利用状态归约处理跨分片交易的多轮验证方案

在区块链系统中,分片是主要的链上扩容方案,其中的状态分片可以在不降低安全性的前提下解决公链可扩展性问题.但是,分片技术的引入,又带来了处理跨分片交易验证的难题,当系统内大多数交易为跨分片交易时,跨分片交易的处理能力决定了整个系统的性能.因此,在设计分片系统的过程中,跨分片交易验证和处理策略至关重要.针对上述问题,提出了...     

降低跨分片交易回滚概率的多轮验证方案

区块链分片方案中的跨分片交易由多个分片协调处理。在采用实用拜占庭容错（practical Byzantine fault tolerance,PBFT）类共识算法的分片方案中,存在因分片后拜占庭节点在单个分片聚集,导致分片失效无法验证交易的问题。因此,为保证分片间数据的一致性,需要对部分处理的跨分片交易进行回滚操作,这影响了系统的总体性能。针对以上问题,提出了一种多轮共识的验证方案,可以在降低回滚概率的基础上,支持更大分片规模,提升系统的每秒交易数（transaction per second,TPS）。简述了现有分片项目解决方案的优缺点,对跨分片交易的概率和回滚概率进行了分析,提出多轮共识的验证方案,分析了多轮方案对跨片交易回滚概率的影响,得出合理的多轮轮数上限值。通过与现有方案的对比实验表明,多轮验证方案可以有效提升交易验证率,降低跨片交易回滚的概率,提升系统总体的TPS。     

提升分片规模和有效性的多轮PBFT验证方案

分片技术是解决区块链扩容难题的可行方案,但存在分片规模与分片内验证有效性的矛盾：采用PBFT共识算法,即使总体拜占庭节点数占比不超过三分之一,单个分片内拜占庭节点占比也存在一定概率会超过三分之一,无法验证共识。针对该问题,提出多轮PBFT共识的改进方案,在提高分片规模的同时,保证分片内PBFT共识的验证有效性。总结了已知项目的解决方案并分析优缺点,详细分析了分片的有效共识验证,提出并论述了多轮验证方案,给出了拜占庭比例节点较高情况下多轮轮数的合理取值。基于实验得到的数据与现有方案进行对比,验证了多轮方案在提升整体TPS方面的有效性,为分片方案的进一步研究提供有益的参考。     

自适应节点规模的区块链分片可扩展模型

分片是解决区块链可扩展性问题的核心技术,然而现有分片方案普遍采用预定分片规模的静态分片方式,这与公链开放低门槛的分布式环境不匹配。当网络中的节点数大幅增加时静态分片方式难以及时充分地发挥全部节点的性能,当网络中的节点数大幅减少时又会增加分片内的安全隐患。为此,构建一种自适应节点规模变化的动态分片可扩展模型（DSSM）。在基础分片上建立分层的逻辑分片,通过支持状态归约允许节点在不同层级的分片上进行状态同步。在逻辑与基础分片间建立满二叉树的逻辑关系,通过分片的动态分裂和合并来扩张和收缩分片规模,实现分片规模的自适应调整。实验结果表明,DSSM在节点数量大幅增加时通过自适应扩展分片规模使网络吞吐量得到了近乎翻倍的提升,在节点数量大幅减少时通过自适应收缩分片规模保证了网络的最低安全要求。     

基于信誉的区块链分片共识方案

分片是一种解决区块链扩容问题的技术,但是分片可能会导致恶意节点更容易集中在单个分片内,从而阻碍整个系统的安全运行。文中提出了一种基于信誉的区块链分片共识协议,通过建立信誉机制来衡量节点行为,促使节点遵循协议,并通过基于信誉等级的分片方法来减小各分片节点信誉等级分布的差异,防止恶意节点集中在单一分片进行作恶。提出一种验证链和记录链相结合的双链模型,该模型通过交易信息的差异化存储,在扩展区块链存储容量的同时提高了区块链的安全性。将投票份额与节点信誉相关联,同时差异化节点承诺,提出了基于信誉的快速拜占庭容错共识算法,使诚实节点更快达成共识,并减小恶意节点的影响。安全性分析表明,RCBSP能够保证分片内节点分布的合理性和共识过程的安全性,防止双花攻击、无利害关系攻击。实验结果表明,RBSCP在保证安全性的前提下,能够做到低分区时延、低共识时延和高吞吐量。     

面向分片许可链的无协调者跨片交易处理

区块链作为一种防篡改、去中心化的分布式系统引起了学术界和工业界的极大关注. 然而,传统区块链系统的吞吐量较低,且难以扩展到支持大规模系统,这使得其在商业中的应用范围受到限制. 为了解决这些问题,人们尝试利用分片技术把区块链网络分成多个可单独执行交易的子网,各个子网能够并行执行交易,其性能则可以随子网数成比例提升. 然而,昂贵的跨片交易执行成本阻碍了分片区块链系统性能的进一步提升. 传统的基于两阶段提交的跨片交易执行方法无论在性能上还是扩展性上都无法满足现代产业对大规模系统的需求;同时,这些方法在高冲突负载下的表现不佳,导致跨片交易的延迟急剧增加,严重影响到系统的正常运行. 为了解决此问题,提出了一个针对分片许可链的跨片交易执行方法. 该方法将确定性引入跨片交易执行,避免了额外的协调开销,同时提高了系统执行跨片交易的效率. 此外,该执行方法也配备了抗冲突的交易重排序方法,除了提高跨片执行方法在高冲突的场景下交易处理性能之外,还能优化跨片交易执行中状态传输的效率. 实验结果证明,该方法的吞吐量比基于两阶段提交协议的方法提高1.6~2.5倍;在冲突场景下,相较于优化前系统吞吐量则提高2.9~25倍.

     

利用状态归约的分片负载均衡方法

分片技术是解决区块链可扩展性问题的核心技术之一。当将P2P网络中的交易按规则汇集到既定分片,且验证节点随机均衡分配到各分片后,由于个别分片的交易验证负载可能远远超过平均负载,因此该分片内的交易可能会拥堵。为了解决分片间的负载不均衡,提出了利用状态归约的分片负载均衡方法。首先,给出了状态归约模型,允许性能高的节点存储更多的相邻状态,并据此将节点性能做出粗略分类;然后,根据每一时隙的交易验证情况将未经验证的交易作为剩余负载,并将其作为调整下一时隙分片内验证能力的依据;最后,对节点进行评分、等级划分,根据剩余负载、共识验证节点集合的平均评分,给出节点选取策略,合理且随机分配节点,并对高负载分片的剩余负载向上归约。实验结果表明,利用状态归约的分片负载均衡方法在不降低单个分片的交易验证率的基础上,有效处理了个别分片的异常过载。     

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。     

考虑节点过载的碳排放空间关联系统级联失效模型

为提高突发事件级联失效对现实碳排放关联系统破坏程度的评估可信性，在传统复杂网络的"负载-容量"级联失效模型基础上，考虑个体成员对负载的冗余能力，提出一种过载失效概率，构建了考虑节点过载状态的级联失效模型，并基于节点特性提出了6种过载节点负载分配策略。仿真结果表明：在过载节点负载分配策略中，综合分配策略整体上较优，能够有效控制级联失效的规模，增加网络鲁棒性；在一定范围内提升过载参数有助于降低级联失效的影响，但提升到一定程度时改善效果不明显；在不同负载分配策略下，剩余系数存在一个最优值，容量可调参数存在最优区间，可以使碳排放关联网络保持较好鲁棒性的同时，花费较小的构建成本，其中紧密度分配策略对应的网络构建成本较高。     

基于链路状态和节点状态信息的DSR增强算法

本文利用链路和节点发送缓存的状态信息对DSR协议进行优化和改进,提出了一种Performance-DSR(PDSR)协议。文中对PDSR协议的路由更新和路由选择机制进行了介绍,并对PDSR协议和DSR协议在节点不同移动速度下的性能进行了分析比较,结果表明PDSR协议比DSR协议更能适应网络拓扑变化快的MANET网络。     

延迟容忍网络基于节点综合状态的数据转发策略研究

为更好解决延迟容忍移动无线传感器网络(delay tolerant mobile sensor network,DTMSN)中的数据收集及转发问题,提出了一种基于节点综合状态的数据转发策略NCSD(Node Comprehensive State Data Delivery Scheme).NCSD根据模糊综合决策得出各节点的转发优先级作为传输时选择下一跳的依据.为优化消息副本管理,采取动态消息队列,根据消息生存时间决定消息的丢弃原则.仿真实验表明,与现有的数据传输算法相比,NCSD有更高的数据传输成功率与更小的传输延迟,并具有相对较长的网络寿命.     

基于快照机制的事务处理及其在RTDBS中的应用

为解决事务处理中的数据并发访问问题,该文提出了一种基于内存快照的加锁机制,并研究了这种机制在传统事务中的应用;此外,还探讨了快照机制在解决实时数据库系统的事务执行期限问题和全回卷问题等方面的应用。     

CAN节点总线关闭状态下通信中断的解决方法

CAN总线通信中,当某一节点进入总线关闭状态后,不会与总线其他节点通信.针对这个问题,分析了节点从总线关闭状态转化为主动错误状态的条件,提出了采用模拟开关和电压基准主动实现这种转化条件的解决方法,解决了CAN节点恢复时间不确定的问题.     

复杂网络同步态与孤立节点解的关系

复杂网络同步是复杂系统和复杂网络的前沿研究方向之一,已经取得很大的进展. 但是对于节点以耦合矩阵左特征向量加权平均态、孤立节点的解与网络的同步态之间具有什么关系,什么是网络的同步态和同步轨等基本问题仍然缺乏深入的研究,弄清楚这些问题对于复杂网络同步的理解和应用具有重要的意义. 本文采用数学分析方法证明,如果网络同步,则加权平均态 x = j=1Njxj可以定义为同步态,一般来说,x在正极限集的意义下,也就是孤立节点方程的解. 因此在实际应用中,把孤立节点方程的解s（t） 与加权平均态x不加区别地对待是合理的. 同步态是不依赖于初始条件的通解,而同步轨是依赖于初始条件的特解. 对于混沌节点的网络,同步态应该理解为吸引子,而不是某一条轨道. 最后,本文还提供一些实例加以说明,并指出一些尚待解决的问题.     

支持移动合作实时事务的一种新的协同检验点算法

现有的协同检验点方法在移动环境中会带来较大的检验点过程延时 ,不能很好地支持实时事务处理 .提出了一种新的协同并行检验点方法 ,在正常的消息传输过程中 ,通过一点额外的带宽传送事务间检验点依赖关系 ;在某一事务记检验点时 ,尽可能地同时通知相关的事务记检验点 .实验表明 ,该算法对网络带宽没有明显的增加 ,而能大大降低事务记检验点的延时 ,使系统中超截止期的事务比例大大降低     

基于联盟区块链的体域网信息安全方案

针对无线体域网（Wireless Body Area Networks,WBAN）传感器数据在传输和存储过程中容易遭到劫持、篡改等问题,引入了去中心化的联盟区块链技术,提出了一种应用区块链来保障体域网数据安全的方案。通过采用Hyperledger Fabric搭建联盟区块链,利用联盟区块链的分布式记账和共识算法来保证用户生理数据的完整性和不可篡改性;再利用身份管理机制,构建联盟通道和Private Data技术来保障数据传输的隐私性。该体域网传感器节点,也是区块链的记账节点,彼此一一对应,因此还尝试将传感器之间的通信转移至区块链上来完成。实验结果表明,在使用该方案保证传感器数据安全的同时,传感器的功耗也能维持在很低的水平。     

无线传感器网络网内数据处理节点的优化选取

能量是无线传感器网络至关重要的资源,数据传输占据着能耗的主体,当前,大多数研究围绕最小化传输能耗而展开.网内数据处理是选择数据传输的某一中继节点作为处理节点,利用该节点所具备的计算能力对原始数据进行处理,再将处理结果返回给接收节点,从而达到降低传输能耗的目的.网内数据处理节点的最优选取,可以最小化数据查询的传输能耗.通过建立数学模型来描述传输能耗与处理节点选取策略的定量关系,提出一种不需要全局网络拓扑信息的低能耗的处理节点选取策略(energy efficient selection strategy,简称EESS).与现有方法相比,该策略使用较少的控制开销并能显著降低数据的传输能耗.模拟实验结果表明,EESS在低密度的网络结构以及长距离的查询操作下具有良好的性能,更有利于延长无线传感器网络的寿命.     

基于纳什谈判的共享经济区块链网络PoS共识传播博弈分析

针对共享经济中的信任问题,利用区块链技术搭建基于PoS(权益证明)共识机制的共享经济区块链网络,实现去信任化和去中心化.在Po S共识机制中,区块链用户提供交易费用,从而激励矿池招募验证者进行区块传播验证,区块链用户与矿池都能从更多的验证者数量中获益,但验证者越多,双方付出的成本越高.首先,从纳什谈判的角度研究共享经济区块链网络PoS共识机制中区块链用户与矿池的利益冲突问题,在交易费用与验证者数量之间进行权衡,构建纳什谈判博弈模型;然后,证明区块链用户与矿池的纳什谈判博弈模型中纳什谈判解的存在性和唯一性,得到区块链用户和矿池的最优决策;最后,通过数值算例分析通信成本和验证者数量对区块链用户和矿池的最优决策以及效用的影响.研究结果表明:区块链用户与矿池都能从较低的通信成本中获益;纳什谈判博弈模型能够有效解决共享经济区块链网络中用户与矿池的利益冲突,提高网络效率.