区块以hash相链接的方式记录在表中。详细见区块链账本表结构设计。

4.共识设计

共识机制采用ETCD共识，每个移动设备都维护一张共识节点表，根据随机种子，选取其中一个节点进行打包区块操作，新的区块生成后，有打包节点广播消息给区块网络中的记账节点，记账节点收到广播后，同步账本到本地数据库。当新加入的共识设备，通过广播的方式向区块中的其他节点发送心跳，其他节点接收到心跳后，更新本地路由表。

5. 背书设计

背书算法采用背书率>50%的背书机制。当请求端发起背书请求时，通过广播的方式向区块网络中的背书节点请求背书，当请求端收到的节点模拟执行结果>50%后，order节点即可完成打包追加区块操作，同时广播消息给记账节点。记账节点将背书的结果记录在区块表中，并更新交易记录表。

6.智能合约

自组网的合约程序运行在记账节点的数据库中。部署智能合约，通过向数据库插入一行合约数据完成。当用户调用合约时，根据合约名称，查找对应的合约数据即可。每次对合约的操作，都需要将操作记录保存在交易记录表中。

区块链账本存储表结构

• 区块表，储存区块信息

• 交易记录表，储存交易信息

• 智能合约表，储存合约信息

• 路由表，储存节点信息