基于分组的实用拜占庭容错共识算法

通过实验发现,实用拜占庭容错共识算法PBFT(practical byzantine fault tolerance)在区块链共识算法中会导致大量的信息广播,从而浪费通信资源并降低效率。为了解决这些问题,引入了一种在没有拜占庭节点的情况下,通过对节点进行分组共识,对原始PBFT进行优化的新方案。这种改进后的方法主要由分组和达成共识两个步骤构成。首先,将全部节点进行归类划分各组,实现分组共识;然后,在每个组内达成共识;最后,每个组的负责人进行总体共识,大大提高了达成共识的效率。与PBFT算法相比,提出的共识算法可以将达成共识的时间复杂度从O(N^(2))降低到O((N/2)^(2)),有效地减少了网络的通信消耗,平均延迟从18 s降低到了9 s,平均吞吐量由758 tps提升到了1040 tps。

基于实用拜占庭容错算法的H-PBFT算法

在区块链技术与物联网领域结合的场景中存在着资源消耗高、吞吐量低、安全性差的问题。针对上述问题提出一种基于等级的实用拜占庭容错算法(Hierarchy-based Practical Byzantine Fault Tolerance,H-PBFT),通过引入信用分级协议对节点评分划分等级,降低了拜占庭节点在系统中作恶的可能性,提高共识节点的安全连接率;此外,本文改进了共识机制的结构,以减少系统通信消耗量为基础,优化了一致性协议和视图转换协议,解决了物联网系统中资源消耗随节点数增加呈现指数级增长的问题。通过搭建超级账本仿真平台进行实验分析,结果表明:在同等条件下H-PBFT比传统实用拜占庭容错算法的延迟性降低了21%,吞吐量性能提高了26%,具有较好的安全性和较低的资源消耗。

支持多中心聚合签名的实用性拜占庭容错改进方案

为了解决区块链共识机制中验证效率偏低问题,将聚合签名方法应用于共识过程中的消息验证,改变共识过程中传统的单签名验证方式,从而降低共识过程中的验证复杂性;为了解决密钥中心权限过大问题,结合分布式密钥生成技术实现多中心的密钥授权机制,使共识节点的密钥生成不再依赖于单可信中心,从而避免密钥托管问题;以实用性拜占庭容错方案为例,构造基于多中心聚合签名的拜占庭容错共识改进方案。仿真实验表明,相对传统的实用性拜占庭容错方案,所提方案效率更高。

提升分片规模和有效性的多轮PBFT验证方案

分片技术是解决区块链扩容难题的可行方案,但存在分片规模与分片内验证有效性的矛盾:采用PBFT共识算法,即使总体拜占庭节点数占比不超过三分之一,单个分片内拜占庭节点占比也存在一定概率会超过三分之一,无法验证共识。针对该问题,提出多轮PBFT共识的改进方案,在提高分片规模的同时,保证分片内PBFT共识的验证有效性。总结了已知项目的解决方案并分析优缺点,详细分析了分片的有效共识验证,提出并论述了多轮验证方案,给出了拜占庭比例节点较高情况下多轮轮数的合理取值。基于实验得到的数据与现有方案进行对比,验证了多轮方案在提升整体TPS方面的有效性,为分片方案的进一步研究提供有益的参考。

基于节点分组信誉模型的改进PBFT共识算法

针对实用拜占庭容错共识算法(practical Byzantine fault tolerance,PBFT)中存在通信开销大、缺少奖惩机制、节点缺乏积极性的问题,提出了一种基于节点分组信誉模型的改进PBFT共识算法(grouping reputation practical Byzantine fault tolerance,GR-PBFT)。首先,引入信誉奖惩机制来确保系统的安全性,再根据节点信誉进行分组以选取共识节点,解决信誉机制类共识算法产生节点信誉累计问题,降低系统中心化程度,提升了节点成为共识节点的积极性;然后,改进主节点的选举方式保证主节点的可靠性,并优化一致性协议执行流程,减少准备、确认与响应阶段的通信复杂度,提高了共识效率。仿真实验表明,GR-PBFT共识算法在共识时延、通信开销、吞吐量、安全性等方面比PBFT共识算法具有更好的性能。

基于改进PBFT算法的区块链共识机制研究

文章探讨了基于改进实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)算法的区块链共识机制。首先,深入探讨传统PBFT算法的原理和特点;其次,提出一种新的多层次优化PBFT算法,该方法包括节点组划分、层次视图、多层次消息传递等;最后,进行实验分析。实验结果表明,与标准PBFT算法相比,多层次优化PBFT算法在吞吐量、延迟、事务成功率等关键性能指标上均有更好的表现。

联盟链型供应链金融系统的构建、机制和应用

供应链金融有利于缓解企业融资瓶颈,但还有许多理论和实践问题亟须解决。以联盟链为底层技术,将企业、银行和政府部门等参与主体连接在一起,构建联盟链型供应链金融系统,并深入讨论联盟链型供应链金融系统的选型依据、网络架构、运行机制和业务应用。研究表明:(1)相对于公有链和私有链而言,联盟链的部分去中心化、共识信任、不可篡改、智能合约和隐私性等优良特性,能够有效满足供应链金融的业务性、安全性和监管性等要求;(2)采用实用性拜占庭容错算法经过“选主、打包、建块和验证”实现一致共识后将数据上链存储于联盟链分布式总账本,是联盟链型供应链金融系统运行机制的关键;(3)通过采用联盟链型供应链金融系统,供应链上中小企业的融资绩效能够显著提高,即获取资金时间缩短、贷款利率降低和贷款规模扩大。研究结果可以为解决供应链上中小企业的融资难融资贵问题提供新路径和新方案,同时为银行和企业等进行联盟链型供应链金融系统的开发与应用提供现实指引。

基于改进PBFT算法的区块链技术在供应链溯源中的应用

近些年区块链的迅速发展使得人们开始构建基于信任的互联网,对各项交易的供应链溯源关注度日益增加。为了使区块链技术更好地应用到供应链溯源中去,本文结合区块链的基本架构设计了符合供应链的5层模型架构,包括数据层、网络层、共识层、合约层、视图层,并采用信用分级协议和节点分层共识协议对PBFT算法加以改进,降低算法的通信开销中心化、公开透明以及交易可追溯。整个构架对供应链中产品从生产商到消费者全过程数据记录,保证了交易过程中产品的安全性。

一种结合DPoS与Vrf的分组Pbft共识算法

Pbft存在通信代价大和共识时延长的缺点,因此出现了许多对Pbft节点进行分组再共识的方法,以减少共识节点之间的通信次数来提升Pbft效率。基于此,提出了结合DPoS与Vrf的分组Pbft共识机制。通过DPoS基于应用层信誉投票,得到按得票数排列的候选节点列表,依据分组数选出可靠度高的主节点和组长节点;使用Vrf可验证随机函数抽签对组员节点进行预分组,得到组员节点预分组块;再将候选节点列表与组员节点预分组块相匹配分组,使分组情况完全随机化,从而使分组结果具有不可预测性,解决分组结果可预测的隐患。最后通过理论分析了DV-Pbft的通信次数和容错性两个指标,证明了DVPbft在通信次数优于Pbft,在容错性优于现有的分组Pbft算法;并通过仿真DV-Pbft与Pbft共识流程,用实验数据说明使用DV-Pbft共识算法共识时延更低降低,吞吐量更高。

基于区块链的电子病历共享模型研究

针对现有电子病历在各医疗机构共享过程中易出现患者隐私泄露以及通信量较大等问题,提出一种基于区块链的电子病历共享模型.首先构建私有链和联盟链,将电子病历密文和关键字密文存储到区块链上,结合属性加密和可搜索加密对用户访问权限进行限制,只有满足患者设置的访问策略可以对电子病历进行搜索,实现细粒度访问.其次对PBFT共识算法进行改进,将网络中共识节点聚类划分,通过权威节点组成骨干共识集群向医院节点组成子共识集群发送消息,减少节点间通信次数.最后从安全性和算法性能等方面进行实验分析,结果表明在整个网络中,攻击者破解密文难度增大,同时通信开销随节点数量增加而减少,实现大规模网络下各医疗机构对电子病历的安全共享.

基于凝聚型层次聚类的PBFT优化共识机制

面对粮食联盟链网络中的大量共识节点,由于传统实用拜占庭容错(practical Byzantine fault tolerance, PBFT)共识算法效率低下,导致通信能耗过高,从而极大地增加信息泄露和数据造假的风险。针对上述难题,本文提出了一种基于凝聚型层次聚类(agglomerative hierarchical clustering, AHC)的PBFT优化共识算法。首先,利用AHC算法对所有网络共识节点进行目标划分和聚类;其次,使所有簇并行发生PBFT共识;最后,通过簇间主节点共识达成消息一致。实验结果表明,该改进算法能够有效降低能量开销,并提高共识效率和吞吐量。

基于区块链的互联网医院云药房平台设计和实践

目的应用区块链技术,构建互联网医院云药房处方流转可信安全互通机制,实现信息可信、过程可追溯,保障用药安全。方法通过对云药房的处方流转风险与问题分析,利用区块链去中心化、智能合约、防篡改和可追溯等技术特性,针对问题给出解决问题的技术方案。结果提出基于区块链的互联网医院云药房平台管理架构,建设信息互联互通、处方信息认证、处方流转全程追溯机制,形成互联网医院电子处方流转多主体间透明、对等、可信的合作范式。结论实现互联网医院处方流转过程的规范化管理,确保互联网电子处方信息安全流通,保障患者用药安全。

基于有向无环图的高效区块链共识算法

针对传统区块链共识算法存在效率低和大量资源浪费的问题,提出一种使用基于ID分类的有向无环图数据结构取代传统区块链链式数据结构的算法,解决了传统区块链项目无法在短时间内确认大量交易的问题.该算法使用基于ID分类的有向无环图数据结构能更简单地达成共识,适用于多用户在同一时间进行交易确认.该共识算法与传统区块链项目相比能在更短的时间内确认交易,从而可节省大量的硬件资源,且提升区块链对交易的处理效率.

基于区块链的数字版权存证系统模型研究

传统基于第三方中心机构的版权登记存在效率低、成本高和隐私保护性差等问题,针对这些问题,将区块链与环签名技术运用于版权保护领域,提出一种基于区块链的数字版权存证系统模型。构建了基于联盟链的数字版权存证系统架构,利用区块链的去中心化、不可篡改和可追溯等特性保证存证的信息真实可信;对环签名技术进行改进,并利用改进的环签名技术保护创作者身份隐私;对PBFT算法进行改进,提升系统效率和可靠性。经分析与实验表明,该模型能降低版权登记经济成本,防止用户身份信息被非法获取,且具有良好的性能与安全性。

降低跨分片交易回滚概率的多轮验证方案

区块链分片方案中的跨分片交易由多个分片协调处理。在采用实用拜占庭容错(practical Byzantine fault tolerance,PBFT)类共识算法的分片方案中,存在因分片后拜占庭节点在单个分片聚集,导致分片失效无法验证交易的问题。因此,为保证分片间数据的一致性,需要对部分处理的跨分片交易进行回滚操作,这影响了系统的总体性能。针对以上问题,提出了一种多轮共识的验证方案,可以在降低回滚概率的基础上,支持更大分片规模,提升系统的每秒交易数(transaction per second,TPS)。简述了现有分片项目解决方案的优缺点,对跨分片交易的概率和回滚概率进行了分析,提出多轮共识的验证方案,分析了多轮方案对跨片交易回滚概率的影响,得出合理的多轮轮数上限值。通过与现有方案的对比实验表明,多轮验证方案可以有效提升交易验证率,降低跨片交易回滚的概率,提升系统总体的TPS。

区块链DPoS共识机制的研究与改进

共识机制作为区块链技术的重要组成部分,能够使所有节点在最短时间内完成交易的验证和确认,且保持所有节点保存的区块链数据的一致性。针对DPoS共识机制投票的积极性不高和对恶意节点不能及时有效地处理等问题,引入投票激励机制和PBFT提出的检查点协议两种核心方案来提升社区活跃度,以及及时对恶意节点进行剔除和惩罚,促进系统始终保持高安全和高效率。