基于日志副本的Raft共识算法优化

在基于三副本策略的分布式存储系统中,当存储节点上的硬盘出现故障时,常见的处理方式是等待系统预设的时间.如果该故障硬盘超时未恢复,才开始恢复故障硬盘上的副本.这种处理方式存在的问题是,当三副本组中存在故障副本时,如果该副本组再有一个副本所在的硬盘发生故障,将导致系统无法继续提供服务,且不能自动恢复.本文提出一种基于日志副本的改进的Raft共识算法,即LR-Raft (log replica based Raft),日志副本没有完整状态机,可以快速加入集群,并参与投票与共识,提升了存在故障硬盘时系统的可用性;可以解决短时间内三副本中两个副本故障导致集群不可用和丢失数据的问题.实验结果表明,在副本组中引入日志副本后,与原Raft相比,LR-Raft在不同的工作负载下读写时延均明显降低,吞吐量显著提升.

基于Raft的多主节点拜占庭容错共识机制

为了解决联盟链中实用拜占庭容错(PBFT)共识机制在区块链网络中节点数量增多的情况下,通信复杂度高、共识效率低下等问题,本文提出一种基于Raft的多主节点拜占庭容错共识机制IMRBFT。IMRBFT通过Maglev一致性哈希算法对区块链网络节点均匀分组,将这个共识流程分成组外共识和组内共识2部分。组内先选出领导者节点,通过信用机制将节点分为3个等级:可信节点、普通节点和不可信节点。与投票机制共同降低恶意节点成为领导者节点的概率,并与其他组的领导者节点组成委员会,委员会再经过组外信用值机制选出信用值最高的多个主节点进行组外PBFT共识。组内共识在Raft共识的基础上引入监管节点与中继节点,进一步提升安全性与共识效率,减少恶意节点的作恶行为。实验结果表明:IMRBFT的通信开销为线性增长,通信量为PBFT的41.6%,吞吐量为PBFT的4.2倍,共识延时降低76.4%。随着节点增多,优化更加明显,完全满足大型区块链网络的通信复杂度小、吞吐量高、共识延时短、安全性与共识效率高的要求。

面向RAFT共识的低能耗无线区块链分片算法

区块链系统由于共识协商需要多轮沟通,会消耗大量的能量。在一些无线网络中,节点电池容量有限,会迅速导致节点能量耗尽和脱机,从而影响共识性能。该文设计了一种面向RAFT共识的低能耗的分片算法,算法将无线区块链网络中的节点限制在基于地理区域的分片上,从而避免节点参与全局共识。同时,还提出了一种分片后的能耗估算方法,简化了分片无线区块链网络的能量计算。在太赫兹和毫米波两个信号场景中得到的仿真结果均验证了该算法的有效性,能耗可降低98.36%,估算方法的最小误差仅为0.40%。

水相RAFT聚合合成中低相对分子质量窄分布聚丙烯酰胺

为开发一种高效的RAFT试剂和简便的合成相对分子质量较高的窄分布聚丙烯酰胺的方法,合成了一种新型的可控/活性聚合链转移剂(RAFT试剂)1,4-苄基三硫代碳酸酯基二丙酸,该RAFT试剂在热引发或光引发条件下,引发活性可控水溶液聚合反应合成了窄分布的低相对分子质量及中等相对分子质量聚丙烯酰胺,且分散系数Mw/Mn<1.1。通过改变单体[M]0/链转移剂[CTA]0/引发剂进料比([M]0/[CTA]0/[I]0)合成了不同相对分子质量的窄分布的聚丙烯酰胺,相对分子质量最高可达5.0×10^(6)。聚丙烯酰胺相对分子质量及分散系数由凝胶渗透色谱-18角度激光散射仪测定。

有机硅基RAFT试剂制备聚醚改性有机硅消泡剂

以八甲基环四硅氧烷和巯丙基甲基二甲氧基硅烷为原料,合成了巯基硅油;再以巯基硅油、CS_(2)和2-溴代异丁酸甲酯为原料,合成了有机硅基可逆加成-断裂链转移(RAFT)试剂(RAFT-SSO);RAFT-SSO与甲基封端的烯丙基聚氧乙烯醚(EO)、甲基封端的烯丙基聚氧丙烯醚(PO)采用RAFT聚合反应合成了聚醚改性有机硅消泡剂(RS-EOPO)。采用FTIR、^(1)HNMR,GPC对RS-EOPO进行了结构表征,对其消泡、抑泡、相容性进行了测试,并将RS-EOPO与进口消泡剂性能进行对比。RS-EOPO最佳合成工艺条件为RAFT-SSO相对分子质量为2000、m(EO)∶m(PO)=1∶4、m(RAFT-SSO)∶m〔醚(EO和PO)〕=1∶1.15、反应温度75℃、反应时间8 h、引发剂用量为EO(3.45 g)和PO总质量的2%。在上述条件下,RS-EOPO收率为91.8%。

基于改进Raft共识算法和PBFT共识算法的双层共识算法

针对目前应用于联盟链中的实用拜占庭(PBFT)共识算法可扩展性不足、通信开销增长过大、难以适用于大规模网络节点环境等问题,提出了一种基于改进Raft共识算法和PBFT共识算法的双层共识算法(DL_RBFT)。首先将区块链中的节点分成若干小组,组成下层共识网络,然后小组的组长再构成上层共识网络,形成一个双层共识网络结构;在下层共识网络的小组内部引入监督机制和声誉机制来改进Raft共识算法,在初始组长的选举流程引入了蚁群算法,使选举效率始终维持在较高水平;在上层共识网络中,使用PBFT共识算法进行共识。改进后的Raft共识算法具备了抗拜占庭节点攻击的能力,提升了算法的安全性。实验结果分析表明,相较于传统的PBFT共识算法,在100个节点的情况下,DL_RBFT将共识时延降低了两个数量级,吞吐量也提升了一个数量级,与其余改进算法相比也有着明显优势。因此DL_RBFT共识算法拥有良好的可扩展性,可以广泛应用于联盟链的各种场景中。

LRCRaft:支持节点数据快速恢复的共识协议

在支持纠删码的分布式存储系统中,最常用的编码是RS(Reed-Solomon)码.对于一个RS(k,m)编码条带,常见的配置是一个节点仅存储条带中的一个分片,这导致在节点出现故障的情况下,对其存储分片的恢复需要跨多个节点读取分片并重新编码生成恢复分片,容易造成系统网络拥塞.在需要恢复大量数据的场合,系统在恢复期间会处于较长时间的脆弱期,容错能力和吞吐量下降、读写时延升高时有发生.LRCRaft是一个基于LRC(local reconstruction code)的改进Raft共识协议,通过在Raft中引入LRC码、动态日志增补、状态机删减和分片版本一致性等机制,降低了Raft的读写时延,缩短了节点故障恢复时间.实验结果表明,相较于Raft,LRCRaft在不同恢复模式中恢复一个单节点故障数据时,恢复用时有着49.25%–74.97%的减少.

基于RAFT算法的数字医联体医疗信息跨平台共享方法

随着数字医联体的快速发展,实现医联体内部各医疗平台间信息的安全共享是急需解决的问题之一。因此,研究基于RAFT算法的数字医联体医疗信息跨平台共享方法。在分析数字医联体组建架构基础上,构建集信息采集和管理、信息的整合与分配、平台服务、应用服务于一体的信息跨平台共享体系。其中,信息整合与分配过程采用RAFT算法通过节点选举与日志复制两个功能,实现医疗信息的跨平台过程中数据请求方和数据提供方间的数据分配和共享,并采用PageRank算法优化RAFT算法节点关键性,提高其信息共享的完整性。实验中,该方法的最大可容忍恶意节点数量可达到16个;在45s的时间内,该方法可以采集近700条信息数据;在节点数量为17个时,本文方法的通信复杂度仅为262。实验表明:该方法对恶意节点容忍量更高,对海量医疗信息的提取更快,跨平台共享信息过程的通信复杂度较低。

基于联盟链PBFT的BRaft共识算法

针对联盟链共识算法不能同时实现低时延、高吞吐量、高安全性的问题,提出适用于联盟链的可容错Raft共识算法——BRaft(PBFT-Raft)。BRaft利用RSA签名解决拜占庭Leader节点篡改日志的问题,并在PBFT算法三段协议的基础上,引入标识位W,解决拜占庭Follower节点恶意响应Leader节点的问题,确保在拜占庭节点发送错误消息的情况下日志项依然能够被正确提交。实验结果表明,BRaft在保证算法可理解性和共识效率的同时,提高了算法安全性。

基于信用评价模型的Raft共识算法

在车联网中,车辆节点间需要交通信息的共享和交互,但目前还存在着节点之间难以高效同步交通数据信息以及恶意节点传播虚假信息的问题。针对上述问题,提出了一种基于信用评价模型的Raft共识算法(CE-Raft)。首先构建信用评价模型,基于孤立森林异常检测算法检测拜占庭车辆节点并将其剔除,生成诚实节点编号表;然后进行领导者选举,通过修改跟随者节点的投票过程,实现诚实节点当选领导者;最后进行日志复制,领导者节点根据诚实节点编号表发送信息同步请求,确保正确的消息在节点间达成共识。实验结果表明,CE-Raft算法能够有效排除拜占庭节点,提高了诚实节点预测准确率,具有较低的时延和较高的吞吐量,使车联网在存在恶意节点的情况下,仍然能安全高效地完成数据共享。

PreC-Raft:一种引入预备候选者的共识算法

为了解决Raft共识算法中由于网络隔离现象导致的节点无法与集群其他节点正常通信,从而在恢复通信后参与领导者选举影响系统共识效率的问题,文中提出了一种引入预备候选者(PreC-Raft)的改进Raft共识算法,引入了过时节点的概念,并增加了一种预备候选者的角色状态,其发起的PreC RPC消息用以执行选举正式候选者阶段的资格审查功能。实验结果表明,改进后的算法在集群出现过时节点时,可以做到节约54.82%的选举耗时以及降低14.21%的共识时延。针对出现网络隔离“孤岛”的异常情况,改进后的PreC-Raft算法能够满足更极端的网络环境。

基于Raft投票机制的PBFT改进共识算法RBFT

PBFT算法存在着时延长、效率不高、动态性不高的问题,论文提出一种基于Raft投票机制共识算法RBFT(Raft Byzantine Fault Tolerant)。由于PBFT算法中主节点选取过于随意,易恶意节点易重新当选,该算法将节点进行分层,分为共识域和备份域,主节点选取改为Raft中Leader的投票选举,在共识域R1共识的过程中,同时进行备选域R2备选主节点(Leader)的选举,实现了备份域节点的动态增减,同时优化视图切换协议。减少了通信消耗并进一步降低时延。经实验后得出,改进后算法与原有算法相比,时延有了进一步的降低,吞吐量得到更大的提升。

SRaft:基于Schnorrkel签名和信用值机制的Raft共识算法

因选举冲突而引发的选举效率问题及主节点的隐私安全问题已经成为Raft共识算法的研究热点。针对这两个问题,该文提出了一种结合Schnorrkel签名和信用值机制的Raft共识算法——SRaft。首先,在选举阶段,集群中的所有节点会根据当前自身信用值,在不同的范围内进行随机选举超时,这样能够保证高效节点更快完成超时,成为主节点。其次,通过在日志复制阶段引入Schnorrkel签名,主节点与部分高信用值从节点共同对客户端消息生成一个聚合签名,隐匿主节点信息,参与生成聚合签名的从节点可以对消息中的客户端数字签名进行验证,确保消息未经主节点篡改,避免拜占庭主节点更改日志。最后,通过本地多节点仿真实验表明:SRaft算法能有效降低选举冲突发生的概率,提高选举效率;通过理论分析验证了SRaft算法可以隐匿主节点信息,提升了算法的可靠性和集群的稳定性。

RAFT聚合法合成苯乙烯/乙烯水杨醛嵌段共聚物及其自组装

以末端含有三硫酯结构的聚苯乙烯(PS-DMAT)为大分子链转移剂,AIBN为引发剂,在65℃下四氢呋喃(THF)中成功实现了苯乙烯(St)与乙烯基水杨醛(HVB)的“活性”/可控RAFT自由基嵌段共聚合。通过凝胶渗透色谱(GPC)对产物的分子量进行了分析,结果表明合成聚合物数的均分子量(Mn)基本上随乙烯基水杨醛(HVB)单体转化率的增加而线性地增加,在整个反应过程聚合物均保持较窄的的分子量分布(Mw/Mn<1.30),聚合过程呈现出自由基共聚合可控特征。利用核磁共振氢谱(1HNMR)对嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚乙烯水杨醛(PS-b-PHVB,Mn=15300,Mw/Mn=1.18)进行了表征,确定了其结构及组成。此外,通过动态光散射仪(DLS)和扫描电子显微镜(SEM)研究了嵌段共聚物在四氢呋喃(THF,共溶剂)和乙醇(EtOH,选择性溶剂)的混合溶剂中的自组装行为,结果表明,当THF/EtOH体积比为4/6、5/5、6/4时,嵌段聚合物能够形成形状规则、平均粒径在200~300 nm左右的球形胶束。

基于Raft算法改进的实用拜占庭容错共识算法

针对应用于联盟链的实用拜占庭容错(PBFT)共识算法可扩展性不足、通信开销大等问题,提出了一种基于Raft算法改进的实用拜占庭容错共识算法K-RPBFT。首先,将区块链分片,使用K-medoids聚类算法将所有节点划分为多个节点簇,每个节点簇构成一个分片,从而将全局共识改进为分层次的多中心共识;然后,每个分片的聚类中心节点之间使用PBFT算法进行共识,而在分片内部使用基于监督节点改进的Raft算法进行共识。K-RPBFT算法的片内监督机制赋予了Raft算法一定的拜占庭容错能力,并提升了算法的安全性。实验分析表明,相较于PBFT算法,K-RPBFT算法在具备拜占庭容错能力的同时能够大幅降低共识的通信开销与共识时延,提升共识效率与吞吐量,并且具有良好的可扩展性与动态性,使联盟链能够应用于更广泛的场景中。

基于Raft分组的实用拜占庭容错共识算法

针对现有应用于联盟链的拜占庭容错共识机制可扩展性不足、难以支持大规模网络节点下高效安全共识等问题,采用节点分组策略,提出一种基于Raft聚类分组的实用拜占庭容错共识算法H-PBFT。首先使用混合蛙跳算法结合K-medoids聚类分组策略,将系统中节点聚类形成多个分组;参与主共识集群PBFT共识的节点均为各分组聚类中心节点,各聚类小组内则使用引入监督节点改进的Raft算法进行共识;组内共识机制监督节点的引入使Raft算法具有抗拜占庭的能力。实验研究结果表明,在大规模网络节点环境下,相比于PBFT和Raft,H-PBFT算法提高了容错性能,同时还能够快速高效地对节点聚类分组,提高共识效率,降低共识通信开销与复杂度,具有较优的可扩展性,能够更好地在联盟链场景中应用。

磺化木质素基链转移剂的合成及其在水相RAFT聚合中的应用

以玉米秸秆木质素为原料,将木质素磺化改性,再利用二硫化碳、溴乙酸甲酯对磺化木质素(SL)进行黄原酸酯功能化改性,合成了磺化木质素基链转移剂(SL-CTA),之后将其用于丙烯酰胺的水相RAFT聚合反应制备磺化木质素-丙烯酰胺共聚物(SL-g-PAM),并采用多种方法对链转移剂及共聚物进行表征。研究结果表明:相比于磺甲基化改性,芳基磺化改性的效果更好,当1 g木质素与2 g氯磺酸在25℃下反应4 h时,改性效果最佳,此时磺化木质素含S量为1.83%,M_(w)/M_(n)为1.19,含总羟基量为4.86 mmol/g,且水溶性良好。FT-IR、^(13)C NMR对磺化木质素基链转移剂的结构表征结果发现:红外谱图显示900 cm^(-1)处出现C—S伸缩振动吸收峰及1738 cm^(-1)处出现C O特征峰,^(13)C NMR谱图中δ172处出现了C S的碳原子峰,共同证明了SL-CTA的成功合成。探究丙烯酰胺的水相RAFT聚合体系中单体/链转移剂/引发剂比例、pH值及反应温度对单体转化率的影响,结果表明:单体/链转移剂/引发剂物质的量之比为500∶4∶1、pH值5、70℃下反应4 h时转化率高达98.5%。该实验条件下,聚合反应一级动力学曲线呈现了较好的线性关系,所得聚合物的相对分子质量与转化率也基本呈现一次线性关系,同时其多分散系数较低且分布相对较窄(1.13~1.43),证明了反应具有较高的可控性。

融合可验证随机函数的改进Raft共识算法

传统的Raft算法容易因受到恶意攻击而导致效率低下。针对Raft算法在执行过程中可能被攻击者探测到Leader身份进而发动攻击的问题,利用可验证随机函数的随机性和非交互式特性,改进了原有Raft算法,隐藏了选主过程中Leader的身份的同时避免了原算法的多轮选举问题。提出的改进Raft算法的详细设计了可验证随机函数的实现并将其融入到选主过程中,并且分析了改进方案的系统安全性和稳定性,对比了不同共识算法在各需求场景下的表现。仿真试验表明:改进后的算法在选主过程中隐藏了被选中节点的身份,在保证系统稳定性的前提下提高了系统安全性,并且在系统节点越来越多时提高选主的时间效率的表现更好。

光引发RAFT分散聚合制备单分散聚合物微球

使用聚乙二醇基的大分子可逆加成断裂链转移(RAFT)试剂,在乙醇/水介质中通过光引发RAFT分散聚合制备聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球。通过扫描电子显微镜(SEM)对聚合物微球的形成进行探究,并研究了实验中各反应条件对聚合物微球粒径以及粒径分布的影响。结果表明:光引发剂的浓度对聚合物微球的粒径和粒径分布影响都不大;大分子RAFT试剂的添加量在6wt%~14wt%范围内都能形成单分散的聚合物微球;随着单体浓度的增加聚合物微球的粒径相应增大。

MV-Raft:一种新的基于多维向量的联盟链共识算法

现有联盟链的默认算法Raft对于节点崩溃采用的是随机的机制,未考虑不同节点权重可能导致达成共识时间较长,且导致领导者节点日志同步压力较大的问题。针对该问题,提出一种基于多维向量的Raft算法——MV-Raft。算法先根据影响达成共识效率的因素构成特征值向量,然后在分布式系统启动或者单个节点新加入系统时向全网进行广播上述特征值向量,通过计算特征值向量从而判断节点间的相似度,最后,节点内部缓存相似度最高的n个节点在选举和同步过程中优先对缓存节点进行操作。通过仿真实验表明,MV-Raft算法可以使整个过程的耗时减少16%,让单个领导者节点的压力最多减少73%。