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。     

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...     

基于“奖励制度”的DPoS共识机制改进

共识机制是区块链技术的核心。授权股权证明(Delegated Proof-of-Stake,DPoS)作为一种共识机制,其中每个节点都能够自主决定其信任的授权节点,从而实现快速共识验证。但DPoS机制仍然存在着节点投票不积极以及节点腐败的安全问题。针对这两个问题,文中提出了基于奖励的DPoS改进方案,投票奖励用以激励节点积极参与投票,举报奖励用以激励节点积极举报贿赂节点。Matlab仿真结果表明,投票奖励方法的引入提高了节点投票的积极性。与原始DPoS共识机制下投票节点数占比45%～50%相比,两种投票奖励方法使得参与投票节点数占比分别增加至65%～70%以及55%～60%。相比原始DPoS共识机制下不接受贿赂节点占比会随着恶意节点贿赂力度的加大而不断减少的情况,举报奖励方法的引入使得选择举报节点的占比出现了明显增加,在投票轮数为20的情况下,选择举报节点的总占比可以增至54%。实验结果表明,奖励制度的引入不但能够提高节点投票的积极性,而且增强了普通节点对恶意节点的贿赂抵抗性,使恶意节点成"代理人节点"的概率变小,保障了网络安全性。     

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.     

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。     

基于演化博弈的理性拜占庭容错共识算法

拜占庭容错算法(byzantine fault-tolerant)是保证区块链等分布式系统能够达成一致性的重要算法,其性能影响着系统的安全性和稳定性.针对现有共识算法存在效率低下和缺少激励机制等问题,提出了一种基于演化博弈的理性实用拜占庭容错共识算法.首先,通过引入信誉机制来确定节点在共识过程中的可信任度,以信誉值为理...     

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.     

委托股权证明共识机制的改进研究

针对委托股权证明（Delegated Proof of Stake,DPoS）共识机制系统中节点活跃度不高、错误节点剔除不及时、记账收益分配不合理等问题,提出了一种改进方案。改进方案主要改进了DPoS的计票机制和激励机制。改进的计票机制将节点的更多信息纳入了计票范围,使得选票能够更全面地反映节点的信用情况。根据节点的投票记录,动态调整节点选票的权重加快错误节点的剔除。对于激励机制的改进分为投票激励和记账激励两个部分,投票激励针对所有参与共识的节点给予相应的激励,激励系统中的节点积极参与投票。记账激励是根据博弈论中的权利指数来对收益进行二次分配,使得分配机制更为合理,有利于降低了系统的中心化趋势。通过实验验证了改进方案的有效性。     

区块链共识机制研究综述

自比特币被提出以来,数字货币开启了新的时代,而其背后的区块链技术也逐渐受到各界人士的重视.共识机制作为区块链技术的核心,决定了区块链的安全性、可扩展性和去中心化程度等许多重要特性.本文从系统模型、共识机制本质、激励设置和安全攻击等角度对现有共识机制进行研究.首先研究了共识机制的模型,对网络模型、敌手模型和腐化模型给出定义和分类.在不同的模型基础上,将现有共识机制分为经典分布式共识和区块链共识.其次,对于经典分布式共识,研究了PBFT、Paxos等分布式一致性算法及其改进,给出了算法具体流程和优缺点分析.再次,对于区块链共识,根据应用场景的不同将其分为授权共识机制和非授权共识机制,将非授权共识分为基于工作量证明的共识机制、基于权益证明的共识机制、采用单一委员会的混合共识、采用多委员会的混合共识和其他共识机制.对于每一类共识机制,给出其基本流程,深入分析典型方案,指出其存在的优缺点、交易规模以及可能面临的攻击方式.最后,指出了区块链时代共识机制在安全、扩容、启动、激励等层面的研究热点和发展方向.     

基于工作量证明和权益证明改进的区块链共识机制

当前区块链工作量证明（PoW）机制浪费大量算力和电力的缺陷日益凸显,而权益证明（PoS）机制由于无成本权益以及权益无限增长容易产生分叉和富者愈富问题,不能保证区块链的稳定性。针对二者的缺陷,提出了一种基于PoW和PoS改进的区块链共识机制PoWaS。首先,降低哈希计算的难度并限制最大难度值,以减少寻找随机数所花费的算力和电力资源;其次,为有效持币时间和币龄设置上限,防止由于币龄无限增长而带来的富者无限富的问题;然后,引入信用值的概念,为每个节点赋予一个信用值,并根据节点行为升降信用值;最后,加入竞争等待时间,由寻找随机数所花费的时间、币龄和信用值计算得到一个值pStake,而pStake最大的节点获得打包记账权。实验搭建了一个拥有6个节点的PoWaS共识机制区块链,实验结果表明PoWaS可以减少算力浪费、加快出块速度和平衡记账权竞争。     

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.     

基于演化博弈的最优防御策略选取研究

无线传感器网络极易遭受各种安全威胁,基于博弈论的入侵检测方法能有效平衡网络的检测率和能耗,但是基于完全理性假设的传统博弈模型存在不足.因此,针对不同的攻击方式,引入演化博弈理论,从攻防双方的有限理性出发,构建入侵检测攻防演化博弈模型,然后利用复制动态方程分析了攻防双方策略的演化趋势,提出了最优防御策略选取算法.仿真实验...     

区块链51%双花攻击的进化博弈及防控策略研究

双花攻击作为支付领域的一种安全隐患,给区块链系统的正常运行带来了严重影响。针对双花攻击中破坏力较强的51%双花攻击,构建了区块链中51%双花攻击的进化博弈模型,揭示了节点策略的动态演化趋势,并通过推导进化稳定策略,预测双花攻击出现的概率。同时把交易价格和交易费用作为进化博弈模型中的两个重要变量,探究该变量的不同取值对博弈结果的影响规律。仿真实验验证了上述模型的有效性,最后从交易费用和交易价格两个方面提出了51%双花攻击风险防控的策略和建议。