一种抗合谋攻击的区块链网络分片算法

分片技术是区块链用来解决可扩展性问题的主流技术之一。通过分片技术可以有效地提升区块链的吞吐量,然而由于子链算力分布不均导致区块链安全性差。为了降低网络分片引起的子链合谋攻击风险,提出基于一种抗合谋攻击的区块链网络分片算法（anti-collusion attack network sharding algorithm for blockchain,AANS）。该算法综合考虑节点行为特征及算力特征,通过轮询区块链网络中的恶意节点,将算力均匀分配在各个子链中,避免恶意节点聚集造成合谋攻击问题。仿真实验从子链恶意节点数量、子链合谋算力、子链合谋攻击占比和危险子链占比这四个方面验证所提出AANS算法的有效性。仿真结果表明,AANS算法可以有效避免子链恶意节点聚集,降低子链合谋攻击风险,保证区块链子链的安全性。     

基于可验证秘密共享的区块链分片存储模型

针对区块链链上协作分片存储方法易遭受恶意节点欺骗攻击的问题,提出一种基于可验证秘密共享的区块链分片存储模型。根据区块的稳定性,对高稳定性区块直接分片存储,其余区块与存储节点身份绑定后再分片存储;节点收到分片时对其合法性进行验证,若分片未通过验证,则节点可鉴别出其它节点的恶意行为,可抵御恶意节点的攻击。理论分析和实验结果表明,该模型在保证存储可扩展性的条件下,提高了区块链存储系统的安全性。     

基于双链的可扩展物联网模型

针对当前区块链和物联网结合面临的存储和交易吞吐量压力进行了研究,提出一种基于双链的可扩展物联网模型.首先,设计了基于交易链和哈希(hash)链的双链存储结构和分区模型,通过交易链差异化存储降低了节点的存储压力,通过hash链提升了系统的整体安全性,并实现了全网数据的自由交易;其次,提出了一种并行多块创建协议(parallel multi-blocks creation protocol,PMCP),降低了系统共识时延,提高了系统的吞吐量,具有良好的可伸缩性;最后,提出了基于信誉的验证者和领导者选举算法,保证了节点选择的随机性和公平性,避免了系统中心化问题,设计了节点信誉值的评估机制,保证了协议的安全性.实验结果表明,该模型存储容量较传统区块链模型有大幅度提升,提高了区块链系统的可扩展性,PMCP协议的吞吐量和时延要明显优于PBFT等协议,所提信誉机制激励节点作出理性选择,可以很好地提升网络的安全性.     

基于S-BAC跨分片共识协议的改进方案

针对跨分片共识协议S-BAC通过分片之间互相通信来处理跨分片交易,造成通信开销大和高时延的问题,提出了一种改进的跨分片共识协议S-BAC+。首先,通过分片管理员来处理跨分片交易,有效地减少了通信开销和时延;其次,引入基于信誉的投票机制,为节点设置信誉值和信誉等级,通过投票选取最终票数高的节点组成分片管理员,提高了分片管理员的可靠性。实验表明,该协议比S-BAC更有效,减少了通信开销,降低了时延,提高了交易吞吐量。     

基于分区型区块链医疗电子病历共享方案

针对基于传统区块链进行医疗数据共享时可扩展性受限制的问题,提出一种基于分片技术的区块链扩容共享方案.首先,基于跳跃一致性哈希算法进行周期性网络分片,通过随机划分全网节点大幅度降低单分片内女巫攻击的风险;其次,分片内使用可扩展的去中心化信任基础设施区块链(SBFT)共识协议以降低实用拜占庭容错(PBFT)共识协议的高通信...     

一种基于哈希图的移动自组网区块链模型

针对移动自组网存在的网络覆盖范围有限、连接不稳定、节点协同时易遭受恶意攻击等问题,结合区块链技术增加数据的安全性与完整性,提出一种基于哈希图的移动自组网区块链模型。首先,提出一种分簇算法,将节点划分为不同的簇,选举簇首统计簇内节点数量,并写入事件中进行传播,以保证共识的顺利进行;其次,对Gossip协议进行优化,提出FS-Gossip(fast spreading Gossip)协议,减少邻居节点选择的盲目性,提高传播效率,增大新入簇节点的检测速度;最后,改进哈希图中复杂的共识计算,并提出一种基于簇首优先的传播机制,在簇内节点应用轻量级共识与传播机制,以加快事件确认速度,降低时延,提升吞吐量。仿真实验结果验证了模型在时延、吞吐量与传播效率方面的优势。     

基于信誉的动态授权PBFT共识机制

区块链是一种基于零信任基础、去中心化及不可篡改的分布式账本技术。共识算法作为区块链主要技术之一,其效率直接影响区块链系统性能。针对PBFT共识算法运行效率低的问题,本文提出了基于信誉的动态授权PBFT共识机制,引入信誉评价体系对系统节点进行信誉评价,动态决定从信誉最高的节点中选取共识节点,同时实现了非停机情况下动态增删节点的功能,且随着系统长期运行,所能容忍的拜占庭节点动态增加;优化了一致性协议,将传统的一致性协议与基于speculation技术的拜占庭协议进行融合,降低了算力开销和通信代价;通过对共识节点的信誉及行为分析,进一步降低恶意节点成为共识节点的概率,解决了由拜占庭节点作为主节点带来的交易延迟增加问题。最后从算力开销、交易吞吐量和容错性能等方面进行了论证分析。     

一种基于双链模型的分区共识协议

针对目前分区模型中区块链的存储容量不能随着分区的增加而同步扩展以及分区算法存在的安全性问题,提出一种基于双链模型的分区共识协议(dual blockchain-based sharding consensus protocol,DB-SCP)。首先通过基于哈希链和交易链的双链分区存储模型来设计验证信息共享机制和交易差异化存储机制,实现了区块链的存储容量随分区的增多而同步增加;其次,采用基于节点投票份额的分区方法将节点权益拆分到不同的分区,有效防止了分区中权益过多节点的出现;最后采用VRF函数改进分区内共识算法,保证了验证者选取的随机性,且使用密钥演变技术保证了交易的前向安全性。安全性分析表明,基于投票份额的分区方式既稳定又安全,实验结果表明该协议有着良好的性能优势,存储容量较传统区块链模型提升了30%~70%。     

基于信誉的二阶段溯源区块链共识策略

基于区块链技术的产品溯源系统在现代供应链系统中被广泛应用,溯源区块链适合采用联盟链来构建,其参与利益方多、共识网络差异化高的特性影响了此类区块链系统的性能和安全性。对区块链共识过程进行分析,构建模拟溯源区块链的系统模型和信誉模型,以排除拜占庭故障节点。在此基础上,设计包含代表选择和代表共识两个阶段的共识过程,并提出一种基于信誉的二阶段溯源区块链共识策略RTsBFT。实验结果表明,在相同的配置环境和条件下,相比CSBFT和PBFT策略,RTsBFT可取得更高的系统吞吐量、更短的延迟和更低的故障节点率,能够有效提高联盟链场景下溯源系统的性能和安全性。     

基于区块链的分布式无人机数据安全模型

针对无人机协同作业信息安全和数据通信问题,提出一种基于区块链的分布式无人机数据安全模型。首先,利用轻量化加密技术重构无人机区块链结构,设计适用于物联网边缘计算场景的分布式区块链网络模型;然后,调用智能合约实现区块链数据的安全共享,并结合信誉评估方案和代理权益证明思想,提出融合共识协议的的工作量证明方法完成数据交易。实验结果表明：作为数据安全共享实例,所提方法可使受攻击的无人机信誉值降至不可信任状态,并在不同攻击模式下的能够有效抑制恶意攻击,执行自适应工作量证明的共识算法的正常节点交易率可提升3-4倍,为无人机数据共享提供了安全保障。     

基于信任的双层可拓展共识协议

共识机制作为区块链技术的核心,决定了区块链系统的性能、可拓展性和安全性.针对当前区块链的性能、可拓展性问题以及维护系统安全所采用的激励机制成本高的问题,提出一种基于信任的双层可拓展共识协议(Trust-based Dual-layer Scalable Consensus Protocol,TDSCP).首先,通过结构化网络设计了双层协同的信任模型和共识算法,其中,信任模型根据节点信任值决定其能否获得生成区块的权利,避免了高昂的挖矿代价;其次,通过分区内双层共识算法提高共识效率,拓展了参与共识的节点数量,避免了系统中心化问题;最后,结合可验证随机函数和多级图划分算法对节点进行分区,可有效防止恶意节点聚集,减少跨分区交易的数量.实验结果表明,TDSCP提高了区块链系统的可拓展性,其分区内算法共识时延较低,且分区方法明显减少了跨分区交易的数量.     

面向恶意节点攻击的车联网节点共识算法

针对车联网节点在共识过程中易受恶意节点攻击，造成区块链共识算法交易吞吐率低、交易时延长等问题，提出一种面向恶意节点攻击的车联网节点共识算法（NCCA）。NCCA将车联网网络划分若干个蜂窝单区域，通过节点的信用值分数确定可信任节点列表，并定期更新验证节点。采用票型权重不同的投票机制计算交易的投票票数，从而选择出需要进行共识的交易集。改进共识过程中区块验证的节点选择，选择高信用值验证节点完成共识。针对恶意节点攻击进行主动检测，提出一种多区域协同检测和单区域内局部检测的恶意节点二轮检测机制，对检测后的节点执行赋权和停权操作。实验结果表明，NCCA能高效检测出恶意节点，并降低性能较差节点和恶意节点对区块共识效率的影响，从而提高交易吞吐量并降低平均交易时延和平均节点通信开销，实现恶意节点攻击下的高效共识。     

基于信誉系统对GRID网格Leader选择协议的安全性研究

针对GRID路由协议中的网格Leader选择协议,首先运用基于有限状态机的形式化分析方法对它的安全性进行了分析,之后基于现有信誉系统,提出一种基于信誉度的信誉模型。模型包括信誉度计算、信誉管理和信誉决策,依据节点信誉度的变化以及设置的信誉度阈值识别并处理内部恶意节点,保证网络通信的安全可靠。仿真实验表明,该模型能够有效识别出恶意节点,显著提高网络分组投递率,但节点间传输平均时延有所延长,需进一步优化。     

基于博弈论抗共谋攻击的全局随机化共识算法

随着区块链技术的不断发展,作为区块链技术基石的共识技术受到更多关注,共识技术的发展越发迅速,但依旧存在相关难题。容错类共识算法作为区块链共识技术的代表性之一,依然存在诸多难题待研究,针对容错类共识算法中节点随机性和节点共谋攻击问题进行了研究,提出基于博弈论抗共谋攻击的全局随机化共识算法,通过实现节点的随机化和解决相关安全问题提高区块链网络的安全性和吞吐量。在选择参与容错类共识算法的节点过程中,利用映射函数和加权随机函数实现发起者和验证者节点的全局随机化,从而保证发起者和验证者节点的身份匿名,提高区块链网络的安全性。利用信誉更新模型实现信誉动态更新的同时利用博弈论分析容错类共识算法的安全问题,构造更加正确和高效的算法模型以提高算法的吞吐量并分析发现这类算法中存在超过1/3节点的共谋攻击问题,利用精炼贝叶斯博弈构造共谋合约,分析求得共谋者之间的纳什均衡点,从而解决超过1/3节点的共谋攻击问题。通过安全性分析和实验表明,基于博弈论抗共谋攻击的全局随机化共识算法相对工作量证明（Po W,proof of work）、权益证明（Po S,proof of stake）和实用拜占庭容错（PBFT,...     

DPoS区块链共识机制的改进研究

针对委托权益证明(delegated proof of stake,DPoS)共识机制存在恶意节点相互勾结以及权益分配不合理的两大问题,提出了一种改进方案.首先,引入RBF神经网络模型,根据节点在整个区块链上工作表现的历史数据和相关属性计算综合信任值,使得通过综合信誉值选举出的节点更加权威可信;同时,加入基于动态博弈的信誉激励机制,增加了节点恶意攻击的成本,使得共识节点的出块更加安全.其次,利用沙普利值对节点权益进行合理划分,使得节点的权益得到了分散,增强了"去中心化"程度,降低了"财阀统治"的可能性.实验结果表明,改进后的DPoS共识机制能够有效抵御"腐败攻击",增强了系统的稳定性和安全性,具有潜在的应用价值.     

基于门限秘密共享的区块链分片存储模型

针对存储原因所导致的区块链技术难以在大型业务场景应用的问题,提出了一种基于门限秘密共享的区块链分片存储模型。首先由共识节点使用改进的Shamir门限,将要上链的交易数据进行分片处理;其次,共识节点基于分片数据构造不同的区块,并分发给现存于区块链网络中的其他节点进行存储;最后,当节点要读取交易数据时,在从分发到交易数据分片的n个节点中的k个节点请求数据,并利用拉格朗日插值算法进行交易数据的恢复。实验结果表明,该模型在保证了上链数据安全性、可靠性、隐私性的同时,每个节点的数据存储量约为传统存储方法的1/（k-1）,从而有利于区块链技术在大型业务场景的应用。     

基于Raft算法改进的实用拜占庭容错共识算法

针对应用于联盟链的实用拜占庭容错（PBFT）共识算法可扩展性不足、通信开销大等问题,提出了一种基于Raft算法改进的实用拜占庭容错共识算法K-RPBFT。首先,将区块链分片,使用K-medoids聚类算法将所有节点划分为多个节点簇,每个节点簇构成一个分片,从而将全局共识改进为分层次的多中心共识;然后,每个分片的聚类中心节点之间使用PBFT算法进行共识,而在分片内部使用基于监督节点改进的Raft算法进行共识。K-RPBFT算法的片内监督机制赋予了Raft算法一定的拜占庭容错能力,并提升了算法的安全性。实验分析表明,相较于PBFT算法,K-RPBFT算法在具备拜占庭容错能力的同时能够大幅降低共识的通信开销与共识时延,提升共识效率与吞吐量,并且具有良好的可扩展性与动态性,使联盟链能够应用于更广泛的场景中。     

基于Gossip协议的拜占庭共识算法

区块链是一种对等网络的分布式账本系统,具备去中心化、不可篡改、安全可信等特点,因此受到了广泛关注。在区块链系统中,典型的拜占庭错误包括操作错误、网络延迟、系统崩溃、恶意攻击等。现有共识算法不仅对区块链中拜占庭节点的容错能力低,而且对区块链系统的可扩展性差。针对这一问题,文中提出了基于Gossip协议的拜占庭共识算法,使系统可以容忍小于一半的节点为拜占庭节点,能够达到XFT共识算法的容错能力。同时,因为采用了统一的数据结构,所以系统具有更好的可扩展性,并且有利于正确节点识别区块链系统中的恶意节点。在该算法中,提案节点随着区块链长度的变化而转移,系统中所有节点都处于对等的地位,从而避免了单点故障问题,进而使得系统具有更好的动态负载均衡的性能。     

Ad Hoc网络中基于信誉机制的介质访问控制协议

分析802.11协议存在的主要安全隐患,对协议进行必要的改进,提出基于信誉的多令牌介质访问控制协议,通过攻击检测和通信行为监测建立网络节点的信誉机制。以此为依据进行多令牌管理,规定只有持有令牌的节点才能访问信道,从而实现具有安全性保障的介质访问控制。利用NS进行仿真,结果表明该协议能够检测到网络中节点的恶意行为并迅速做出反应,较好地保证了网络性能。     

基于信任值的车联网分层共识优化协议

随着车联网、5G和人工智能技术的快速发展,智能交通成为交通技术发展趋势,车联网作为车-车、车-路信息交互平台,是智能交通信息共享和处理的基础。同时车联网安全备受关注,特别是数据安全问题,可能会造成用户隐私泄露。区块链技术的发展成为一种解决途径,但在效率、安全性等方面仍面临新挑战。随着车辆节点、信息增多,如何在车辆高速移动环境中高效完成信息共识也成为问题关键。针对上述问题,提出基于区块链及信任值的自下而上双层RSU(road side unit)链共识协议。对比几种典型的共识结构并依据实际车联网场景、符合速度、容错率以及减少通信量需求,选择自下而上双层共识结构。通过赋予每辆车信任值,并基于节点参与程度、工作完成情况及消息价值度提出组领导节点选举算法,以确保系统安全性。基于上述共识结构与算法工作,完整描述协议具体流程,分为区域划分、组领导节点选取、局部共识、领导主节点选取、全局共识、域内广播6个步骤。从安全性、通信复杂度、共识算法时延、容错率4个方面对实验进行分析。实验证明,与其他方案对比,本协议在可抵抗合谋攻击、女巫攻击等条件下,可以有效降低通信复杂度,缩短共识时延,并在安全前提下提高容...