面向跨级可信协作服务的大规模节点组网共识算法

为有效提升业务数据跨级可信协作服务的可扩展性、高鲁棒性、高并发能力与处理效能,提出一种面向多层级大规模节点组网场景的高效共识算法——高效拜占庭容错(Efficient Byzantine Fault Tolerance, EBFT)。在现有共识算法的基础上,把轮换主节点作为常规共识流程的一部分,实现所有节点轮流担任主节点进行提案,以减轻单一主节点带来的压力并保证节点间的公平性。通过合并视图切换流程和正常流程实现了快速共识,进一步提升算法灵活性、可靠性和数字签名性能。仿真实验表明,所提算法满足了跨级大规模业务数据流转对业务系统处理能力和响应速度的实际需求。     

基于改进PBFT的区块链工程监理数据共享模型

为有效地解决云环境下工程监理数据流转中存在的数据安全得不到保障、各项目参建方间信任成本高等问题，提出一种基于改进实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance, PBFT)的工程监理数据共享模型，结合星际文件系统(InterPlanetary File System, IPFS)实现监理数据的分布式安全存储，并通过智能合约保障数据上链、查询过程的高效性、透明性。针对PBFT算法存在的通信复杂度高、算法本身无法避免拜占庭节点担任主节点等问题，引入节点信任度评价模型对PBFT算法进行改进。进行仿真实验分析评估模型的安全性及算法性能，所得结果满足工程监理场景下对于数据共享的要求。通过对比分析得出，模型在共识效率、吞吐量和算力需求等方面相较于其他模型更有优势。     

基于凝聚型层次聚类的PBFT优化共识机制

面对粮食联盟链网络中的大量共识节点,由于传统实用拜占庭容错(practical Byzantine fault tolerance,PBFT)共识算法效率低下,导致通信能耗过高,从而极大地增加信息泄露和数据造假的风险。针对上述难题,本文提出了一种基于凝聚型层次聚类(agglomerative hierarchical clustering,AHC)的PBFT优化共识算法。首先,利用AHC算法对所有网络共识节点进行目标划分和聚类;其次,使所有簇并行发生PBFT共识;最后,通过簇间主节点共识达成消息一致。实验结果表明,该改进算法能够有效降低能量开销,并提高共识效率和吞吐量。     

基于信誉值的实用拜占庭容错改进算法研究

共识问题是区块链中的核心问题,针对联盟链常用的实用拜占庭容错算法(PBFT)中主节点选取随意、网络通信量大、公平性较低等问题,提出一种基于信誉值的PBFT改进算法。首先改变信誉值主节点选取方式,然后优化共识流程,节点的累计信誉作为判断达成共识的条件。达成共识时没有参与共识过程的节点或恶意节点的信誉值降低,降低的信誉值均分给成功参与共识的节点。经过多次共识后,故障或恶意节点对共识的影响变小,提高了算法的公平性。     

异步区块链支持的安全频谱共享

针对目前频谱稀缺的困境,一个经济有效的解决方案是将未充分利用的授权频谱以机会的方式分配给未授权用户。然而,实现大规模频谱共享面临激励缺失、隐私泄露、安全威胁和时延过大等挑战。利用区块联盟链技术的安全机制,设计了由频谱接入层、区块链网络层、区块链共识层构成的区块链动态频谱接入系统。该系统采用异步实时拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)改善共识延时,设计基于最优匹配算法的匹配方案,提高频谱复用率。经仿真验证,该方案频谱复用率提升近6%。相比于实时拜占庭机制,所提方案减少了系统延时,提升吞吐量近129%。     

面向无人机集群的双层分组拜占庭容错算法

针对区块链技术应用于无人机集群通信时存在的通信复杂度高、稳健性差等问题,提出了一种双层分组拜占庭容错算法.根据无人机的编队结果对节点进行分组,并从每组选取一部分高信誉节点组成委员会,其他节点作为共用节点,形成双层分组共识结构.使用门限签名技术降低通信复杂度,仅通过委员会节点与其他分组节点通信,减少分组间通信次数,使平均...     

一种基于ε-greedy的领导选举方法

随着区块链的广泛部署,无人协同等延迟敏感型的应用对区块链系统的低时延需求日益提高。在协同场景下,区块链节点通常跨地域部署,节点异构性较强。在基于领导节点的拜占庭容错(Byzantine Foult Tolerant, BFT)共识协议中,不稳定的或能力较差的领导节点将导致不必要的高延迟,并降低区块链的可用性,特别是在资源有限的移动或传感器网络下。针对上述问题,提出了ε-LE,一种带有网络感知的领导选举方法,基于节点到领导节点的通信延迟测量结果,采用ε-greedy策略对领导节点进行选择,使得当前性能较优或网络中关键位置的节点具有更高概率成为领导节点,从而优化共识延迟。相较于AWARE等方法,ε-LE实现O(N)的通信复杂度,更加适用于具备线性通信复杂度的共识协议。实验结果表明,ε-LE能够选择可优化集群共识延迟的节点作为领导节点,在线性拓扑网络中实现了约21%的吞吐量提升。     

一种基于代理的拜占庭容错算法

针对目前拜占庭容错的分布式一致性算法对性能的影响,文中从算法过程出发,基于B-Raft算法,加入了代理(Proxy)机制,以此为优化点来提升因拜占庭容错而导致降低的效率,同时降低单点失效频率。实现代理(Proxy)机制的方法是在Leader节点选取之后,通过高斯混合模型(GMM)将Follower节点群分簇后分别选取代理节点(Proxy-Node,PB),通过Leader与PB的分层同步来均衡Leader节点的负载,提高一致化效率。     

适用于物联网数据共享的区块链节点存储优化方案

在基于区块链的物联网数据共享中,区块链要求节点具备大量的存储资源,这极大阻碍了更多物联网设备加入共享。针对这个问题,提出一种适用于物联网数据共享的区块链节点存储优化方案。该方案提出适用于物联网数据共享场景的存储模型,引入部分重复码对实用拜占庭容错算法进行改进,在共识过程中完成区块链账本的优化存储。实验分析表明,该方案能够在保证共识效率和容错性的同时,大幅降低区块链节点的存储开销。     

嵌入式系统中基于DAG的容错调度算法设计

首先针对任务间有依赖关系的任务,建立了有向图(DAG)任务模型;随后,采用动态关键路径调度策略BDCP(Better List Scheduling Algorithm)进行静态调度;最后是以BDCP为基础,在同步节点处添加可重叠的时间冗余,提出了FT-DAG(Fault Tolerant DAG)容错调度算法。同步节点是指DAG中那些直接前继个数大于1的节点。同步节点恢复技术具备容错、提升调试能力以及更少的容错开销。通过一个实例展现FT-DAG的调度过程,并把FT-EDFFT容错调度算法与之对比,验证所提算法的优势。     

拜占庭容错服务的适应性失效检测研究

文章在Byzantine fault tolerant状态机复制容错算法（BFT）中增加适应性失效检测。根据拜占庭容错服务应用需求和运行环境动态调整失效检测时间，适应性好，能满足BIT失效检测要求。当主复件失效时,可以缩短视图切换时间，减少系统响应时间，提高系统可用性。     

基于Fisco-Bcos平台的区块链系统性能精确分析模型

为了解决区块链系统实际部署面临的性能难以估计、所需的硬件设施性能难以确定等问题，建立了不同网络结构下基于模型和数据融合的区块链网络吞吐量精确表达模型。通过分析实用拜占庭容错（practical Byzantine fault tolerance,PBFT）算法区块链系统的交易流程，综合考虑网络拓扑结构、采用的共识算法、节点的通信方式等状况，基于大量实际数据建立了Fisco-Bcos区块链平台的交易吞吐量（transaction per second,TPS）精确表达模型。实际的区块链系统测试结果表明，本文建立的TPS预测模型可以在不同的网络结构下保持较高的预测精确度。     

一种改进的应用于无线传感器网络的拜占庭容错方案

研究了传统拜占庭容错方案并针对无线传感器网络的特定环境加以改进,减少了传统方案中网络节点间消息交换轮数,提高了效率并降低了通信开销和能量消耗,仿真结果表明:设计的方案在使所有正常网络节点达成一致的同时,其使用的消息交换轮数与传统拜占庭方案相比有显著的下降.     

基于联盟链的运营商最佳缓存策略

基于区块链的边缘缓存技术可以实现更大范围的内容共享并提高缓存内容的使用效率。针对不同运营商各自建设边缘设备,缓存内容相互隔离,难以共享信息的问题,该文提出一种基于联盟链的边缘缓存系统框架并设计了内容共享和交易流程,实现了不同运营商之间的内容共享。此外,为了降低高维缓存节点的共识开销,设计了基于内容缓存的部分实用拜占庭容错(pPBFT)共识机制,仅选取缓存相关内容的联盟链节点作为验证智能合约的执行节点。最后,将运营商内容共享所带来的收益进行量化并构建为最大化收益的优化问题。通过所提出的内容缓存算法,得到了最优缓存决策的闭式表达式和与内容流行度相关的最优缓存策略。仿真结果表明,在该框架中所提出的共识机制和缓存策略能够有效增加运营商的缓存收益。     

基于灰色预测容错时钟同步算法

针对分布式实时系统中无主式时钟同步存在时钟拜占庭故障和节点通信链路丢失故障的问题,文中提出一种基于灰色预测容错时钟同步算法。该算法基于广播式通信网络LL模型,使用GM(1,1)的灰色预测方法对前轮次的校正偏差值进行分析,从而预测出该节点在故障伦次中的校正偏差值,再通过计算得到修正值。实验结果表明,文中提出的灰色预测算法能够容忍拜占庭故障,同时可克服节点通信链路丢失故障带来的问题,提升了FTA算法的普适性。通过数据对比分析结果表明,该算法的时钟同步精密度相比于原始算法提高了24.3%;相较于其他算法,文中算法在复杂度上也有一定的优势。     

基于PBFT区块链技术的电网企业仓储系统

提出了一种基于实用拜占庭容错(PBFT)算法的区块链技术,首先对传统的实用拜占庭容错算法原理进行了阐述,该传统算法包含前期、需求、预准备、准备、确认、答复6个阶段,但传统算法具有实时性差、缺乏惩罚机制、带宽高的缺点。针对出现的这些问题,又对传统算法进行了改进,具体涉及记账节点、共识过程以及视图切换过程。通过测试进一步证明了该改进算法的实用性,并将该算法应用于电网企业中,构建的虚拟仓库实现了联储联备,降低了库存资金的耗费,并且提高了电网企业库存管理的效率。     

RTEthernet中改进的FTA时钟同步算法研究

针对以太网存在节点时钟漂移、网络链路延迟、同步能力差等问题,文中基于RTEthernet协议的通信原理,构建了时钟同步系统的模型。文中研究了RTEthernet的组成、工作原理,考虑了影响实时以太网时钟同步精密度的三大因素：漂移率、网络传输延迟和时钟拜占庭故障,并基于此分析了原始的FTA时钟同步算法,发现它在拜占庭故障增多的情况下容错性能明显降低,进而引入“容错中值”的思想进行改进并提出了RTE-FTM算法。通过CANoe仿真平台,对系统(7个节点)中存在2个拜占庭故障与不存在拜占庭故障进行对比分析。结果表明系统的精密度损失率降低了3.1%,并由此验证了该算法的收敛性和有效性。     

基于Reputation与Credit的混合激励算法

针对Reputation机制中缺乏对高信誉值节点的奖励,以及Credit机制中静止的虚拟银行(VB:Virtual Bank)部署困难,同时交易价格无区分性等导致的激励效果不佳的问题,文中提出了一种新的基于Reputation和Credit的混合激励算法RCH(Reputation and Credit based Hybrid incentive algorism)。RCH主要是采取一种P2P的模式(无需VB),根据提供转发服务节点与消息目的节点的亲密度以及接受转发服务节点的自私度来完成对不同服务质量,不同服务对象的区别定价,从而鼓励理性地自私节点更多的去帮助其他节点转发消息。通过理论分析和仿真实验得出:该算法与Reputation机制和Credit机制相比,在激励效果方面得到了较大的改善,最终都体现在交付率,平均延迟等指标的优化上。     

机会网络中基于ferry的低能耗路由算法

在节点移动规律无法预知、连通性较差的机会网络中,FIMF(Ferry-Initialed Message Ferrying)路由能够有效地提高网络中消息传递成功率.在FIMF路由机制中,普通节点在传递控制消息(如节点位置消息、Hello消息)时存在多余的通信开销,并且采用了大功率发送位置消息会耗费过多能量.提出了基于RSSI测距技术和跨层设计的消息摆渡节能路由算法AFIMF.AFIMF中采用基于RSSI测距技术,在普通节点上采用自适应调整功率技术和跨层检测技术按需发送Hello消息.仿真结果表明,AFIMF算法有良好的稳定性,在保证通信传递率的前提下,普通节点不仅有效地节约了能量,而且减少了开销.     

无线传感器网络中用于目标跟踪的节点规划算法

利用无线传感器网络进行目标跟踪时,由于各传感器节点的能量有限,数据蕴含的有效信息又各不相同,因此有必要规划参与目标跟踪的节点集和参与方式,以降低系统开销。本文提出了一种新的基于领导节点的节点规划算法,综合考虑收集数据和领导节点迁移过程中的通信开销,以最大化目标跟踪的性能。求解中以跟踪过程中的误差矩阵作为目标度量,采用高斯-赛德尔（Gauss-Seidel）和凸松弛等方法,使得复杂的带约束优化问题能够在接近O（N3）的时间复杂度内得到求解。仿真结果表明,与对比算法相比,本算法在相同的通信能量约束下能够达到更好的跟踪性能。