基于混合信任模型的DPoS共识机制改进研究

针对“端—边—云”架构中“局部可信,全局不可信”的混合信任模型,提出基于混合信任的共识方案RT-DPoS。首先,设计声誉机制规范节点的行为并增强节点的投票积极性;然后,提出基于局部信任的投票策略指导节点的投票行为,并根据投票行为建立局部信任关系,在此基础上,综合考虑节点的信任关系和声誉值,设计了两阶段的策略选出代理节点集合,增强了代理节点的去中心化;再在共识过程中引入可验证随机函数优化代理节点出块顺序,增强对腐败攻击的抵抗力。实验表明,RT-DPoS可以避免节点盲目投票,保证代理节点的可靠性和去中心化,并增强共识过程中的安全性,相较于DPoS,RT-DPoS提升了23.38%的安全性能。

高效安全的DPoS改进方案

针对单链区块链在性能上的局限性,提出基于多社区链的委托权益证明(DPoS)共识机制(SMDPoS)。SMDPoS机制对区块链系统中节点实行社区化管理,社区的记账人节点只负责打包社区内发起的交易,社区并行出块的方式能够提高系统的共识效率。对于社区节点扩容问题,通过节点属性值之间的马式距离匹配相应社区,使社区发展趋于平衡。其次,引入Pedersen同态承诺方案与Lagrange插值法构造出安全、公平的记账权分配协议,随机决定社区的记账节点,不可预测的出块顺序能有效降低针对记账节点的DDoS攻击和腐化攻击风险。此外引入备用人机制,以增加共识算法的容错能力。最后对提出的SMDPoS机制的性能进行实验分析,验证了方案的有效性。

基于信誉的委员会共识机制

授权股权证明(DPoS)作为主流共识机制的一种,选举过程耗时长、节点投票不积极和恶意节点难处理的核心问题制约着它的快速发展。针对上述问题,提出一种基于信誉的委员会共识机制——幸运信誉证明(PoLaC)。首先,将信誉值作为节点历史行为的评估标准,并选择高信誉节点作为委员会成员,从而极大地简化选举流程;其次,引入幸运值概念来提高普通节点竞选成功的概率,从而激励普通节点参与网络共识;最后,采取延迟分叉的方式修正恶意节点的行为。实验结果表明,在共识通信量方面,投票意愿为50%时,PoLaC网络比DPoS网络的共识通信量少30%;在低权重节点收益方面,PoLaC网络的收益是DPoS的3倍;在委员会恶意节点占比方面,进入信誉稳定期的PoLaC网络的委员会恶意节点数约为DPoS的1/5;而相较于其他同类信誉共识机制,PoLaC在网络通信量、节点活跃度以及恶意节点处理方面均具有一定优势。

基于综合选举的DPoS共识算法

区块链技术是一种信任机制,具有去中心化、防篡改、可追溯的特性。共识算法是区块链核心技术之一,可维持区块链网络的运行,相较于工作量证明、权益证明等其他公有链共识算法,股份授权证明(DPoS)共识算法具有低延时、高吞吐量、几乎不分叉等优势。但由于按股份权重进行投票选举,选取的委托人总是持币量大的节点,导致其余节点出现投票政治冷漠性的情况,同时节点出块顺序随机,增大了节点通信的消耗。针对上述问题,提出一种综合选举算法CE-DPoS,该算法通过节点之间的通信消耗预先设定网络信息表,根据节点的意愿权重进行投票,投票后计算每个节点的最终得分。选择所有节点中分数最高的节点作为第一个委托人节点,再从该节点的网络信息表中选择得分最高的节点作为第二个委托人节点,直至选定委托人节点数达到系统规定。仿真实验结果表明,与DPoS、BFT-DPoS共识算法相比,CE-DPoS共识算法能动态地选择委托人节点,节点之间选举相对公平,节点活跃度提升至85%,同时出块时间降至0.4 s,能更好地应对日益增长的交易量。

DPoS共识机制改进的演化博弈及策略研究

基于演化博弈将监察机制与奖惩制度引入授权股份证明(delegated proof of stake,DPoS)共识机制,构建以代理节点、投票节点、监管节点为主体的三方演化博弈模型;分析共识方案改进前后节点的行为策略选择变化,在不同奖惩力度和惩罚因子下节点行为策略的演化趋势,并用Matlab仿真。研究结果表明:(1)改进方案能遏制恶意节点的合谋行为并提高投票节点的积极性;(2)奖惩力度能影响节点行为策略;(3)惩罚因子可以影响节点行为趋向稳定点的速度。

基于区块链的边缘计算分布式安全认证系统设计

针对电网终端用户安全存在无法认证和认证速度较慢等问题,设计了基于区块链的边缘计算分布式安全认证系统。利用区块链技术的区块链机制实现电网终端用户安全认证的安全、稳定控制。利用边缘计算的分布特征,通过融合区块链上边缘设备终端和Hash分布式存储模型,获取新设备的身份信息,实现对新设备或用户的安全分布式控制认证。将认证后的设备或用户信息上传到核心区块链网络,以减少主机协议转换认证的工作量、提升身份验证的速度。利用委托权益证明(DPoS)共识技术对Hash模型进行改进,解决了Hash模型刷新完身份后无法继续认证的问题。通过试验验证,该系统核算的数据误差率最大为0.7%、最小为0.2%。该系统应用效果显著。

基于“奖励制度”的DPoS共识机制改进

共识机制是区块链技术的核心。授权股权证明(Delegated Proof-of-Stake,DPoS)作为一种共识机制,其中每个节点都能够自主决定其信任的授权节点,从而实现快速共识验证。但DPoS机制仍然存在着节点投票不积极以及节点腐败的安全问题。针对这两个问题,文中提出了基于奖励的DPoS改进方案,投票奖励用以激励节点积极参与投票,举报奖励用以激励节点积极举报贿赂节点。Matlab仿真结果表明,投票奖励方法的引入提高了节点投票的积极性。与原始DPoS共识机制下投票节点数占比45%~50%相比,两种投票奖励方法使得参与投票节点数占比分别增加至65%~70%以及55%~60%。相比原始DPoS共识机制下不接受贿赂节点占比会随着恶意节点贿赂力度的加大而不断减少的情况,举报奖励方法的引入使得选择举报节点的占比出现了明显增加,在投票轮数为20的情况下,选择举报节点的总占比可以增至54%。实验结果表明,奖励制度的引入不但能够提高节点投票的积极性,而且增强了普通节点对恶意节点的贿赂抵抗性,使恶意节点成“代理人节点”的概率变小,保障了网络安全性。

节点偏好一致性最大化的DPoS记账权分配

委托权益证明(Delegate Proof of Stake, DPoS)通过投票选择见证人节点出块,实现了交易的快速认证,但其仍存在选择得到的见证人节点无法满足多数投票节点意愿、投票结果易被恶意节点操纵的问题,影响了DPoS的公平性与安全性.为此,本文将投票节点偏好的一致性作为选择见证人节点的指标,提出一种基于Kendall tau距离的DPoS记账权分配方法-DPoSKD (DPoS with Kendall tau distance).方法首先考虑到投票节点偏好不完整的问题,通过扩展Kendall tau距离定义以衡量不完整偏好间的一致性程度,然后将记账权分配过程建模为一个寻找与所有投票节点偏好一致性最大化的Top-k候选节点排列最优化问题,最后通过遗传算法来求解该优化问题,得到的Top-k候选节点作为见证人节点负责出块.实验结果表明通过该方法选择的见证人节点符合多数投票节点的意愿,提高了DPoS的公平性.同时,该方法具备更强的抗操纵性能,提升了DPoS的安全性.

基于配对制度的DPoS共识机制

针对授权股权证明共识机制中节点投票不积极和节点腐败的问题,提出一种基于配对制度的DPoS共识机制(delegated proof-of-stake based on matching mechanism,DPoS-M2)。根据节点属性值将节点分为独立节点、主节点和配基节点,通过主节点和配基节点配对增加节点间相互作用力,提高各类节点参与共识的积极性,从而降低系统中心化程度。采用类别评定模块,计算节点行为权重值并更新节点类别,使系统对节点的奖惩更具有针对性。当新节点加入系统时,运用马氏距离计算公式求出最需要该节点的社区,以保证社区动态且平衡运行。在仿真环境下,DPoS-M2在运行了80 min时,与DDPoS、DPoS-PI和DPoS相比,节点的参与度分别提高21.9%、8.7%和32.4%;出块数量分别提高63.2%、44.8%和11.6%;新节点参与率分别提高22.8%、25.5%和28.7%;恶意节点的剔除速度分别提高12%、32%和48%。实验结果表明,DPoS-M2能有效地提高节点的积极性和系统去中心化程度,加快出块速度,提高可扩展性,增强系统安全性。

基于DPoS扩展的量子加密区块链

区块链技术的安全性依赖基于数学计算单向困难性的加密算法,其在量子计算机的指数级加速下暴露出脆弱性。虽然已有一系列抗量子攻击区块链被提出,但它们往往建设成本高昂,不利于普及推广。对此,提出了基于委托权益证明(Delegated Proof of Stake,DPo S)扩展的量子加密区块链,相比于Kiktenko等的原始量子安全区块链,所需建设的量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)信道数量由O(n~2)降低到O(n),所需进行的通信轮数上限由n/3+1降低为k/3+1,显著降低了量子加密区块链的建设成本,提升了其运行效率与拓展能力。

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。

基于节点权重的DPoS共识算法

针对委托权益证明(delegated proof of stake,DPoS)共识机制中节点作恶以及如何降低恶意节点成为代表节点可能性的问题,结合埃欧塔(IOTA)共识机制在安全性和稳定性方面的优势建立了节点之间的信任关系,提出了一种基于节点权重的DPoS(delegated proof of stake based on node weight,NW-DPoS)共识算法。将节点历史行为信息、自身权重值和在线状态作为计算认可度的因素,选取累积认可度高的节点作为区块生产者;根据节点行为表现并以降低节点累积认可度的方式惩罚有恶意行为的节点。仿真实验和分析表明:NW-DPoS共识算法能够明显降低恶意节点成为代表节点的概率,并且在抵御双花攻击和贿赂攻击方面比DPoS共识机制更可靠,从而提高了系统的安全性。

基于安全多方计算的DPOS改进方案

针对DPOS共识机制中节点活跃度低、容易滋生腐败、记账节点容易被DDOS攻击和腐化攻击等问题,提出一种改进方案。重新设计记账权分配机制,利用安全多方计算协议生成系统随机数,在全网在线节点集合中随机决定出记账节点,在此基础上提出一种MPC-DPOS网络模型,降低执行安全多方协议带来的通信流量问题。设计相应的激励机制,保证见证人节点诚实地执行协议。通过实验验证了改进方案的可用性和有效性。

基于信誉授权的DPoS共识机制改进研究

为了增强区块链公链系统中委托权益证明(DPoS)共识机制的“去中心化”程度以及提高节点投票的积极性,提出了一种改进方案。首先,利用基于算力竞争的PoW“挖矿”机制选出“代理节点”集合并设置节点的权益上限,然后通过投票机制从中选出“共识节点”集合,使得委托权益证明机制中共识节点的选举过程更加公平;同时,引入可验证随机函数对共识节点的出块顺序进行优化,增加了节点作恶的成本,防止恶意节点的“合谋攻击”。其次,利用博弈论中沙普利值的计算方式对出块节点获得的奖励进行合理分配,促进节点的投票积极性。最终,引入信用积分对节点的行为进行评判,结合节点当前所获得的投票权益和出块奖励计算综合信誉值(PCredit),并利用PCredit动态授权每轮参与共识的节点,增强其“去中心化”程度。实验结果表明,改进后的委托权益证明共识机制增强了系统的稳定性和安全性,在保证节点出块率的同时平衡了记账权竞争。

基于共邻节点相似度改进的DPoS共识算法

针对委托权益证明(delegated proof of stake,DPoS)中节点投票不积极和恶意节点操纵选举结果的问题,提出一种基于共邻节点相似度改进的DPoS(DPoS based on similarity of common neighbor nodes,S-DPoS)共识算法。首先,引入共邻节点相似度模型实现社区划分,缩短投票周期,提高共识效率。其次,计算节点的信誉度,各社区选出一个信誉度最高的节点作为见证节点且负责生产区块,通过节点身份转换机制及时更新节点类别。最后,通过奖惩机制对节点进行奖惩,快速剔除错误节点。仿真实验结果表明,S-DPoS共识算法的节点参与度比DPoS算法提高30%~40%,并且能够有效降低恶意节点操纵选举结果的可能性,增强了系统的安全性。

基于动态加权选举的委托权益证明共识机制改进

面向委托权益证明共识机制中用户节点缺乏积极性、节点窜谋、难以抑制恶意节点出现、中心化风险变高等缺陷,提出了一种基于动态加权选举的委托权益证明共识机制改进方案.首先,针对用户节点建立奖惩机制以激励用户参与选举活动,同时引入用户节点地址聚类算法以发现具有相似投票行为的用户节点,限制用户节点的不良投票行为.使用改进熵权法对每一轮候选节点的特征动态计算权值,再利用优劣解距离算法结合用户节点的投票情况对候选节点进行排序,使选举结果更为合理.随后,在区块生产过程中动态调整生产节点的生产顺序以避免中心化风险.最终通过仿真模拟验证了所提改进方案的可行性与有效性,结果表明,所提方案能在激励用户节点的同时限制节点的不良行为,有效降低恶意节点出现的概率并避免中心化风险.

IDDS:一种双链结构传染病数据共享区块链模型

现有传染病预防信息系统在工作过程中存在数据难以流通和共享等问题。为了解决这些问题,借由区块链的去中心化、不可窜改和集体维护等特点,提出了一个基于DPoS共识算法的传染病数据共享模型。该模型采用双链结构作为区块链架构,提高了工作效率;结合IPFS获得大容量存储空间,解决了区块数据存储面临的空间问题,保障了数据存储稳定性与共享安全性;提出了疾病防控共识算法,实现了传染病数据共享模型的高效运行。此外,通过与其他数据共享模型的对比,突出了该模型在数据存储与共享安全等方面的优势。

委托股权证明共识机制的改进研究

针对委托股权证明(Delegated Proof of Stake,DPoS)共识机制系统中节点活跃度不高、错误节点剔除不及时、记账收益分配不合理等问题,提出了一种改进方案。改进方案主要改进了DPoS的计票机制和激励机制。改进的计票机制将节点的更多信息纳入了计票范围,使得选票能够更全面地反映节点的信用情况。根据节点的投票记录,动态调整节点选票的权重加快错误节点的剔除。对于激励机制的改进分为投票激励和记账激励两个部分,投票激励针对所有参与共识的节点给予相应的激励,激励系统中的节点积极参与投票。记账激励是根据博弈论中的权利指数来对收益进行二次分配,使得分配机制更为合理,有利于降低了系统的中心化趋势。通过实验验证了改进方案的有效性。

授权股份证明共识机制的改进方案

针对授权股份证明(DPoS)机制中存在的节点投票积极性不高及如何降低恶意节点被选举为代表节点的概率等问题,提出了一种基于奖励机制和信用机制的改进方案。奖励机制规定代表节点所得的交易费要与为它投票的节点所共享,并提出一种改进的收益分配算法合理分配各节点所得的权益;信用机制为节点设置信誉值和状态,并通过优化投票结果的计算方式加大恶意节点成为代表节点的难度。在以太坊平台上搭建了测试区块链对改进方案进行了实验分析,结果表明该改进方案能够降低恶意节点选举成功的概率,提高了系统的安全性。

基于区块链技术的产品标准链架构研究

针对产业链转型升级过程中存在的标准信息不匹配、传递效率低下和监管不到位等问题,构建基于区块链技术的产品标准链,设计以标准链为主链、企业链为侧链的主侧链双链系统。该系统采用信誉积分的委托权益证明(DPOS)共识机制,并引入中心化监管机制的逻辑架构。基于区块链技术的标准链体系可以弱化产品标准的信息不对称程度,实现企业间标准信息的高效传递、匹配和共享,为科技赋能产业升级提供理论与实践参考。