DOI：10.3969/j.issn.10001565.2024.02.013

摘" 要：區(qū)塊鏈技術(shù)為刑罰變更執(zhí)行數(shù)據(jù)的真實(shí)可信提供支撐，并實(shí)現(xiàn)各主體間的互信和高效協(xié)同.對權(quán)威證明共識算法（proof of authority，PoA）存在的制約因素進(jìn)行分析并提出一種改進(jìn)的動態(tài)加權(quán)權(quán)威證明算法（dynamic weighted proof of authority，DWPoA），進(jìn)行刑罰變更執(zhí)行提請共識.構(gòu)建聯(lián)盟鏈，基于Tangle結(jié)構(gòu)提出一種鏈上共識算法，進(jìn)行刑罰變更執(zhí)行主體間的鏈上共識；基于（t，n）門限簽名提出一種分布式預(yù)言機(jī)鏈下共識算法進(jìn)行鏈上、鏈下共識，并對帶寬占用率和共識時(shí)長進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，分布式預(yù)言機(jī)鏈下共識算法更具優(yōu)勢.

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈；共識；刑罰變更執(zhí)行

中圖分類號：TP391""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A""" 文章編號：10001565（2024）02021609

Research on consensus algorithm for penalty change execution

MA Guofu1， SUN Yuhao1， WANG Lu1， SONG Yingbo2

（1. Department of Information Management， The National Police University for Criminal Justice，Baoding 071000， China; 2. The Fourth Hospital， Hebei Medical University， Shijiazhuang 050011， China）

Abstract： Blockchain technology supports the authenticity and trustworthiness of penalty change execution data， enabling mutual trust and efficient collaboration among various entities.To address the constraints of Proof of Authority， an improved Dynamic Weighted Proof of Authority algorithm has been proposed to request consensus for penalty change execution.Another approach to achieve on-chain consensus among penalty change execution entities is to build an alliance chain and propose an on-chain consensus algorithm based on the Tangle structure.Based on the （t， n） threshold signature， a distributed oracle machine offline consensus algorithm has been proposed to carry out the on-chain and off-chain consensus. The bandwidth occupancy and consensus duration have been simulated， and the distributed oracle machine offline consensus algorithm has more advantages.

Key words： blockchain; consensus; penalty change execution

努力讓人民群眾在每一個(gè)司法案件中都能感受到公平正義，政法機(jī)關(guān)必須嚴(yán)格執(zhí)法、公正司法.然而，一些執(zhí)法人員搞權(quán)力尋租，違規(guī)違法“減刑假釋”，損害法治權(quán)威和公信力.當(dāng)前，一些監(jiān)獄刑罰執(zhí)行辦案中心［1］利用信息化辦案手段實(shí)現(xiàn)與檢、法數(shù)據(jù)對接，但面臨辦案標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、執(zhí)法責(zé)任體系不完善、依法履職免責(zé)制度難落實(shí)、信息化辦案手段不足、執(zhí)法監(jiān)督弱化等挑戰(zhàn)，要發(fā)揮區(qū)塊鏈在優(yōu)化業(yè)務(wù)流程、提升協(xié)同效率、建設(shè)可信體系等方面的作用.區(qū)塊鏈不可篡改、可追溯等技術(shù)特點(diǎn)與公證的證明職能在邏輯上的銜接和功能上的

收稿日期：20230509；修回日期：20240112

基金項(xiàng)目：河北省科技計(jì)劃項(xiàng)目（21555601D）；全國司法行政系統(tǒng)理論研究規(guī)劃課題（22GH2030）

第一作者：馬國富（1974—），男，中央司法警官學(xué)院教授，主要從事區(qū)塊鏈、人工智能研究.E-mail：magf2003@126.com

有機(jī)結(jié)合，提升了法律服務(wù)的能效和能級［2］.針對跨部門信息共享交換難、業(yè)務(wù)協(xié)同效率低等問題，區(qū)塊鏈共識機(jī)制支持跨鏈協(xié)同，實(shí)現(xiàn)刑罰變更執(zhí)行主體間的互認(rèn)互信［3］，提高協(xié)同辦案能力，加強(qiáng)制約監(jiān)督，提升辦案質(zhì)效和司法公信力.

1" 刑罰變更執(zhí)行

1.1" 刑罰變更執(zhí)行的界定

劉吉山［4］認(rèn)為刑罰變更執(zhí)行是對發(fā)生法律效力的刑事判決、裁定所確定的刑罰在交付執(zhí)行或?qū)嶋H執(zhí)行過程中，由于發(fā)生了法定的事由而依法改變或調(diào)整原判刑罰的執(zhí)行方式或內(nèi)容的一項(xiàng)刑罰執(zhí)行制度，主要包括減刑、假釋和暫予監(jiān)外執(zhí)行.當(dāng)前實(shí)踐中，刑罰變更執(zhí)行主要是減刑，因此本文主要以減刑為主要研究內(nèi)容.

1.2" 刑罰變更執(zhí)行程序及其存在的問題

減刑程序包括監(jiān)獄提請、檢察機(jī)關(guān)進(jìn)行法律監(jiān)督以及服刑地中級以上法院的審理、裁定.當(dāng)前，減刑面臨著執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不一、周期長、證據(jù)不全面、證據(jù)證明力不足、提請和監(jiān)督效能低下等問題.在監(jiān)獄提請減刑實(shí)踐中，對“確有悔改表現(xiàn)”等主要條件的理解可能就見仁見智了［5］.減刑實(shí)質(zhì)化審理導(dǎo)致周期顯著延長，法庭審理長度與烈度梯次增強(qiáng)［6］.

2" 刑罰變更執(zhí)行共識的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

刑罰變更執(zhí)行涉及監(jiān)獄科層間和監(jiān)獄、檢察院、法院（以下簡稱監(jiān)檢法）間的共識，基于區(qū)塊鏈的共識算法可以支持多主體間的高效協(xié)同和互認(rèn)互信［3］.

2.1" 區(qū)塊鏈共識機(jī)制的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

刑罰變更執(zhí)行實(shí)質(zhì)化審理對罪犯減刑相關(guān)數(shù)據(jù)存證有了更高需求，借助區(qū)塊鏈進(jìn)行數(shù)據(jù)存證，將執(zhí)法數(shù)據(jù)上鏈［7］，確保數(shù)據(jù)防篡改、可信、可追溯等特性.區(qū)塊鏈?zhǔn)且詤^(qū)塊為單位、基于哈希值的鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如圖1所示.

每個(gè)區(qū)塊分為區(qū)塊頭和區(qū)塊體，區(qū)塊體包含罪犯減刑數(shù)據(jù)及其哈希值構(gòu)成的Merkle Tree等信息，如圖2所示.當(dāng)某一葉子節(jié)點(diǎn)上的部門數(shù)據(jù)變更后，該變更數(shù)據(jù)的哈希值變化將逐級上傳到相應(yīng)的父節(jié)點(diǎn)，直到Merkle Tree的根節(jié)點(diǎn)（Root）中的哈希值產(chǎn)生變化，從而發(fā)現(xiàn)減刑數(shù)據(jù)被篡改，Merkle Tree能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證和隸屬性證明.

2.2" 數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證

要驗(yàn)證區(qū)塊鏈上的減刑數(shù)據(jù)是否被篡改，證明步驟如下：

步驟1" 計(jì)算部門A上傳減刑執(zhí)法數(shù)據(jù)的哈希值：N0=Hash（A）；

步驟2" 計(jì)算N0和N1的哈希值，得到父節(jié)點(diǎn)的哈希值：N4=Hash（N0+N1）；

步驟3" 重復(fù)步驟2所述過程，計(jì)算N4和N5的哈希值，得到根節(jié)點(diǎn)的哈希值：Root=Hash（N4+N5）；

步驟4" 將上述計(jì)算根哈希值和區(qū)塊頭中的Merkle Tree根哈希值進(jìn)行比較，若2個(gè)哈希值相同，則說明數(shù)據(jù)沒有被修改，是完整的；反之，則說明數(shù)據(jù)被修改，是不完整的.

2.3" 隸屬性證明

如果要證明部門A的減刑數(shù)據(jù)已存在于區(qū)塊鏈的區(qū)塊中，只需要提供部門A的減刑數(shù)據(jù)和通往樹根路徑上各哈希值，即可證明部門A的減刑執(zhí)法數(shù)據(jù)已上鏈，如圖2所示.步驟和數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證類似，不再贅述.

3" 基于區(qū)塊鏈的刑罰變更執(zhí)行提請共識

刑罰變更執(zhí)行提請證據(jù)數(shù)據(jù)可以在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中分布式存儲，共識機(jī)制可以依據(jù)目標(biāo)業(yè)務(wù)性質(zhì)為各節(jié)點(diǎn)建立規(guī)則并進(jìn)行上鏈數(shù)據(jù)共識，為案件回溯提供證據(jù)鏈，提升刑罰變更執(zhí)行執(zhí)法質(zhì)效和公信力.

3.1" DWPoA共識算法

刑罰變更執(zhí)行全流程涉及數(shù)據(jù)層級流轉(zhuǎn)和跨單位數(shù)據(jù)調(diào)用，需要適配以權(quán)威性為度量的共識算法，并根據(jù)數(shù)據(jù)來源權(quán)限，動態(tài)調(diào)整權(quán)重.權(quán)威算法（proof of authority，PoA）［8］在每輪選舉中，從驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)中選出1個(gè)或多個(gè)權(quán)威節(jié)點(diǎn)，作為領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)提出新區(qū)塊.至少被N/2+1個(gè)區(qū)塊驗(yàn)證后，新區(qū)塊被確定，實(shí)現(xiàn)分布式共識.然而，PoA的區(qū)塊生成權(quán)集中于權(quán)威節(jié)點(diǎn)，造成集中化程度較高［9］，為此需要改進(jìn)PoA.動態(tài)加權(quán)權(quán)威證明（dynamic weighted proof of authority，DWPoA）算法通過節(jié)點(diǎn)權(quán)重值大小來選取領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)，通過數(shù)字證書中的行政級別賦予權(quán)重值，并通過權(quán)重值的大小選取權(quán)威節(jié)點(diǎn)和領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn).領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)成為區(qū)塊提議者，其他權(quán)威節(jié)點(diǎn)成為區(qū)塊驗(yàn)證者.領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)提出新區(qū)塊進(jìn)行共識，算法依據(jù)權(quán)重大小將每一個(gè)區(qū)塊驗(yàn)證者排隊(duì)依次驗(yàn)證；僅當(dāng)驗(yàn)證隊(duì)列的最后區(qū)塊驗(yàn)證者完成驗(yàn)證后，優(yōu)先級最高的區(qū)塊將會被接收.DWPoA的節(jié)點(diǎn)權(quán)重基于節(jié)點(diǎn)自身權(quán)益，定義如下：

定義1" 節(jié)點(diǎn)自身權(quán)益

節(jié)點(diǎn)自身權(quán)益是指節(jié)點(diǎn)i在所有節(jié)點(diǎn)上的權(quán)益總量，其計(jì)算公式如下：

Xi=∑mj=1KijAij，（1）

式（1）中，Xi代表節(jié)點(diǎn)i具有的所有權(quán)益，Aij代表節(jié)點(diǎn)i在節(jié)點(diǎn)j上的權(quán)益，Kij代表節(jié)點(diǎn)i在節(jié)點(diǎn)j上的權(quán)益比例函數(shù)，m為所有權(quán)益節(jié)點(diǎn)總數(shù).

定義2" 節(jié)點(diǎn)自身權(quán)重

i節(jié)點(diǎn)的權(quán)重Wi是指節(jié)點(diǎn)i所擁有的權(quán)益占所在網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)權(quán)益總量的比值［10］，其計(jì)算公式如下：

Wi=Xi∑nj=1Xj，（2）

式（2）中，Wi代表節(jié)點(diǎn)i自身權(quán)重值，Xi代表節(jié)點(diǎn)i的權(quán)益，n為所有參與共識的節(jié)點(diǎn)總數(shù).節(jié)點(diǎn)具有權(quán)益越多，節(jié)點(diǎn)自身的權(quán)重值也就越大.

3.2" 權(quán)威節(jié)點(diǎn)加入算法

刑罰變更執(zhí)行常因人員職位調(diào)動致其權(quán)重值發(fā)生改變，為此，通過計(jì)算不同網(wǎng)絡(luò)下的權(quán)重值，設(shè)計(jì)適配不同網(wǎng)絡(luò)的權(quán)威節(jié)點(diǎn)加入算法，步驟及其偽代碼如下：

步驟1" 計(jì)算新節(jié)點(diǎn)具有的權(quán)重值；

步驟2" 判斷新節(jié)點(diǎn)是否達(dá)到預(yù)加入網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重閾值，如果等于或大于權(quán)重閾值，則網(wǎng)絡(luò)中的驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)對預(yù)加入的新節(jié)點(diǎn)進(jìn)行共識操作；

步驟3" 如果新節(jié)點(diǎn)通過N/2+1驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)和最大權(quán)重驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)的共識，則權(quán)威節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò).

The Algorithm of adding authorities

function calculate_node_weight（new_node）{

weight=Wi

return weight

}

function validate_block（new_node， nodes） {

if new_node_weight gt; = weight_thershold

cumulative_value = 0

sorted_nodes= sorted（nodes，key=lambda x：x.weight，reverse=true）

for node in sorted_nodes

consensus_result = perform_consensus（node， new_node）

cumulative_value += consensus_result

if cumulative_value gt;= N/2 + 1 and node == sorted_nodes［0］

authoritative_node.add（new_node）

}

3.3" 新區(qū)塊共識算法

為了提高司法公信力，在驗(yàn)證共識流程中，DWPoA依據(jù)驗(yàn)證者的權(quán)重動態(tài)調(diào)整區(qū)塊驗(yàn)證的閥值和順序，直至最高權(quán)重驗(yàn)證者對新區(qū)塊驗(yàn)證共識后，新區(qū)塊才能獲得確認(rèn)，共識驗(yàn)證過程及其偽代碼如下：

步驟1" 根據(jù)權(quán)重值為驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)排序（權(quán)重值由小到大）；

步驟2" 各節(jié)點(diǎn)對區(qū)塊進(jìn)行共識驗(yàn)證，計(jì)算完成共識驗(yàn)證的累計(jì)值；

步驟3" 判斷共識驗(yàn)證區(qū)塊的累計(jì)值是否滿足共識閥值，如果區(qū)塊等于或大于共識閾值，則產(chǎn)生新區(qū)塊.

The Algorithm of validating consensus block

function sort_nodes（nodes） {

for i in range（len（nodes））

for j in range（i+1， len（nodes））

if nodes［i］.weight lt; nodes［j］.weight

swap（nodes［i］， nodes［j］）

return nodes

}

function validate_block（block， nodes） {

cumulative_value = 0

validated_blocks=［］

sorted_nodes = sort_nodes（nodes）

for node in sorted_nodes

consensus_result = perform_consensus（node， block）

cumulative_value += consensus_result

if cumulative_value gt;= consensus_threshold

validated_blocks.add（block）

}

4" 基于區(qū)塊鏈的刑罰變更執(zhí)行鏈上鏈下共識

在監(jiān)檢法間構(gòu)建基于分布式預(yù)言機(jī)的聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡(luò)，通過預(yù)言機(jī)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行跨鏈共識通信［11］，實(shí)現(xiàn)刑罰變更執(zhí)行數(shù)據(jù)的一致性，提高協(xié)同辦案效率和司法公平正義.

4.1" 構(gòu)建刑罰變更執(zhí)行聯(lián)盟鏈

聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡(luò)是將監(jiān)檢法各自的私有鏈互聯(lián)而成，如圖3所示.

在圖3中，各私有鏈之間進(jìn)行數(shù)據(jù)隔離，可通過授權(quán)進(jìn)行跨鏈獲取其他私有鏈上的數(shù)據(jù).聯(lián)盟鏈?zhǔn)怯筛魉接墟溨羞x舉出的權(quán)威節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，并在私有鏈間提供安全、可信的跨鏈數(shù)據(jù)傳輸［12］，私有鏈中的權(quán)威節(jié)點(diǎn)可通過集體選舉方式更新聯(lián)盟鏈中的節(jié)點(diǎn).

4.2" 基于預(yù)言機(jī)的刑罰變更執(zhí)行鏈上鏈下數(shù)據(jù)協(xié)同

聯(lián)盟鏈?zhǔn)且粋€(gè)封閉的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)源為基于私鑰的用戶，數(shù)據(jù)調(diào)用是受限的［13］.為保證監(jiān)檢法間的數(shù)據(jù)互信互認(rèn)，用分布式預(yù)言機(jī)實(shí)現(xiàn)鏈上鏈下數(shù)據(jù)協(xié)同，如圖4所示.

1）智能合約構(gòu)建.構(gòu)建用戶智能合約和預(yù)言機(jī)智能合約.2）數(shù)據(jù)請求.執(zhí)法者通過用戶智能合約向預(yù)言機(jī)智能合約發(fā)送數(shù)據(jù)請求，預(yù)言機(jī)智能合約向預(yù)言機(jī)池中的預(yù)言機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請求，各預(yù)言機(jī)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證.3）數(shù)據(jù)檢索.當(dāng)預(yù)言機(jī)池中的各預(yù)言機(jī)節(jié)點(diǎn)完成驗(yàn)證后，從鏈下各數(shù)據(jù)源獲取對應(yīng)數(shù)據(jù).4）數(shù)據(jù)反饋.預(yù)言機(jī)池中的各預(yù)言機(jī)節(jié)點(diǎn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行共識，完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)聚合，然后將聚合后的數(shù)據(jù)發(fā)送給預(yù)言機(jī)智能合約，預(yù)言機(jī)智能合約驗(yàn)證后返送給用戶智能合約.

4.3" 鏈上鏈下共識數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

刑罰變更執(zhí)行中需要相互調(diào)用數(shù)據(jù)，基于Tangle結(jié)構(gòu)的有向無環(huán)圖共識算法基于權(quán)重進(jìn)行共識，可同時(shí)對多項(xiàng)共識請求進(jìn)行驗(yàn)證，適用于單位間的高效數(shù)據(jù)調(diào)用，如圖5所示.

Tangle結(jié)構(gòu)具有自身權(quán)重和累積權(quán)重，累計(jì)權(quán)重是其自身權(quán)重加上所有直接或間接驗(yàn)證本次交易的權(quán)重之和［14］.在圖5中，site4的（1）表示自身權(quán)重；［5］表示累計(jì)權(quán)重，是site4自身權(quán)重加上指向其的所有下屬子節(jié)點(diǎn)（site1、site2、site3）的各自自身權(quán)重.數(shù)據(jù)調(diào)用時(shí)，Tangle結(jié)構(gòu)可對多共識請求構(gòu)建多對一的有向邊，并進(jìn)行共識驗(yàn)證［15］.當(dāng)請求節(jié)點(diǎn)的權(quán)重達(dá)到閾值后，獲取到對應(yīng)訪問權(quán)限.

4.4" 跨鏈共識節(jié)點(diǎn)認(rèn)可關(guān)系

定義3" 節(jié)點(diǎn)認(rèn)可關(guān)系R

節(jié)點(diǎn)認(rèn)可關(guān)系R的公式為

Rji=1，" 節(jié)點(diǎn)i通過對節(jié)點(diǎn)j的認(rèn)可

0，" 節(jié)點(diǎn)i沒有通過對節(jié)點(diǎn)j的認(rèn)可 ，（3）

式（3）中，Rji=1表示節(jié)點(diǎn)i通過對節(jié)點(diǎn)j的認(rèn)可，Rji=0表示i沒有通過對于節(jié)點(diǎn)j的認(rèn)可，節(jié)點(diǎn)j無法獲得節(jié)點(diǎn)i的共識.

定義4" 節(jié)點(diǎn)綜合認(rèn)可度G

j節(jié)點(diǎn)綜合認(rèn)可度Gj的計(jì)算公式為

Gj=∑ni=1Rji*Wji，（4）

式（4）中，n為參與共識的節(jié)點(diǎn)數(shù)，Wji為節(jié)點(diǎn)i對j的認(rèn)可權(quán)重值.

4.5" 鏈上授權(quán)新區(qū)塊共識

在檢察院對監(jiān)獄提請減刑數(shù)據(jù)審查過程中，常出現(xiàn)因數(shù)據(jù)權(quán)屬、數(shù)據(jù)涉密等原因造成數(shù)據(jù)調(diào)用權(quán)限無法高效劃定而多次紙面化溝通，效率低下的同時(shí)司法成本較高，使得監(jiān)督滯后，無形中弱化了檢察院的監(jiān)督.區(qū)塊鏈共識算法在某種程度上可以解決上述問題，提高檢察院的監(jiān)督剛性［5］.基于Tangle結(jié)構(gòu)的共識算法根據(jù)共識請求認(rèn)可度大小來劃定數(shù)據(jù)調(diào)用權(quán)限，將共識請求節(jié)點(diǎn)的認(rèn)可度計(jì)算模型融入聯(lián)盟鏈的共識機(jī)制，實(shí)現(xiàn)共識的高效化，解決監(jiān)督滯后問題.鏈上新區(qū)塊共識驗(yàn)證過程及其偽代碼如下：

步驟1" 統(tǒng)計(jì)參與共識的請求區(qū)塊j和共識驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)i；

步驟2" 為共識請求區(qū)塊j和共識驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)i構(gòu)建共識關(guān)系Rji，并重復(fù)該過程，直到所有共識請求區(qū)塊和共識驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)構(gòu)建了有向無環(huán)圖共識網(wǎng)絡(luò)；

步驟3" 計(jì)算每個(gè)共識請求區(qū)塊的綜合認(rèn)可度，如果某個(gè)共識請求區(qū)塊的綜合認(rèn)可度超過閾值，則生成被授權(quán)的新區(qū)塊.

The Algorithm of authorization consensus

function get all_nodes and all_blocks{

all_nodes = get_all_consensus_nodes（）

all_blocks = get_all_consensus_blocks（）

}

function create consensus_network（nodes，blocks）{

for node in nodes

for block in blocks

consensus_relation = build_consensus_relation（node， block）

}

function calculate_block_score（nodes，blocks）{

for block in blocks

"total_score = 0

for node in nodes

consensus_relation = build_consensus_relation（node， block）

consensus_score = consensus_network［consensus_relation］

total_score += consensus_score

block_scores［block］= total_score

authorized_blocks = ［］

for block，block_score in block_scores.items（）

if block_score gt;= authorization_threshold

""authorized_blocks.add（block）

}

4.6" 授權(quán)節(jié)點(diǎn)跨鏈調(diào)取鏈下數(shù)據(jù)共識

為了實(shí)現(xiàn)跨鏈調(diào)取鏈下數(shù)據(jù)，需要由多個(gè)預(yù)言機(jī)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)共識，導(dǎo)致區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)壓力大、共識效率低等問題.基于（t，n）門限簽名的分布式預(yù)言機(jī)鏈下共識方案可以實(shí)現(xiàn)高效共識［16］，n為參與共識數(shù)，t為是否產(chǎn)生完整有效簽名的一個(gè)門限值.各預(yù)言機(jī)節(jié)點(diǎn)鏈下對執(zhí)法數(shù)據(jù)簽名共識后，領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)將聚合后的數(shù)據(jù)和可驗(yàn)證簽名發(fā)送到區(qū)塊鏈，保證上鏈數(shù)據(jù)可信的同時(shí)，減緩了區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)壓力，提高共識效率，提升各單位間的辦案質(zhì)效.跨鏈調(diào)取鏈下數(shù)據(jù)共識驗(yàn)證過程及其偽代碼如下：

步驟1" 領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)提出授權(quán)區(qū)塊，并將其自身簽名信息、認(rèn)證信息進(jìn)行整合；

步驟2" 驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)依次對授權(quán)區(qū)塊進(jìn)行驗(yàn)證.若通過驗(yàn)證，驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)依次聚合各自認(rèn)證驗(yàn)證和簽名信息，將驗(yàn)證信息進(jìn)行廣播；

步驟3" 領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)獲取完成驗(yàn)證的簽名信息，并聚合成門限簽名；

步驟4" 判斷簽名是否達(dá)到門限值.如果簽名達(dá)到門限值，領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)將信息聚合成區(qū)塊，并提交到本地區(qū)塊鏈上；

步驟5" 領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)將區(qū)塊返回給數(shù)據(jù)請求智能合約.

The Algorithm of validating consensus in off-chain

function propose authorized_block（leader_node）{

authorized_block = get_authorized_block（leader_node） }

function generate signature and authentication_info（authorized_node，authorized_block）{

signature = leader_node.sign（authorized_node）

authentication_info = some_function（authorized_block）

}

function authenticated_nodes（authorized_block，authentication_info，nodes）{

authenticated_nodes = ［］

for node in nodes

if node.validate（authorized_block）

node.broadcast（authentication_info）

authenticated_nodes.add（node）

}

function check_threshold（block，authorized_block， authentication_info，threshold_value）{

partial_sig_Msgs = ［node.partial_sig_Msgs for node in authenticated_nodes］

partial_sig = aggregate_signatures（partial_sig_Msgs，threshold_value）

if check_threshold（partial_sig， threshold_value）

block=create_block（authorized_block， authentication_info，partial_sig）

local_blockchain.add（block）

smart_contract.return_info（block.info）

}

5" 基于區(qū)塊鏈共識機(jī)制的刑罰變更執(zhí)行共識實(shí)驗(yàn)分析

對鏈上、鏈下共識的帶寬占用率和時(shí)長進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，為更客觀還原現(xiàn)實(shí)應(yīng)用場景，考慮網(wǎng)絡(luò)帶寬、網(wǎng)絡(luò)延遲、預(yù)言機(jī)節(jié)點(diǎn)數(shù)、數(shù)據(jù)量等因素，取10次仿真結(jié)果的均值，從而得到比較真實(shí)的模擬結(jié)果.同時(shí)，通過調(diào)整預(yù)言機(jī)節(jié)點(diǎn)數(shù)、用戶請求數(shù)量等參數(shù)，對比各參數(shù)對鏈上、鏈下共識性能的影響.實(shí)驗(yàn)環(huán)境和參數(shù)如表1所示.

5.1" 鏈上和鏈下共識的網(wǎng)絡(luò)帶寬占用率對比分析

在仿真實(shí)驗(yàn)中，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)帶寬為100 Mbps、參與共識的節(jié)點(diǎn)數(shù)為5至50、共識認(rèn)證的信息大小為1 kb，仿真請求數(shù)量為100～1 000，2種共識方案的帶寬占用率對比分析如圖6所示.

從圖6中可以看出：相較于PBFT鏈上共識，提出的分布式預(yù)言機(jī)鏈下共識算法的帶寬占用率更少，并且隨著用戶請求數(shù)的增加，分布式預(yù)言機(jī)鏈下共識算法更具優(yōu)勢.

5.2" 鏈上和鏈下共識的時(shí)長對比分析

用時(shí)長來對比鏈上、鏈下共識效率，共識用時(shí)越短則共識越高效、數(shù)據(jù)傳輸也越安全.在仿真實(shí)驗(yàn)中，為更客觀地還原實(shí)際應(yīng)用場景，設(shè)定網(wǎng)絡(luò)通信延遲（network_delay）和節(jié)點(diǎn)故障概率（node_failure_rate）分別為0.2 s和5%，2種共識方案的時(shí)長對比分析如圖7所示.

在圖7中，相較于PBFT鏈上共識，提出的門限簽名鏈下共識算法在相同節(jié)點(diǎn)數(shù)下，達(dá)成共識的時(shí)長更短，并且隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，分布式預(yù)言機(jī)鏈下共識算法更具優(yōu)勢.

6" 結(jié)論

針對2019—2022年因錯誤導(dǎo)致撤銷的刑罰變更執(zhí)行裁定書進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)在刑罰變更執(zhí)行提請、裁定、監(jiān)督環(huán)節(jié)中，存在著標(biāo)準(zhǔn)不一、業(yè)務(wù)協(xié)同效率低、制約監(jiān)督弱化等問題.在對刑罰變更執(zhí)行共識區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，提出一種基于節(jié)點(diǎn)權(quán)重的動態(tài)加權(quán)權(quán)威證明算法用于刑罰變更執(zhí)行提請共識；構(gòu)建聯(lián)盟鏈，提出一種基于節(jié)點(diǎn)認(rèn)可度的Tangle結(jié)構(gòu)算法用于刑罰變更各主體間的鏈上共識，提出一種基于（t，n）門限簽名的分布式預(yù)言機(jī)算法用于跨鏈調(diào)取鏈下數(shù)據(jù)共識.共識機(jī)制、智能合約、分布式存儲等區(qū)塊鏈技術(shù)，融入刑罰變更執(zhí)行提請、裁定、監(jiān)督業(yè)務(wù)全流程，實(shí)現(xiàn)了刑罰變更執(zhí)行執(zhí)法數(shù)據(jù)鏈上存證、不可篡改、可追溯，落實(shí)刑罰變更執(zhí)行案件終身負(fù)責(zé)制，進(jìn)一步規(guī)范刑罰變更執(zhí)行，解決刑罰變更執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、跨單位數(shù)據(jù)調(diào)用難、監(jiān)督效率低等問題，促進(jìn)執(zhí)法透明度，提高執(zhí)法效能，加強(qiáng)全流程權(quán)力運(yùn)行監(jiān)督，保障刑罰變更執(zhí)行公正，有效提升司法公信力，實(shí)現(xiàn)更高水平的社會公平正義.受限于算力，只對鏈上、鏈下共識的帶寬占用率和時(shí)長進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，下一步是選擇試點(diǎn)省份，進(jìn)行刑罰變更執(zhí)行共識算法的落地檢驗(yàn)和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)數(shù)字賦能法治建設(shè).

參" 考" 文" 獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：孟素蘭）