一种可证安全的权益有向无环图共识机制

给出了一个可证明安全性的共识机制。该机制主要由委员会协议和交易确认算法构成。委员会协议用于从共识节点中选出主动性强且权益较大的节点组成动态迭代的委员会，以并行处理区块链中用户产生的常规净交易。交易确认算法基于委员会成员所发出的链交易形成的有向无环图，通过有向无环图的直接和间接引用计算常规净交易被委员会成员确认的次数，当某个常规净交易被不少于委员会成员数量的2/3确认后，该常规净交易就被写入链中。在一些公认的假设下，证明了共识机制具有一致性和可结束性。进一步，初步搭建了基于该共识的区块链系统，测试了系统的性能，测试结果与理论估计相符。在部署16个委员会成员，交易批量为10⁶时，测试系统的交易吞吐量约17 000个交易每秒；对比目前较为高效的Honey Badger BFT共识协议，在相同配置下，该协议的交易吞吐量约2 600个交易每秒，相差约6倍。     

基于双RSA累加器的无状态交易验证方案

为了缓解区块链中不断膨胀的状态数据给节点带来的存储压力,针对以比特币为代表的UTXO模型区块链,提出基于双RSA累加器的无状态交易验证方案.该方案利用固定大小的密码学承诺取代状态数据,在保证节点能够独立验证交易的基础上,大幅降低本地存储.基于RSA累加器的特性,利用2次高效的添加操作替换了复杂的删除操作,以较少的通信开销为代价,大幅降低系统的计算开销,保证交易验证的效率.实验结果表明,该方案相比于传统的区块链拥有较高的节点存储压缩率,相比于其他无状态方案拥有固定的额外通信开销及较高的交易验证效率.     

面向物联网主从链结构的认证机制

物联网中不同系统间的认证已成为急需解决的问题，虽然通过单个区块链的分布式、去中心化的优势可以实现对物联网设备的可信访问和管理，但是区块链单链结构存在可扩展性低、吞吐量低的特点，导致设备认证效率低下。针对上述问题，提出基于主从链结构的物联网设备身份认证网络结构，引入信誉评估机制，通过选择信誉值高的共识节点并优化共识阶段，改进实用拜占庭共识(PBFT)算法，获得新的共识算法L-PBFT;设计认证智能合约，实现跨链的可信认证和可信交互。通过仿真实验对比L-PBFT算法和PBFT算法，结果表明L-PBFT的吞吐量比PBFT增加了44%,同时减少了拜占庭节点率，降低了认证请求的时延，提高了设备认证效率。     

基于区块链和云平台的数据共享模型

现有的数据共享模型普遍存在数据检索慢、新节点在交易验证过程中参与度不够和数据提供方须依托于效率较低的本地计算等不足。针对这些问题,提出了一种基于区块链和云平台的数据共享模型。通过平衡二叉树和默克尔树结合的方式对链上数据的哈希值排序,提高区块的检索效率;采用基于健康指数的抽签算法选取共识节点,增加新节点被选中的机会;并将数据提供方需要完成计算的过程迁移到云端完成,提高计算的效率和计算资源的利用率。与其他数据共享模型的对比分析表明,所提模型在保证数据交易安全的基础上,优化提升了数据处理的性能。     

异构多处理平台并行实时编码算法研究

针对以CPU为处理平台的H.265/HEVC串并行编码效率较低的问题,设计了一种基于异构多核CPU+GPU处理平台的并行实时编码算法。按照CPU和GPU互不相同的硬件特性分配任务,降低了时间复杂度,同时使CPU和GPU的协作能力获得了提升,计算资源得到了更加合理的利用。视频编码并行化设计提高了编码效率,高清视频的编码速度最高可达26.31帧/s,实现了高清视频的实时编码。     

基于多智能体强化学习的区块链赋能车联网中的安全数据共享

针对基于委托权益证明(Delegated Proof-of-Stake, DPoS) 共识算法的区块链赋能车联网系统中区块验证的安全性与可靠性问题, 矿工通过引入轻节点(如智能手机等边缘节点)共同参与区块验证,提高区块验证的安全性和可靠性。为了激励矿工主动引入轻节点, 采用了斯坦伯格(Stackelberg)博弈模型对区块链用户与矿工进行建模, 实现区块链用户的效用和矿工的个人利润最大化。作为博弈主方的区块链用户设定最优的区块验证的交易费, 而作为博弈从方的矿工决定最优的招募验证者(即轻节点)的数量。为了找到所设计Stackelberg博弈的纳什均衡, 设计了一种基于多智能体强化学习算法来搜索接近最优的策略。最后对本文方案进行验证, 结果表明该方案既能实现区块链用户和矿工效益最大化, 也能保证区块验证的安全性与可靠性。     

多区块链环境下的连接查询优化算法

为了提高多区块链间的连接查询处理效率,提出多区块链环境下的连接查询优化算法. 该方法在传统的多区块链模型中增加语义信息,构建语义多区块链模型,为多区块链间的连接查询提供基础. 基于该模型,参考分布式数据库的索引结构,提出多区块链间的连接索引结构,将多条区块链进行属性连接,提高连接计算的效率,减少数据传输的通信代价. 在此基础上,提出多链连接查询优化算法,提升多区块链连接查询的效率. 最后,在2个真实公开的数据集上进行实验. 结果表明,多区块链间的连接索引结构稳定;与传统的直接进行连接查询的操作相比,多区块链连接查询优化方法简化了查询处理过程,通过访问连接索引直接获取查询结果,减少了本地计算负载和网络开销,提高了查询效率.     

去中心化的数据处理方案设计

传统的基于主/从的数据处理框架容易受到主节点的单点故障和性能瓶颈的影响。相比之下, 区块链系统采用去中心化的框架, 能够聚合海量的计算资源。提出了一种基于区块链的数据处理框架, 利用区块链的优点来解决中心化框架的缺点。在所提出的框架中, 区块链存储任务信息, 采用的有用工作共识证明共识机制使节点能够使用其计算资源处理任务, 同时竞争领导者(将待处理的任务分派到区块链)。模拟表明, 所提出的框架在吞吐量和任务响应时间方面优于集中式框架。     

基于区块链技术的私募股权众筹平台变革及展望

针对当前互联网股权众筹平台存在的发展问题,本文尝试探讨提出基于区块链技术的优化思路,多维度重构股权众筹平台,打造全产业链解决方案.即搭建点对点数字化资产交易基础设施,基于联盟链技术建立区块链资产交易网络,运用博弈论模型构建互信机制,运行基于区块链的分布式股权交易系统协议,让股权交易相关参与方均加入统一的区块链联盟、资产网络和服务生态圈,合理重构股权众筹与交易平台的技术架构、系统功能和业务流程,把众筹项目的业务流程和规则编制成智能合约代码,把代码、数据与项目状态全部记录在区块链上,从技术层面合理解决股权所有权唯一性、第三方系统连接、快速权益登记与确权、不可篡改的权益转移、记账即结算、数据安全和隐私保护等需求,支持提升股权交易流程效率,从数天缩短到几分钟.     

基于DCPN的区块链小额实时交易策略

在目前的区块数据生成方式下,小额交易场景容易遭遇效率瓶颈。针对区块链应用中的小额交易等待时间过长的问题,提出一种区块链小额实时交易策略(real-time micro trading strategy with blockchain,RMTSB)。首先,构造一种时延控制Petri网(delay control Petri nets,DCPN)模型用于描述、分析和控制带有时延信息的系统;其次,为了记录和评估交易过程,给出了一种含个人信用指标的交易数据区块结构和面向小额交易的个人信用度评价方法;然后,在信用度分析的基础上,采用DCPN建模设计了RMTSB策略;最后,从全节点和轻节点两个角度分别建立了区块链的小额实时交易过程。为了验证策略的有效性,对常规区块链交易过程、RMTSB策略下的交易过程及含有网络时延变量的RMTSB策略下的交易过程进行了仿真,并通过多轮交易的时延累积消除单次实验的偶然性。仿真结果表明,与区块链常规交易过程相比,RMTSB策略以支付方信用度为参考,有效提高了交易验证的效率,其交易时延与常规交易过程相比可降低50%~75%。因此,该策略可在一定程度上简化认证过程,从而提高区块链环境下小额交易的支付速度,使区块链真正成为小额交易应用场景中的支撑技术。     

多目标联合优化的移动中继选择策略

为了在提升用户吞吐量的同时降低中继节点切换概率,分析了动态场景下用户与中继节点的移动状态,提出了多目标联合优化的移动中继选择策略.算法通过分析动态场景中影响系统吞吐量与中继切换概率的因素进行中继节点选择,充分考虑了多跳蜂窝网络的移动特性和用户呼叫到达状态.仿真结果表明,所提算法在有效提升用户吞吐量的同时降低了中继切换概率.     

基于区块链的公路货运交易平台研究与设计

针对公路货运存在物流信息平台间不互联、物流整体绩效不高等弊端,研究和设计了新的交易平台.首先,分析了当前货运交易模式和区块链在货运物流应用的研究现状,提出了一种基于区块链的公路货运交易架构;其次,设计了公路货运交易的共识协议.实验分析表明,方案可以为构造公路货运的物流生态圈提供一定的理论依据,保障交易的安全性.     

后量子区块链交易认证方案设计与分析

实现量子安全性和区块链钱包空间尺寸压缩是一种提升区块链的安全性、节省钱包存储开销的有效措施。文章建立了适用于分层确定性钱包的区块链交易认证模型,利用固定维数格基代理算法生成用户的子密钥对,在格上设计了一个具备后量子安全的区块链交易认证方案。结果表明:基于小整数解问题的困难假设,在标准模型下证明了认证方案满足存在不可伪造性;由于实现了子密钥对尺寸与种子密钥尺寸的一致性,同利用盆景树原理生成子密钥对的方法相比较,子公私钥长度分别压缩了50%和75%,交易签名私钥长度压缩了75%。     

一种面向供应链溯源应用的改进PBFT算法

针对供应链溯源存在数据造假、运力不透明等问题,将区块链技术的去中心化、数据不可篡改等特性与供应链溯源结合,提出一种改进的动态实用拜占庭容错算法(practical Byzantine fault tolerance, PBFT)。引入计分机制选取主节点,以保证网络能够识别并标记出分值较高的节点;根据区块链基础结构将供应链溯源模型架构设计为数据层、合约层、应用层3层,合约层中使用改进的动态实用拜占庭容错算法动态更新主节点,减少主节点为拜占庭节点的概率,降低网络中交易延迟;以通讯开销、交易延迟作为衡量指标,对改进算法的有效性进行实验验证。结果表明,与实用拜占庭容错算法相比,随着节点数目逐渐增多,改进算法可明显降低通讯开销与交易延迟。     

高频谱效率的双向连续中继技术

无线多跳网络中,为避免节点半双工工作模式导致的网络频谱效率（吞吐量）的损失,提出了一种基于物理层网络编码的双向连续中继技术（PNC-BSR）. 该技术利用物理层网络编码及多个中继节点之间的协作传输,有效地提升了无线多跳网络的频谱效率. 研究结果表明,与传统中继策略及放大转发方式的双向吞吐量增强中继策略（AF BAT-relaying）相比,在高信噪比的情况下,PNC-BSR的网络吞吐量可分别提升300%和100%. 该技术可充分、高效地利用网络资源.     

物联网区块链中基于演化博弈的分片算法

分片技术被广泛认为是一种克服当前物联网区块链系统可扩展性限制的有效解决方案。然而,由于恶意节点随机分布以及区块链网络复杂的参数配置,如何保证分片的有效性仍具有挑战。首先,对分片区块链的性能进行建模,分析其安全性和可扩展性。其次,为减少恶意节点的聚集以及提高网络的性能,提出了一种基于演化博弈的分片选择算法来优化节点的分片决策。仿真结果表明,提出的分片算法可以使恶意节点尽可能地均匀分布于各个分片中,同时提高分片区块链的性能,进而更好地支持区块链在物联网中的应用。     

片上网络良率评估的GPU加速

针对片上网络良率评估速度较慢、效率较低的问题,研究片上网络良率评估的GPU加速,提高评估算法的执行效率.将良率评估中的样本分析算法移植到GPU平台;在分析、比较了不同平台,随机样本生成算法优劣的基础上,发现GPU平台不适合生成样本;进一步优化CPU平台上的样本生成算法,使之能与GPU一起,实现异构并行;提出CPU生成样本、GPU执行样本分析的异构并行方案.与仅使用CPU的评估算法相比,采用提出的异构并行算法实现了10倍的运行效率提升.     

非均匀多信道Ad Hoc网络信道选择方法

提出了一种基于混合博弈的Ad hoc网络多信道选择算法,以最大化每个节点吞吐量为目标,研究了在多个信道速率不同的情况下节点对接入信道的选择问题. 首先通过建立饱和吞吐量模型来量化节点选择不同信道所获得的收益,然后利用混合博弈纳什均衡理论分析不同用户数时的信道选择策略,并提出一种混合策略信道选择算法,以最大化每个节点的吞吐量,同时保证了信道分配的公平性. 仿真结果表明,该算法能较大地提高系统吞吐量,在多用户竞争情况下,与随机选择和共享信道等策略相比,吞吐量至少提高了15%.     

基于GPU的大图数据上的关键字检索算法

在传统图上关键字检索问题研究的基础上,基于图形处理器（GPU）设计新的关键字检索算法. 基于Steiner tree语义定义关键字检索问题,针对该问题结合传统多源最短路径算法在CPU上设计基本算法,由于CPU架构特性,该算法无法直接移植到GPU上. 提出GPU上的基本检索算法,分析它相对于CPU版本的优势和仍然存在的不足. 为了提升算法查询速度,反思GPU上基本检索算法的不足之处,提出基于索引的优化技术,利用单源最短路径算法的松弛更新思想、关键字独立性和内部整体性,设计GPU上的高效关键字检索算法. 扩展该算法思想,对r-cliques关键字检索问题提出GPU上的优化思路. 通过分析算法复杂度并在真实数据集上进行实验,证明该GPU算法的正确性和有效性,并证明算法在较大规模图数据上仍有较强的计算性能.     

基于GPU+Spark的电力大数据分析算法

针对Spark计算框架处理规模急剧增长的大数据时,处理速度会明显减慢,无法满足电力大数据分析的实时性处理需求的问题,提出了一种基于GPU与Spark计算框架的电力大数据分析算法.将GPU的并行处理结合到Spark计算平台上以提升电力大数据处理的效率,并通过构建排队模型来最大化该计算框架的性能.仿真结果表明,所提出的算法具有一定的精确性和有效性,且加入GPU计算后能够明显提升数据处理速度,可以满足大规模数据处理的实时性需求.