区块链实用拜占庭容错共识算法的改进

针对应用于联盟链的实用拜占庭容错（PBFT）共识算法网络结构静态、主节点选取随意和通信开销较大的问题，提出了一种改进的实用拜占庭容错（EPBFT）共识算法。首先，给共识节点设置一系列活动状态使得节点通过状态转换在系统中拥有完整生命周期，由此节点可以动态地加入和退出，系统拥有动态的网络结构。其次，对PBFT的主节点选取方式加以改进，增加以最长链为选举原则的主节点选举过程。在主节点选举完成之后，通过数据同步和主节点验证过程进一步保证主节点的可信性。最后，优化PBFT算法的共识流程以提高共识效率，使得EPBFT算法的通信开销在视图变更较少发生的情况下降低为PBFT算法的1/2。实验结果表明，EPBFT算法具有较好的有效性和实用性。     

联盟链中实用拜占庭容错算法的改进

针对实用拜占庭容错算法(PBFT)中存在的通信开销大、算法效率低等问题,结合联盟链特点,提出了一种改进的PBFT算法(score-PBFT,S-PBFT).引入节点评分机制,将节点划分为共识节点、候选节点和预备节点三种类型,并根据节点行为对节点进行动态调整,最大程度上保证共识节点的可靠性.改进了主节点的选举方式,以节点...     

CS-Raft:适用于联盟链的拜占庭容错共识算法

针对目前联盟链共识算法的性能不足,提出了一种基于信用评分的可拜占庭容错联盟链共识算法CS-Raft。首先,为所有节点赋予信用评分属性,节点的信用评分根据节点的共识行为、活跃度、加入集群时间等指标进行更新,信用评分越高代表节点可信度越高;其次,根据节点信用评分选取监督节点,监督节点具有检验权,可以参与领导人选举,监督节点的设置可以有效抵抗拜占庭恶意节点的攻击;最后,改善了领导人选举中选票分裂问题,对领导人选举的速度进行提升。经实验分析,CS-Raft算法相较于PBFT算法在实现拜占庭容错的同时,有效地减少了共识时间延迟、提高了系统吞吐量,并加快了其领导人选举速度。     

基于联盟链的实用拜占庭容错算法的改进

作为一种新兴技术,区块链从诞生之初就引起了广泛的关注。共识算法是区块链技术的核心技术之一,共识算法的研究也是区块链发展的重中之重。针对广泛应用于联盟链的实用拜占庭容错算法(PBFT)存在的主节点选取随意以及节点无法动态加入、退出的问题,提出了一种动态的PBFT算法——DPBFT。首先,对PBFT的主节点选取方法进行改进,为每个节点设置信任度积分,根据节点在每轮共识中的行为动态更新信任度积分,依据积分值来选取主节点,提高了诚实节点当选主节点的概率。其次,为PBFT算法设置4个子协议(JOIN,EXIT,PCLEAR,RCLEAR),分别解决节点加入、退出的问题以及对作恶节点做出惩罚,使得系统拥有动态的网络结构。结果证明新加入的4个子协议本身具有良好的安全性和活性,且不影响原始PBFT算法的安全性和活性。最后,实验结果表明,DPBFT算法相比传统PBFT算法具有更好的共识效率。     

一种适用于联盟链的共识机制

随着比特币的风靡,区块链技术已经成为当下研究领域的主流。区块链系统根据应用场景的不同,一般分为公有链、联盟链和私有链。由于公有链完全去中心化的性质导致其无法满足企业的需求,所以在实际应用中企业往往选择部分去中心的联盟链。共识机制是区块链的引擎与核心。目前,主流的共识机制主要针对公有链提出,难以适用于联盟链与私有链。在此背景下,论文为联盟链提出一种共识机制。该共识机制不仅解决传统共识效率低的问题,而且在一定程度上可以应对拜占庭容错。     

基于实用拜占庭容错的改进的多主节点共识机制

针对实用拜占庭容错（PBFT）共识协议通信复杂度高导致的共识效率低、单一主节点发生故障或存在拜占庭行为时会导致共识过程停止的问题,提出了改进的多主节点实用拜占庭容错（IMPBFT）共识机制。首先,通过节点的共识轮数、存在拜占庭行为的共识轮数以及节点被赋予的优先值,计算出节点的有效共识轮数,再依据有效共识轮数的大小选出多个主节点。其次,对原共识机制进行改进,使所有节点利用改进的机制进行共识。最后,引入流水线来实现IMPBFT共识的并发执行。在进行流水线操作时,不同轮共识的多阶段消息统一签名,并且不再使用固定周期来控制流水线。理论研究和实验结果表明,IMPBFT的多主节点结构相较单一主节点的共识结构更加安全稳定;与平方级通信量的PBFT和信用委托拜占庭容错（CDBFT）共识相比,IMPBFT将通信量降至线性级;在交易吞吐量、扩展性和交易时延方面,IMPBFT的性能要优于PBFT和CDBFT;使用“多阶段消息统一签名、无固定周期”流水线的IMPBFT,比未使用流水线的IMPBFT在交易吞吐量上提高了75.2%。     

检测型的联盟区块链共识算法d-PBFT

联盟区块链通常都会采用严格的身份准入机制,但然而该机制不能完全保证联盟网络中不会混入拜占庭恶意节点,也不能担保现有的联盟成员节点一定不会被第三方敌手劫持利用.针对这类问题,提出了一种能够监控节点状态的检测型实用拜占庭容错(d-PBFT)共识算法.首先,选举主节点并校验主节点的其状态,以保证选举出来的主节点从未有过作恶历...     

一种基于信用的拜占庭容错共识算法

实用性拜占庭容错共识算法（PBFT）在联盟链中应用广泛,但存在时延高、吞吐量低和可扩展性差等问题。针对这些问题,文章提出一种基于信用的拜占庭容错共识算法（CBFT）。首先,增设候补节点集合,实现共识节点的动态加入和退出;其次,引入信用评估方案,根据共识节点在共识过程中的完成情况计算其信誉值,用信誉值评估节点的信用;最后,设计节点替换方案,当某个共识节点的信誉值低于设置的阈值时,用候补节点替换此节点,减少低信誉节点的共识参与率。仿真实验结果表明,与PBFT算法相比,CBFT算法共识时延更低,吞吐量和算法效率更高。     

一种基于积分制的改进实用拜占庭容错算法

区块链技术是一种融合分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式.共识算法是区块链技术中的核心部分之一.该文针对实用拜占庭容错算法(PBFT)存在的可参与节点较少,主节点选举随意,以及节点参与积极性较低的问题,提出一种基于积分制改进的实用拜占庭算法(P-PBFT).引入委任权益证明算法思想,...     

用于联盟链的非拜占庭容错共识算法

随着区块链技术的发展,区块链出现了多种分类,兼顾公有链多中心特点和私有链高性能优势的联盟链成为了我国区块链的发展重心.结合联盟链中存在节点信任的特性,非拜占庭容错共识算法能为联盟链提供更好的性能支持.文中选取Raft共识算法作为研究对象,针对Raft共识算法中Leader节点选举和日志复制过程中的诸多问题,提出了一种可...     

适用于区块链的高效异步拜占庭容错算法

针对现有异步共识算法存在的多轮次通信开销大、随机抽签算法中缺乏信誉机制导致了较多的抽取次数等不足,提出了一种高效的异步拜占庭容错算法PenguinBFT。首先,在广播交易时直接广播原文,降低了共识通信开销;其次,引入了节点信誉评估机制,从网络情况相对稳定的节点集合中选取出块者,以减少随机抽取次数;最后,对网络节点进行分区,在请求交易缺失时,让不同的节点访问不同的分区进行交易恢复,既能减少通信开销又能提升交易恢复效率。实验结果表明,当节点规模达到64时,提出的PenguinBFT算法相较于Honey-BadgerBFT、DumboBFT和DispersedLedger算法,在通信开销、吞吐量和交易确认时延等方面均有50%以上的提升。     

基于实用拜占庭容错算法的区块链电子计票方案

针对区块链电子投票中第三方计票机构不满足区块链去中心化、去信任特性以及缺乏可信度的问题,提出一种基于实用拜占庭容错(PBFT)算法的区块链电子计票方案。首先,在分布式环境中构建无中心计票模式,以节点的信任度确定计票节点;其次,基于PBFT实现待验选票的共识;再次,将PBFT中诚实节点的最低数量作为门限签名的阈值,只有达到阈值的计票结果才能形成门限签名;最后,将满足可信状态的结果记录在区块链账本上。通过测试分析表明,只有当诚实验票节点超过2/3时,才满足PBFT,得到可信的计票结果。     

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。     

结合BLS聚合签名改进实用拜占庭容错共识算法

针对实用拜占庭容错(practical Byzantine fault tolerance,PBFT)共识算法运用在联盟链中达到O(n2)的通信复杂度难以支持大规模网络的问题,提出一种聚合签名的拜占庭容错算法(aggregate-signature byzantine fault tolerance,ABFT).首先,改进PBFT共识算法中节点的信息交互方式,在prepare阶段各个副本节点单点发送信息及签名给主节点验证,在commit阶段由主节点收集签名并验证,结合BLS(boneh-lynn-shacham)签名将验证通过的多个签名聚合成一个聚合签名,将该聚合签名以及其他必要信息广播给其他所有副本节点验证;此外增加了finish阶段,用于防止大部分的副本节点超时而导致视图变更.ABFT算法将网络通信的复杂度降低为O(n),通过实验表明,在多个节点的情况下,ABFT算法有效地降低了共识的时延且提高了交易吞吐量,可扩展性更优,使联盟链可容纳大量节点.     

基于联盟链的跨域认证方案

针对传统跨域认证易单点失效、过度依赖第三方等安全问题,提出了一种结合基于身份的密码（IBC,identity-based cryptography）体制与联盟链的跨域认证方案。通过设计包括实体层、代理层、区块链层、存储层在内的分层跨域认证架构,在跨域认证场景中引入联盟链,从而能够使两者较好地融合,增加了联盟链在跨域认证场景中的适应性。在存储层,设计摘要数据格式,将其存储于链上,摘要数据对应的完整数据存储于链下的星际文件系统,从而形成一种安全可靠的链上链下分布式存储方案,解决引入区块链后存在的链上存储受到限制的问题。提出一种基于永久自主权身份和临时身份的身份管理方案,解决结合IBC体制后身份难以注销和匿名身份难以监管的问题。在此基础上,设计完整的跨域全认证、重认证以及密钥协商协议以实现跨域认证流程。在安全性方面,使用SVO逻辑对认证协议进行分析,证明了跨域认证协议的安全性。通过仿真对计算负载性能、通信负载以及联盟链性能进行了测试与分析。分析表明,与相关方案相比,协议在满足安全性的同时,在服务端和用户端均有较好的计算负载表现。在通信效率上,相较于其他方案有不错的表现。通过联盟链工具对链上读...     

基于联盟区块链的农产品质量安全高效追溯体系

针对农产品追溯系统中的安全和效率问题，依据区块链的去中心化安全特性，提出一种基于联盟区块链的高效解决办法。首先，通过星际文件系统（IPFS）对农产品数据进行hash转变，从而减小区块中单条事务数据量，并利用IPFS数据的不可逆原理，达到数据的初步保障；其次，建立联盟区块链模型进行数据验证，区块链数据验证的共识算法采用实用拜占庭容错（PBFT）算法来减少全网共识时间；最后，根据仿真实验中参与节点数、区块大小和网络带宽，来拟合验证交易的时间曲线，进而计算出不同带宽下的区块链交易效率，并结合数以万计的传感器参与下的农产品追溯系统的实际情况，对比区块链双链结构，给出分析结果。实验结果表明，在低于1000个验证节点的条件下，区块链最大共识时长为32 min，联盟链系统可支持35~40万条传感器数据，可适用于大范围、多数据的农产品追溯。     

基于投票机制的拜占庭容错共识算法

针对现有的区块链中实用拜占庭容错（PBFT）共识算法、基于动态授权的拜占庭容错（DDBFT）共识算法、联盟拜占庭容错（CBFT）共识算法普遍存在能耗高、效率低、扩展性差等问题，通过引入投票机制，提出了基于投票机制的拜占庭容错（VPBFT）共识算法。首先，以PBFT算法为基础，将网络中的节点划分为四类具有不同职责的节点。其次，算法中的投票节点具有投票和评分权，监督生产节点诚实可靠地生产数据块；生产有效的数据块的生产节点优先进入下一轮，候选节点能够被选为生产节点，而普通节点则能够成为投票节点或候选节点。最后，不同类型的节点之间具有一定的数量关系，能够在不同类型节点的数目或网络中的节点总数发生变化时动态调整参数，从而使得算法适应动态网络。通过性能仿真分析可知，VPBFT算法相较于PBFT、DDBFT、CBFT等共识算法，具有低能耗、低时延、高容错性和高动态性。     

基于Raft分组的实用拜占庭共识算法

针对现有应用于联盟链的拜占庭容错共识机制可扩展性不足、难以支持大规模网络节点下高效安全共识等问题,采用节点分组策略,提出一种基于Raft聚类分组的实用拜占庭容错共识算法H-PBFT。首先使用混合蛙跳算法结合K-medoids聚类分组策略,将系统中节点聚类形成多个分组;参与主共识集群PBFT共识的节点均为各分组聚类中心节点,各聚类小组内则使用引入监督节点改进的Raft算法进行共识;组内共识机制监督节点的引入使Raft算法具有抗拜占庭的能力。实验研究结果表明,在大规模网络节点环境下,相比于PBFT和Raft,H-PBFT算法提高了容错性能,同时还能够快速高效对节点聚类分组,提高共识效率,降低共识通信开销与复杂度,具有较优的可扩展性,能够更好的在联盟链场景中应用。