基于区块链的分布式可信网络连接架构

可信网络连接是信任关系从终端扩展到网络的关键技术.但是,TCG的TNC架构和中国的TCA架构均面向有中心的强身份网络,在实际部署中存在访问控制单点化、策略决策中心化的问题.此外,信任扩展使用二值化的信任链传递模型,与复杂网络环境的安全模型并不吻合,对网络可信状态的刻画不够准确.针对上述问题,在充分分析安全世界信任关系的基础上,提出一种基于区块链的分布式可信网络连接架构——B-TNC,其本质是对传统可信网络连接进行分布式改造.B-TNC充分融合了区块链去中心化、防篡改、可追溯的安全特性,实现了更强的网络信任模型.首先描述B-TNC的总体架构设计,概括其信任关系.然后,针对核心问题展开描述:(1)提出了面向访问控制、数据保护和身份认证的3种区块链系统;(2)提出了基于区块链技术构建分布式的可信验证者;(3)提出了基于DPoS共识的的远程证明协议.最后,对B-TNC进行正确性、安全性和效率分析.分析结果表明,B-TNC能够实现面向分布式网络的可信网络连接,具有去中心化、可追溯、匿名、不可篡改的安全特性,能够对抗常见的攻击,并且具备良好的效率.     

一种面向Fabric区块链应用软件的体系结构演化算法

针对联盟链Fabric中,orderer节点一旦发生异常,只能在下一个时间间隔继续,而当前时间间隔浪费的问题,本文对Fabric体系结构进行了演化,提出了一种新的思路,使得orderer节点产生异常后,系统可以在当前间隔内正常工作,不必等到下一个时间间隔。最后通过实验对算法在吞吐量、资源利用率等性能指标上进行了对比分析,表明了Fabric软件软件体系结构演化算法的有效性。     

区块链背景下虚拟电厂分布式调度策略研究

完全分散型虚拟电厂没有中心化机构,支持分布式能源的自由接入,是未来虚拟电厂的主流模式之一。基于分散型虚拟电厂与区块链在去中心化、点对点交互和分散协同等方面的一致性,提出利用区块链共识机制实现虚拟电厂分布式调度,结合等耗量微增率准则,将微增量特征作为一致性变量,实现虚拟电厂的最优经济调度。虚拟电厂中每个分布式能源作为区块链的一个节点,拥有全网关键数据的完整备份,当负荷发生变化后,利用PBFT共识算法,每个节点独立计算各个机组的新功率,并将新功率数据上链存储,同时保持微增量特征全局一致性,实现负荷在机组间的合理分配。通过仿真实验验证了算法的有效性,利用区块链实现分布式调度,为分散型虚拟电厂运行模式提供了一种可行的参考方案。     

改进Fast-HotStuff区块链共识算法

Fast-HotStuff区块链共识算法采用两轮投票的共识过程,当主节点在第一轮投票后发生错误时,吞吐量将大幅降低,为解决该问题,提出一种改进的Fast-HotStuff算法.该算法引入一个新的区块扩展方式,在某一区块的共识过程中,当主节点在第一轮投票发生错误而导致视图更换时,副本节点将其投票消息传递至新的视图,新视图...     

分布式账本系统性能优化技术综述

分布式账本作为分布式数据管理的体系架构,通常在多节点之间通过共识机制来共同维护数据记录,可将数据所有权、传播过程、交易链条等相关信息完整全面地记录在分布的账本中,并在数据产生、流动的整个生命周期中,保证数据的不可篡改、不可抵赖,为确权、维权、审计提供背书.区块链是一种典型实现.随着数字货币、数据资产交易等数字经济新应用的发展,分布式账本技术得到了越来越广泛的关注,但系统性能是其大规模落地应用的一个主要瓶颈,账本性能优化成为产业界和学术界一个研究热点.从账本体系结构、数据结构、共识机制和消息通讯4个方面,系统地调研分析了分布式账本性能优化的主要方法、关键技术和代表性的解决方案.     

H-Algorand:基于多块输出的公有链共识机制

面向全网公开且无用户授权机制的公有链目前得到了业界的普遍重视,其中具有良好扩展性、低分叉概率的Algorand机制在公有链中被广泛使用,但Algorand机制存在区块共识效率低、不满足高频交易场景的问题。针对这些问题,首先提出一种多块Algorand（MB-Algorand）机制来提高区块共识效率;其次将Algorand机制与MB-Algorand机制配合使用得到混合Algorand（H-Algorand）机制,该机制兼顾了区块共识效率与安全性两方面的性能。仿真结果表明,在委员会遭受分布式拒绝服务（DDoS）攻击的情况下,H-Algorand机制以一定的安全性能为代价,换取了区块链网络共识效率的显著提升。当一个区块共识失败的概率在1%时,所提机制使区块链网络共识效率在提升了37.87%的同时,安全性能仅损失4.9%。     

区块链跨链技术进展研究

随着区块链技术的发展,各种具有不同特点、适用于不同应用场景的区块链如比特币、以太坊等公有链以及私有链、联盟链大量共存.由于区块链的相互独立性,现存各区块链之间的数据通信、价值转移仍面临挑战,价值孤岛现象逐渐显现.区块链的跨链技术是区块链实现互联互通、提升可扩展性的重要技术手段.对跨链技术领域的成果进行了系统总结：首先,分析了跨链技术的需求及面临的技术难点;其次,总结了正在发展的跨链技术,并介绍了24种主流跨链技术的原理与实现思路;然后,综合分析了跨链技术存在的安全性风险,并列举了12项主要问题;最后,总结探讨了跨链技术的未来发展趋势.     

基于区块链的可信分布式能源共享网络研究

分布式能源共享是能源互联网发展的重要方向,而现有分布式能源供需共享网络普遍存在能源主体间难以达成信任及能源消耗高等问题.在能源共享网络中建立互信机制,基于区块链技术设计可信分布式能源共享网络,利用基于侧链技术的三层网络协同工作链码体系实现网络性能提升和主体隐私保护,通过分布式能源动态调度机制降低能源损耗并提高整体能源利...     

基于Fabric区块链技术的电力企业人资信息化系统研究

针对现有技术中电力企业人资管理落后、效率低下的问题,借助于新型的区块链技术,提出了新型的电力企业人资信息化系统.该系统以Hyperledger Fabric(分布式账本)技术为依托,融合了共识算法、加密算法、数字资产交互、信息共享、数据传递、智能合约和身份认证等技术,构建出包括数据层、网络层、共识层、激励层和智能合约层的底层数据架构,并采用椭圆曲线函数实现对人力资源数据的加密、计算,又对人资数据信息的共享方法进行了说明.试验结果表明,该系统的数据共享能力强,加密性能好.     

区块链性能的量化分析研究

区块链技术在很多领域有着广泛的应用前景,如何提高区块链性能是目前区块链应用面临的一个主要挑战。通过建立区块链性能的数学模型,研究区块大小、区块生成速率以及网络传输速度等因素与区块链性能和安全性之间的定量关系。通过量化分析可知,增加区块大小或区块生成速率可以等效地提升区块链性能和安全性,但是提升效果是边际递减的。而且增加区块大小或区块生成速率对区块链性能和安全性的提升作用受到网络传输速度的限制,区块大小和区块生成速率需要与网络传输速度相匹配,才能达到最佳的提升效果。该数学模型不仅可以为定制区块链系统提供理论支持,而且可以帮助人们理解区块链性能瓶颈,为进一步发展高效区块链技术的研究提供参考依据。     

基于区块链的分布式离链存储框架设计

随着分布式存储技术的不断发展,越来越多的企业、政府机构用户将数据保存在云端,实现大数据的分布式存储和数据资源共享。区块链技术的去中心化、可追溯、不可篡改、数据一致性等特点,为解决云存储存在的隐私和安全挑战问题带来了新的契机。文章提出了一种基于区块链的分布式离链存储框架。在区块链中部署区块节点和存储节点,其中区块节点用于执行底层区块链运行机制,存储节点用于存储数据和文件,通过将区块和存储功能区分开实现了离链存储,保证了区块链的运行效率。此外,文章还提出了一个使用基于经典数据占有机制的全局交互验证方法,以确保数据文件的分布、可靠和可证明的存储。用户向区块链中添加区块(存储文件)时会触发公平挑战机制的审核机制,从而隐式验证离链存储的所有文件是否完整。     

基于区块链的分布式资源共享模型设计

计算机的资源共享为解决网络中计算机资源分布与计算能力需求不平衡、计算机资源浪费等问题提供了一种有效的解决方式。但是,传统计算机资源共享体系一般采用任务分配的方式,用户很难直接接触共享资源,此外,任务的分配调度都由中心节点统一管理,一旦中心节点受到破坏,那么资源共享体系的正常工作将难以为继。针对上述问题,本文提出一种分布式的资源共享模型,通过引入区块链私链来搭建资源共享模型的底层架构,以P2P的方式直接面对用户提供共享资源。本文对资源共享模型的关键实现机制进行分析,并且构建一个分布式的计算网络真正实现计算机资源共享。经过对资源共享模型在工作过程中CPU和内存使用情况的验证分析,验证了该模型能够有效提升计算机资源的使用效率,提升整体的计算能力。     

基于许可链的SWIFT系统分布式架构

跨境金融通信对于现代金融业务的开展极为重要.环球银行金融电信协会（SWIFT）是跨境金融通信服务的主要提供者.现阶段,报文传输是SWIFT系统的主要业务,确保报文传输安全、准确、高效,是SWIFT系统的重要目标.但现阶段基于中心架构思想的SWIFT系统安全风险突出,传输效率低,成本较高.基于许可链分布式共识机制,提出BCSWIFT系统,对现有的SWIFT系统进行优化.首先,将SWIFT系统的传输网络划分为主网络层和附加网络层;其次,提出了基于双层网络结构的共识算法;第三,介绍了BCSWIFT系统的报文交互和传输机制;第四,出于金融业务数据商业保密考虑,提出了一种面向BCSWIFT系统的隐私保护机制;第五,对BCSWIFT系统的安全性进行了分析.以优化SWIFT系统的报文传输业务为例,阐释了基于许可链的跨境金融通信的基本机理,为确保跨境支付、清算、结算的安全、高效、准确和低成本化运作提供了新的思路,也为区块链技术大规模商业应用提供了重要参照.     

区块链中Merkle树性能研究

区块链技术具有去中心化、安全可靠和不可篡改等特性,已经得到广大的重视. Merkle树是区块中核心组成部分,占据区块存储空间的96%以上,主要用来解决在区块链交易中的简化支付验证问题,因此选择合适的Merkle树结构会极大影响区块链系统性能.但是,目前缺乏公共的平台对不同区块链系统下的Merkle树性能进行分析和实验验证.本文提出了一整套相关性能评价与分析指标,从存储、验证和构建时间等方面,综合评价比特币、以太坊和超级账本三种主流区块链的Merkle树的性能.本文提出的指标及评价方法不仅为Merkle树的进一步研究提供了定量的数据支持,也为区块链从业者选择Merkle树结构提供了理论依据.     

实时分布式系统性能测试技术研究

实时分布式系统的性能是关注核心,对其进行评估和测试关系着系统的应用前景。基于实时分布式系统的性能测试需求,对系统关键的处理性能、存储性能、传输性能以及实时恢复性能这四种性能测试方法进行了研究和探讨,同时分别利用实时分布式系统中e600架构的处理器、flash存储器、FC网络以及分区调度策略针对这些方法开展了测试,并对获得的测试结果进行了分析。分析结果表明,性能测试结果可信,方法可行,可作为实时分布式系统评测依据。