区块链共识算法研究综述

区块链已广泛应用于货币金融、通信网络、信息安全、物联网、电力运行管理和社会职能管理等多个领域,但依然存在许多急需解决的问题。共识算法是区块链的核心技术之一,是区块链各节点达成一致性最为重要的底层技术,是解决区块链吞吐量太小、通信存在延迟等一系列问题的关键技术,是区块链安全运行的重要保证。文中基于区块链共识算法的设计原理,主要介绍了区块链的构成、分类、架构、上链、节点处理流程及存在的问题,重点阐述了现有PoW、PoS、DPoS、PBFT、Raft、Paxos、Ripple等共识算法设计思路、共识理论及流程,对共识算法中的共性问题,即算法优化、算法效果进行了综合概述和分析,并对区块链共识算法研究进行了展望,希望开发出更加高效、安全的共识算法。

一种基于信誉审查与算力权益化证明的联盟区块链共识算法

针对目前联盟链共识算法存在共识效率低和主节点选举过于集中的问题,提出一种基于信誉审查与工作量证明相结合的联盟区块链共识算法PRW(Proof of Review and Work)。引入了公有链中工作量证明的思想,通过同时考虑联盟区块链共识节点当前信誉审查情况与算力化的权益实现一致化共识,平衡系统集中化趋势,从而促进联盟区块链公平可持续发展。实验结果显示,经过改进后的PRW共识算法在提高节点出块效率的同时平衡了记账权竞争。

基于市场证明共识的分布式账本协议:Achain

区块链技术给加密货币带来了新的变化,并得到了广泛的应用.然而,它仍面临着高吞吐量、低交易延迟、安全性和去中心化的需求和目标.此外,消费节点(交易提供者)的意愿难以映射到leader中,区块开采者热衷于挖矿竞赛也导致中心化和能耗的加剧.为此,提出了一种不同于传统PoW(proof-of-work)共识的新型共识算法——PoM(proof-of-market),及其第一个实施案例——Achain协议.PoM的算法设计使得消费节点进行PoW工作,并投票选出leader节点.这不仅离散化了挖矿的工作,提升了去中心化,降低了能耗,还体现了消费节点的意愿,只有受到最多支持的节点才能成为leader.在性能上,相较于PoW型区块链,Achain还提升了可扩展性,此外,还提供了一种Achain节点存储优化方案——FastAchain;在安全性方面,Achain辅以一套激励相容的奖惩机制使得恶意节点的收益期望为负,这保护了诚实节点的利益,且Achain可以容忍至多1/3的全网总算力被恶意节点控制.为了验证Achain的性能表现,实施了一个大规模网络下的Achain原型用来评估其相关性能,结果表明Achain达到了预期,优于一些主流的代表性区块链协议,且保持了良好的链收敛性和去中心化.

PoW共识算法中的博弈困境分析与优化

区块链是随着比特币等数字加密货币逐渐兴起而盛行的一种新型去中心化分布式系统,具有去中心化、时序数据、集体维护、可编程和安全可信等特点.目前,区块链已引起政府部门、金融机构、科技企业和资本市场的高度重视与广泛关注.如何在一个去中心化的分布式系统中高效地达成共识是区块链技术研究的重要问题.本文从工作量证明(Proof of work,PoW)共识算法的挖矿困境入手,分析PoW共识过程中矿工策略选择的纳什均衡存在条件.利用零行列式(Zero determinant,ZD)策略对矿工策略选择进行优化,并通过数值仿真来验证优化算法的有效性.概括来说,本文从博弈论角度来理解和剖析PoW共识算法,为进一步设计基于博弈论的共识算法提供新的思路和方法.

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.

区块链共识算法综述

区块链技术作为核心技术自主创新的重要突破口,在越来越多的领域带来了深刻的变革。区块链的三大核心技术分别是:密码学、共识机制和分布式网络。共识算法作为区块链技术的核心之一,对维护系统稳定运行,以及节点间的相互信任有着重要的作用。本文主要介绍了区块链共识机制发展至今的一些代表性算法,包括分布式共识、工作量证明、权益证明等共识算法,并对这些算法中存在的一些安全隐患进行了概述。

区块链共识层专利技术综述

区块链是分布式数据存储、共识算法、加密算法等计算机技术的新型应用模式,共识层是区块链的关键技术之一,是目前全球研发主体为提升区块链记账效率的重要研究内容。本文对区块链共识层技术的专利申请基本情况进行了分析,并对该领域的共识算法、共识流程预处理两大技术分支的技术发展路线进行了梳理。

无线网络中区块链共识算法的开销分析

选取工作量证明(PoW)和实用拜占庭容错(PBFT)作为公/私链代表,对比分析了两者在无线网络中的系统资源消耗,为区块链类型的选择提供合理评估.首先,建立公平统一的网络模型和区块链标准流程;然后,考虑无线网络传输失败导致的区块丢失,推导分析了相应的PoW分叉和PBFT视图更换概率;最后,分析了无线网络规模对PoW和PBFT的通信开销和算力开销的影响.仿真结果表明,PBFT的算力开销远小于Po W,但PBFT的通信开销受节点规模的影响较大,可扩展性较差;PoW的通信开销受节点规模的影响相对平缓,可扩展性相对较好.

预防区块链分叉的节点检测算法研究

区块链系统中的节点通过挖矿进行算力较量,获胜者赢得交易的记账权和一定奖励.由于节点之间存在竞争挖矿以及网络传输的异步性,就难以避免恶意节点干扰节点挖矿结果,进而导致区块链产生分叉现象.区块链分叉致使节点之间的数据一致性难以保障,严重影响区块链的安全性.利用区块链分叉节点检测算法,对节点池具有挖矿能力的节点的挖矿行为进行预判,对节点忠诚度进行检测以此降低分叉产生的概率,从而预防区块链产生分叉.