基于RTM信任模型的DPoS共识机制改进研究

为了解决传统DPoS共识算法中存在的恶意行为“摇摆节点”问题和因权益分配不均所造成的“财富集中”问题,提出了一种基于RTM信任模型改进的R-DPoS共识算法。首先,该算法根据节点间的信息传播方向与交易关系对网络节点进行集合分类,在考虑了时间衰减因子等影响因素的条件下分别计算了各节点的直接信任值、推荐信任值以及全局信任值;其次,引入了节点摇摆度值概念,根据计算得到摇摆值的大小,将相邻共识轮次前后该值的变化情况进行比较,再对摇摆节点做出不同程度下的共识轮次惩罚限制措施;最后,在见证人节点投票过程中,增加了平衡反对票环节,再利用前期得到的综合信誉值,构建了一套新的记账节点选举评估准则,根据每轮计算后得到的节点评估值大小来动态地选择见证人节点,并完成一轮共识过程。仿真实验结果表明:改进后的共识算法相较原始DPoS共识算法、基于奖励机制和信用机制的改进共识算法而言,节点选举成为见证人节点的积极性提高了24%、18%,公平性增加了15%、10%,节点作恶的概率降低了9%、15%。

区块链DPoS共识机制改进研究

区块链共识算法可用于增强物联网安全性,提高网络节点之间的协作效率。委托权益证明(Delegated Proof of Stake,DPoS)可以同时满足低成本和高效率的要求,提高节点协作的服务质量。然而,协作节点的恶意攻击、自私行为和投票积极性不高都会影响DPoS的共识过程。针对这些挑战,该文对DPoS共识机制进行了改进,为了提高节点的投票积极性,提出了一种信任值模型,根据节点行为将信用评价指标分为“交易情况”“性能”“信用级别”三个一级指标以及对应的二级指标,并采用动态分配二级指标权重的方法对节点信任值进行计算,从而使选出的节点更加可信。同时,针对恶意节点以及自私行为,提出了一种基于高斯混合模型的异常节点剔除算法,对投票数据进行划分,计算其混合高斯概率密度值,并设定阈值,将低于阈值的节点剔除,从而识别并剔除异常数据。相对于传统的DPoS,改进后的DPoS节点出块速率以及异常节点剔除率都有显著提升。

基于权力指数的DPoS共谋攻击检测与预防

针对DPoS共识机制存在恶意节点通过共谋操纵选举,导致DPoS共识过程中区块链安全性无法保证的问题,提出基于权力指数的DPoS共谋攻击检测与预防方法。首先,借鉴博弈理论中权力指数的思想,构建DPoS的加权投票博弈模型,以分析恶意节点的行为动机。然后,通过异常的权力指数变化幅度进行攻击检测,在预防DPoS共谋攻击的过程中,加入Softsign激活函数抑制恶意节点的权力指数。最后,理论分析与实验验证了所提方法检测和预防DPoS共谋攻击的有效性。

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DPoS共识机制的区块链社区演化的可视分析方法

DPoS(股权授权证明)是当前主流区块链共识机制之一,独特的节点竞选机制使其形成不断演化的区块链社区。对区块链社区演化模式进行分析可以发现共识机制的潜在风险,具有十分重要的研究意义。针对DPoS共识机制区块链数据,提出了一种新颖的共识机制效能组合分析策略,面向区块链社区演化模式,提出了一种多角度探索的可视分析方法。首先,量化了节点排名变化前后工作完成度与投票排名的差异,对共识机制的选择效能和激励效能进行组合分析;然后,针对共识机制组合效能、节点地域分布演化和节点间差异比较等方面设计可视化视图与交互手段;最后,基于EOS主链真实数据设计实现基于DPoS共识机制的区块链社区演化可视分析系统,并通过案例研究和专家评估验证所提方法的可用性及有效性。

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。

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.

Extensive game analysis and improvement strategy of DPOS consensus mechanism

Delegated proof-of-stake(DPOS) consensus mechanism is widely adopted in blockchain platforms, but problems exist in its current applications. In order to explore the security risks in the voting attack of the DPOS consensus mechanism, an extensive game model between nodes was constructed, and it was concluded that the DPOS consensus mechanism relies too much on tokens, and the possibility of node attacks is very high. In order to solve the problems of frequent changes of DPOS consensus mechanism nodes, inactive node voting, excessive reliance on tokens, and malicious nodes, a dynamic, credible, and attack-evading DPOS consensus mechanism was proposed. In addition, the Python simulation results show that the improved Bayesian voting algorithm is effective in calculating node scores.

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。

基于双账本的物联网数据存储与共享方法

物联网系统通常产生海量数据,且不同主体之间还存在数据协同、数据存储和数据共享问题。针对上述问题,提出一种基于双账本的物联网数据存储与共享模型。构建IOTA账本和区块链账本的双账本结构,利用IOTA的资源需求低且高吞吐量的特点,提高系统的存储性能;通过部署边缘服务器进行物联网数据预处理并实行分布式存储,优化系统的存储资源;提出改进的DPoS共识算法,解决传统DPoS节点投票不积极和恶意节点贿赂问题,增加共享数据的安全性。实验结果表明,所提方法在数据安全存储与共享方面更具优势。

数字档案管理与服务区块链共识算法与激励机制研究

基于区块链的DPOS共识机制,提出算法定义和增加数字档案管理与服务联盟区块链的记账(审核)节点,并确定各记账节点对待上链数据进行打分、评价的指标和具体流程,并确定了具体的激励机制与策略。

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。

一种改进的区块链共识机制的研究与实现

基于在区块链系统中利用共识机制使节点快速、安全的达到数据一致性的目的,文中提出了一种改进的股权授权证明(Delegated Proof Of Stake,DPOS)共识机制,采用基于信用奖惩和投票结果选择优化两个核心方案实现快速剔除异常节点以提高系统安全性。通过搭建分布式网络进行实验,对比分析了机制改进前后的实验结果,验证了在基于信用的奖惩机制下,异常节点再次成为代理节点的概率由84%降低到了5%;并且异常节点被踢出代理所需投票轮数由2.5轮降低到了1.1轮,从而降低了异常节点对系统的影响。

面向版权授权交易的区块链共识机制

为实现安全高效的版权授权交易,使原创版权作品得到有效保护。针对区块链技术中的共识机制加以改进,提出一种适应可信版权登记与授权交易场景的DPOS共识机制改进方法。基于信用值和币龄进行设计,采用CES生产函数模型对节点可信程度进行衡量,减少作恶节点当选代表节点的概率;通过基于混合同余算法的随机出块策略和新型区块合法性验证策略,实现区块可信的产生与验证过程,增强共识算法安全性;增加基于出块时间的信用值奖惩机制,增大网络带宽与节点性能更好的节点成为出块节点的概率,提升系统效率。实验结果表明,改进方案可以全面提升区块链系统的安全性和效率,有效应用在版权交易领域,实现可信的版权授权交易。

区块链技术在分布式能源交易中的应用

分布式能源就近自主交易已经成为我国配电网的未来发展趋势。但是分布式能源的出力具有不确定性及个体趋利特性,且参与者众多、单笔交易量小、具有高并发性,使得交易过程中的安全性、公平性与实效性成为突出问题。区块链技术以其去中心化、安全透明、不可篡改等特性与分布式能源交易的需求具有极高的契合度。为此,首先分析了基于现有区块链技术的电力市场交易系统的优势与不足,提出了基于有向无环图(DAG)拓扑的公平委托权益证明(F-DPoS)共识机制的区块链技术,改善了DPoS共识机制下的选举舞弊和DAG中的知名节点问题,辅以公平的通证奖励和刷新机制,以经济激励的方式促进市场主体维护系统的安全;然后构建了基于DAG+F-DPoS共识机制的区块链分布式能源交易管理框架,确保在面对高并发、高流量、高可用的实际场景时能够保证高效、快速、安全的交易吞吐。通过算例仿真分析验证了所提方法的可追溯性、高效性与安全性。

委托权益证明共识机制的改进方案

针对委托权益证明(DPoS)共识机制由于投票不积极和选举周期过长造成的恶意节点剔除不及时的问题,提出了一种基于熔断机制、信用机制和备用见证人节点的DPoS共识机制改进方案。首先,引入熔断机制,提供了反对票功能,加快踢出作恶节点;其次,引入信用机制,为节点设置信用分数和信用等级,通过监测节点行为来动态调整节点信用分数和等级,加大作恶节点获得票数的难度;最后,加入备用见证人节点列表,及时填补因为节点作恶被撤销见证权后出现的空缺。搭建了基于本改进方案的测试区块链系统,通过实验验证改进方案的可用性和有效性。实验结果表明,采用改进后的DPoS共识机制的区块链可及时剔除作恶节点,适用于大多数场景的应用。

适用于数字版权保护交易的共识协议

针对现有的数字版权保护交易都是在以PoW、PoS为基础的共识协议上进行的研究设计,存在对资源消耗高、达成共识速度慢、效率低等问题。考虑到交易速度快、耗费成本低、交易量大等的特性,该文在DPoS协议的基础上,在节点被选为代理节点时,通过节点交易频次和信用变化值来衡量节点的积极性,进而提出了一种适用于数字版权保护交易的共识协议T-DPoS。该协议采用节点状态作为补充,降低错误节点当选的概率。在分布式网络上进行8个节点的竞争实验,在每轮实验中进行1000次程序的运行以保证实验的持续性,证明积极性更高的节点更可能成为代理节点且错误节点当选概率能够控制在1%以内,更适合数字版权保护交易系统。该技术可以在线上进行分布式部署完成数字版权保护交易。