基于改进PBFT算法的区块链模型测试与实现

主要研究传统的PBFT共识算法和DPOS共识算法的不足之处,然后根据两种算法的缺陷,从优化区块链共识性能的角度,将两种算法结合形成新的共识算法,改进之后的算法,可以实现节点的减少视图切换,节点动态性增减,减少带宽开销,提升交易吞吐量以及优秀系统时延性能几个方面优点,并且分别从吞吐量和创建账户事务时延以及带宽开销的实验数据来做对比分析,进而说明对传统PBFT算法改进的效果。

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。

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。

基于改进PBFT算法防御区块链中sybil攻击的研究

针对sybil攻击对区块链技术有极大危害的问题,在联盟链中对PBFT算法进行改进,以防御sybil攻击。首先,借鉴基于权益证明的共识算法思想,通过建立信誉模型,根据各节点共识过程中的行为计算节点的信誉值,并依据信誉值的大小赋予节点不同的话语权;然后,在PBFT算法中加入了pre-commit阶段来减少节点间通信的次数。形式化分析推理和安全性测试表明,改进的PBFT算法不仅可以有效防御区块链中的sybil攻击,而且使区块链系统性能在TPS和区块生成时延方面有明显提高。

基于奖励积分机制的高效拜占庭容错算法DIG-PBFT

实用拜占庭容错共识算法(PBFT)作为联盟链中最常见的共识算法,可以在恶意节点少于三分之一的情况下,保证系统的正确性.然而,PBFT算法在建立信任与共识过程中存在高时延、低吞吐量、主节点选取安全性、恶意节点未处理等问题.为了解决这些问题,引入奖励积分机制来对共识节点进行分组并设定候选节点集,提出了一种高效快速的拜占庭容错算法(DIG-PBFT).在共识过程中,DIG-PBFT通过动态地调整实际参与共识的节点,增加了安全性更高节点的参与度.仿真实验结果表明:与PBFT算法及其同类工作相比,DIG-PBFT算法的吞吐量更大、时延更低,且安全性更高.

基于社区发现的改进PBFT共识算法

共识算法是区块链分布式系统的核心组成部分,它是通过遵循预设流程,使互不信任的节点最终实现数据一致性的关键算法。PBFT共识算法在这一过程中能够容忍一定数量的拜占庭错误节点。大规模区块链网络中,通过PBFT共识算法维护分布式账本的一致性,是区块链系统运行的关键。传统的PBFT共识算法通过多个节点间的交叉验证,防止恶意节点的篡改和欺瞒。然而,这种方式的共识过程复杂,在大规模网络中,共识效率低下,且无法有效应对恶意节点和故障节点的影响,导致网络的稳定性难以保证。本文提出一个基于社区发现的改进PBFT算法,通过节点间交易行为数据构建社交网络,根据节点间的业务关联度,利用Louvain社区发现算法进行社区划分。采用“先社区内共识,后社区间共识”的策略,降低大规模共识中的复杂度。实验结果表明,该算法能够显著降低大规模区块链网络的通信复杂度,缩短达成共识时间,提高系统的吞吐量。

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。

基于联盟链微电网交易的改进Raft共识算法

针对联盟链微电网交易场景的高吞吐量与抵御拜占庭节点攻击的需求,提出了一种基于Raft的多领导者拜占庭容错共识算法MLB-Raft(multi-leader Byzantine fault tolerance-Raft)。首先使用可验证随机函数VRF选举领导者节点群,通过多领导者并行提交区块的方式提高算法的吞吐量;接着引入了协调者角色,负责领导者的选举、管理与系统共识;在领导者与跟随者进行区块复制的过程中,结合并简化了PBFT算法的共识流程,实现本算法的抗拜占庭特性。实验结果表明,在大规模网络节点环境下,相较于Raft算法,该算法提高了吞吐量与共识效率,但付出了部分通信开销代价;相较于PBFT算法,该算法提高了拜占庭容错能力,降低了通信开销。综上,该算法能有效保障联盟链微电网交易的时效性与安全性。

面向分布式电力交易的实用拜占庭容错共识算法改进

针对实用拜占庭容错(Practical Byzantine fault tolerance,PBFT)共识算法在分布式电力交易场景下共识时存在的主节点选取策略简单、缺少奖惩措施以及通信资源消耗较大等问题,提出一种改进实用拜占庭容错共识算法。首先,明确分布式电力交易(Distributed power trading,DPT)参与方构成,制定参与方对应节点在共识过程中应承担的权责;其次,制定节点信誉值计算方法,根据节点在共识中的表现筛选不良行为节点,有效限制拜占庭节点参与共识;此外,基于信誉值与散列算法实现了一种可验证的主节点选取方法,使主节点选取难以预测;最后,引入多主节点改进一致性协议,提高算法对拜占庭主节点的容忍程度。实验结果表明,DPT-PBFT算法在通信开销、共识时延等方面相较于PBFT算法均有不同程度的提升,能够有效适用于分布式电力交易场景。

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PBFT共识算法的物联网信息安全系统设计

物联网技术在医疗、金融、智能城市建设等领域中有着重要应用,是各个行业的现代化建设必不可少的技术。但物联网的安全性较差,无法有效保护用户的隐私安全。研究利用区块链技术提升物联网的安全性与保密性,利用实用拜占庭容错共识算法提升物联网的容错性能,构建物联网信息安全系统。研究结果表明,该系统对异常节点的检测准确率超过了90%,证明物联网信息安全系统有较好的抗攻击性和容错能力,能够有效保护物联网用户的隐私安全,具有较高的实用性。

基于节点划分聚类的PBFT共识算法

由于集群中节点数量增多的需求,可扩展性问题一直是PBFT共识算法的研究热点。针对此问题,提出了一种基于节点划分聚类的PBFT共识算法,称为KPBFT算法。为减少PBFT算法中节点数量过大导致共识效率下降的问题,根据节点在PBFT共识过程中的响应情况作为数据维度,结合K-means++聚类算法对集群中的节点进行划分聚类并分级。选择聚类后的各级节点簇参与不同的共识过程,可以减少参与共识的节点总数,并且提高参与共识的节点质量。通过本地多节点仿真实验对比分析,节点划分聚类后的KPBFT算法可有效减少通信开销,提升多节点环境下的共识效率,使集群具有更好的可扩展性。

面向物联网系统的改进PBFT共识机制

针对复杂网络环境中,基于传统PBFT共识算法的物联网系统存在恶意伪装设备和共识响应延迟高的问题,提出一种基于位置和时间的可信双层PBFT共识机制(credible-location-and-time-based Byzantine fault tolerant algorithm, CBFT)。根据边缘服务器的位置信息对设备进行分组,使用GeoHash(geographical hash, GeoHash)协议创建设备的位置定时器,根据定时器的可信时间遴选出诚信设备;基于边缘服务器的信用值生成两层网络,并行开展共识,分解共识任务;引入基于Token的信用评价机制,激励边缘服务器规范共识行为。实验结果表明,改进的共识机制能够有效筛选出恶意设备,降低共识耗时并提高系统吞吐量。

共识算法RPbft在区块链物流平台的应用

区块链技术自从面世以来,就以其不可篡改性和去中心化等优势闻名。保证其不可篡改性的技术中重要的一项技术便是共识协议。而不同的共识协议面对不同的环境的表现也是各不相同,所以如何确保共识协议在特定的环境核能稳定高效运行,是区块链应用中的一个很重要的问题。基于Raft算法和Pbft算法设计一种新的共识算法并应用于区块链物流项目中,首先对参与共识的节点进行分组,组内使用Raft算法共识,各组选出领导者节点后由领导者节点代表本组成员来进行组间共识,组间使用Pbft算法进行共识,对Pbft算法的启动条件进行修改,使其支持在运行过程中增减节点。通过这种方式来确保即便节点在增多的情况下,对系统的性能影响依旧在可控范围内,同时还能够避免Raft算法的候选冲突问题。

一种基于环签名的PBFT区块链共识算法改进方案

联盟链是一种允许授权节点加入网络的区块链,当存在网络状况不理想等状况时,会出现节点动态加入退出的问题。为此,在环签名理论、ElGamal数字签名算法与PBFT算法的基础上,提出一种基于ElGamal数字签名算法的环签名改进方案。对环签名算法进行正确性及匿名性分析,运用环签名方案改进PBFT算法的签名及验证过程,使用Fabric中的区块链性能测试框架Caliper对改进方案进行性能测试,结果表明,基于环签名方案的改进PBFT共识算法可较好地解决网络中节点动态加入退出问题,且能够达到原PBFT算法的拜占庭节点容错率,具有一定的实用性。

基于分组Raft机制的PBFT共识算法改进方案设计

本文针对区块链中实用拜占庭容错算法(PBFT)存在节点活跃度不高,节点数量增加,性能低下,作恶节点无法被监督并被及时踢出联盟链等问题,提出了一种基于分组Raft机制的GRBFT优化方案。首先对节点进行分组,将原本PBFT中的所有节点一起互相交互进行共识改为组内共识加组外共识,先组内遵循基于PageRank算法优化的Raft共识算法进行共识,然后组外每个小组被选出的组长将会带着组内的共识结果与其它组长遵循PBFT算法进行共识。搭建了基于本改进方案的仿真模拟与性能测试系统,通过模拟实验证明了该方案的有效性以及可用性,实验结果表明,GRBFT算法比起PBFT算法最大可容忍更多的恶意节点,拥有更高的吞吐量以及更低的共识时延。

一种改进的实用拜占庭容错共识算法

区块链是由各个区块链接而成的一种链式结构,具有去中心化、不可篡改、信息真实可靠等特性。相比于公有链,联盟链中的实用拜占庭容错(PBFT)算法具有着更为高效的共识速度。但是即便联盟链共识算法有着严格的准入规则,也无法屏蔽全部的拜占庭恶意节点担任为主节点,很大程度上增加了共识过程中的时间开销。同时,原始的PBFT算法无法进行节点的动态加入,为后续节点加入联盟增添不便。针对以上两个问题,提出一种可动态加入的标记型实用拜占庭容错(Dynamic-Mark-Practical Byzantine Fault Tolerance,DM-PBFT)算法,该算法通过引入节点状态信息实现对拜占庭节点的选主阶段屏蔽,从而减少了过多的视图切换过程;此外,通过动态节点缓冲池的方式存储待加入的节点,实现了节点的动态加入。相较于PBFT算法,DM-PBFT算法有效减少了区块链的共识时延,提高了出块速度,同时兼具了良好的鲁棒特性。

基于备选投票机制的低时延PBFT改进研究

针对实用拜占庭容错算法PBFT共识时延高、视图切换效率低、动态性不足等问题,提出一种基于备选投票机制的低时延共识算法IPBFT。通过增设候补集合,使系统的共识节点能够支持动态增加和减少,同时优化视图切换协议,使算法能够在只有两个阶段的情况下完成共识过程,降低系统的通信开销。在此基础上,将算法的主节点选取方式改进为投票选举机制,在节点进行共识的过程中实现主节点的选举,从而减少视图切换所需的通信次数和时延。实验结果表明,IPBFT算法较原始PBET算法具有更低的共识时延和更高的吞吐量,并且能够较好地支持节点动态的加入或退出。

基于轻量化区块链的无人机蜂群身份认证设计

区块链技术的去中心化、不可篡改和加密算法等特性是分布式组网身份认证的研究热点,但现有区块链存在算力要求高,效率低下的问题,在无人机蜂群组网中的应用受限。因此,设计了一种轻量化区块链的无人机蜂群身份认证系统。首先,构建了基于区块链的无人机蜂群身份认证系统模型。然后,对系统中的区块链共识算法(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)进行改进,提出了一种轻量化可信的PBFT共识算法(Lightweight Trusted PBFT,LTPBFT),通过引入信誉奖惩机制和投票机制降低了拜占庭节点担任主节点的概率。最后,通过优化流程降低了通信复杂度,实现了轻量级认证系统。仿真结果显示,与PBFT相比,LTPBFT共识算法在通信开销、吞吐量、共识时延和安全性方面有更高的效率和更强的稳定性。