公开选举代表投票的DAG共识机制

区块链作为一种创新型的分布式账本技术, 以其去中心化、可追溯、防篡改等特性, 在未来许多行业中具有广泛的应用前景. 但现有单链式结构的区块链存在并发低、高延迟等问题. 一种基于有向无环图(directed acyclic graph, DAG)结构的新型账本技术的出现有望突破传统区块链的性能瓶颈, 但目前基于DAG型区块链系统的共识机制并不成熟. 本文针对典型DAG型区块链系统Nano网络的ORV共识机制存在的安全性问题进行改进, 提出了一种基于代表选举模型的公开选举代表投票共识机制, 即OERV (open election representative voting). 使主要代表节点的权益得到了分散, 增强了去中心化程度, 提高了网络安全性. 实验结果表明, OERV算法性能高效, 能够在不牺牲系统效率的同时增强系统的稳定性和安全性, 对于推动DAG型区块链共识机制的研究有着重要的现实意义.     

基于市场证明共识的分布式账本协议: Achain

区块链技术给加密货币带来了新的变化, 并得到了广泛的应用. 然而, 它仍面临着高吞吐量、低交易延迟、安全性和去中心化的需求和目标. 此外, 消费节点(交易提供者)的意愿难以映射到leader中, 区块开采者热衷于挖矿竞赛也导致中心化和能耗的加剧. 为此, 提出了一种不同于传统PoW (proof-of-work)共识的新型共识算法——PoM (proof-of-market), 及其第一个实施案例——Achain协议. PoM的算法设计使得消费节点进行PoW工作, 并投票选出leader节点. 这不仅离散化了挖矿的工作, 提升了去中心化, 降低了能耗, 还体现了消费节点的意愿, 只有受到最多支持的节点才能成为leader. 在性能上, 相较于PoW型区块链, Achain还提升了可扩展性, 此外, 还提供了一种Achain节点存储优化方案——FastAchain; 在安全性方面, Achain辅以一套激励相容的奖惩机制使得恶意节点的收益期望为负, 这保护了诚实节点的利益, 且Achain可以容忍至多1/3的全网总算力被恶意节点控制. 为了验证Achain的性能表现, 实施了一个大规模网络下的Achain原型用来评估其相关性能, 结果表明Achain达到了预期, 优于一些主流的代表性区块链协议, 且保持了良好的链收敛性和去中心化.     

基于有向无环图的区块链技术综述

区块链技术已广泛应用于金融、公共服务、物联网、网络安全、供应链等多个领域,但传统单链结构的区块链在吞吐量、交易确认速度和可扩展性方面存在不足,导致其在一些短时高并发量数据场景中难以落地应用。基于有向无环图（DAG）的区块链技术因其具有交易并发确认功能、吞吐量高、可扩展性强等优势受到研究者广泛关注。通过分析研究现有DAG区块链的发展和演化过程、评估方法、优化方向以及应用场景,探索DAG区块链在落地应用中的可行性。阐述主流DAG区块链的研究现状,比较传统区块链与DAG区块链的优势与不足,并分析现有区块链属性评估方法,总结DAG区块链评估结果。在此基础上,从交易确认速度、系统吞吐量、系统安全性、存储结构等方面对比现有DAG区块链的优化方法,介绍DAG区块链在数据管理、基于边缘计算和联邦学习的数据共享以及面向访问控制和隐私保护的数据安全等场景中的应用情况,并指出当前研究中存在的主要问题和挑战,对未来的研究方向进行展望。     

分布式账本技术的发展历程研究综述

物联网、人工智能、大数据等众多领域缺乏量身定制的安全隐私技术保障,基于分布式账本技术(DLT)的系统作为一种分散的数据管理方法可以很好地满足其安全需求,因此基于分布式账本技术的系统层出不穷。为了帮助后续的研究者更全面快速地了解分布式账本技术,梳理了近年来基于分布式账本的研究成果,分别从数据结构、技术原理、共识机制和性能等多个角度对区块链进行深入分析,并且基于当前研究现状详细比较分析了分布式账本技术的一些最新进展,如哈希图(Hashgraph)、全链(Holochain)和初链(Truechain)等。最后总结了该领域未来的发展前景。     

基于信誉度的Hashgraph共识算法

针对Hashgraph中存在的共识过程复杂,稳定性差,系统受节点活跃度、处理能力、带宽等因素影响大等问题,提出了一种基于信誉度的Hashgraph共识算法.首先,该算法创建了信誉度模型,并将其和奖励机制结合,规范节点行为的同时激励节点积极参与数据同步与共识.其次,引入领导人优化共识过程,将虚拟投票中的投票、收集票数、确认事件三个步骤缩减为选择领导人、确认事件两个步骤,缩短了交易完成确认的时间.最后,为保证领导人节点的安全性和公平性,设计了基于信誉度的领导人选择算法,实现了领导人节点的不可预测性以抵抗拜占庭节点对领导人节点的提前攻击.实验及安全性分析表明,该算法有效降低了系统对节点的依赖性,具有系统稳定性强、共识效率高、安全性强等优点.     

基于物联网区块链的轻量级共识算法研究

面对规模庞大的物联网数据,高效的共识算法是区块链技术与物联网应用相结合的关键。为解决大规模物联网区块链系统中传统共识算法通信开销大、扩展性低、共识机制复杂度高的问题,基于Hyperledger Fabric搭建一个物联网区块链框架,并设计基于投票和交易证明的轻量级共识算法PoVT。在链码验证交易后,根据节点之间发起和收到的交易,选择交易的源节点和目标节点作为代表参与共识。在共识阶段通过设计新的投票方式简化共识流程,仅需一次全节点广播即可生成新的区块。以优先收集到一定投票数的节点作为主节点进行投票广播,在所有节点收到足够多投票消息的同时进行上一轮交易区块确认。对安全性、出块时间和带宽需求进行分析,结果表明,PoVT算法在网络中存在拜占庭节点的情况下能够以较短的时间验证交易和区块,在每秒交易数量相同时,该算法生成区块的时间为PBFT算法的1/3,网络带宽占用也能减少30%,证明所提物联网区块链框架在不同应用场景中具有较高的可扩展性。     

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.     

基于区块链技术的分布式可信网络接入认证

针对网络接人终端自身安全性较差,易被攻击等问题,提出基于区块链技术的分布式可信网络接入认证方法.根据区块链技术,采用数据层、网络层、共识层以及合约层架构分布式网络框架,整合全部树结构特征的树形数据结构、P2P拓扑结构、有向无环图共识结构以及设定自动执行脚本的智能合约,构建物联网分布式网络框架;将网络运营商设定分布式网络...     

基于DPoS共识机制的改进

为降低委托权益证明共识机制中心化,提升系统吞吐量,提出一种全民评分选举、异步出块的共识机制。采用低门槛的参与方式,保证全民享有选举资格,在选举中引入责任连坐的奖惩制度,规范节点行为;在此基础上,利用有向无环图的特点,改进图的无序性,形成伪队列结构的存储模式。实验结果表明,该共识机制去除了节点权益的统治地位,降低了节点参与门槛,提高了系统活跃度;单位时间出块平均提升40%左右;系统数据冗余时,共识时延缩短45%左右。     

区块链分片技术综述

区块链作为分布式账本的关键技术之一,其去中心化、可匿名、不可篡改的特性受到学术界和工业界的青睐,被广泛应用于金融、数字货币、公共服务等领域。分片技术作为区块链扩容的主流方式之一,能够在不降低区块链去中心化程度的同时实现高性能的链上扩容,从而解决区块链可拓展性不足以及吞吐量较低的问题。介绍近年来出现的分片技术以及相关协议,总结分片技术的关键理论与方法,从分片配置、重配置、片内共识协议、跨片共识协议、状态存储等方面对分片技术方案进行对比,归纳不同分片方案在网络分片、交易分片、状态分片等设计中存在的优势和不足。同时,阐述一些经典分片技术在性能和实现方式上的特点,对许可区块链和无许可区块链、片内共识协议、跨片共识协议、准入性方案、状态分片方式等进行分析和概述。在此基础上,从分片内、分片间以及系统层级的角度总结分片技术当前所面临的困境和挑战,并对该领域的发展前景及未来研究方向加以展望。     

区块链共识机制中随机性研究

随着区块链技术的发展,共识机制越来越受到关注.在大量共识机制中占据重要地位的随机数获取协议,也成为共识机制的一个核心子协议.本文主要围绕现有的几个基于随机性协议的主流共识机制,介绍了随机性的相关概念以及共识机制中随机性所用到的密码学原语.首先介绍几类简单的协议并分别指出它们的不足,然后重点介绍了主流共识机制中的随机数都...     

SDN多控制器共识机制研究综述

[背景]伴随着区块链逐渐应用于新一代互联网络的域名、路由、公钥等基础设施,其重要性日益彰显.作为区块链以及整个分布式系统领域的核心技术,共识机制直接影响着区块链的处理能力、可扩展性及安全性,也影响着其在互联网基础设施中的根基.[目的]对软件定义网络SDN(Software Defined Network)中用于实现多控...     

区块链关键技术的研究进展

区块链是一种将时序数据以链式结构组合而成、以密码学机制保证交易数据不可篡改的分布式账本,是一种新型分布式计算模式与去中心化基础构架。区块链技术具有去中心化、建立信任关系、集体维护、交易公平和透明、不可篡改、可溯源等特征,已成为工业界和学术界的研究热点。介绍了区块链的组成元素,详细阐述了区块链的基本原理、智能合约、共识机制等关键技术,结合金融、物联网、供应链、医疗系统应用场景,讨论了其利用区块链技术的优化方向。总结了区块链技术在安全、效率、隐私保护等方面存在的不足,给出了相应的应对措施。提出了改进共识机制、匿名性和系统吞吐量的有效方法,为区块链技术的进一步发展和完善提供有益的借鉴和指导。     

几种典型区块链共识机制的安全性分析

区块链技术源于比特币的出现,随着比特币和其他数字货币在金融市场的火爆,区块链技术得到了各界的广泛关注。共识机制是区块链技术的核心,区块链上的账本和数据都是共识机制的产物,一旦共识机制的安全性出现问题,区块链的可用性和信用度都将受到严重的打击。本文从共识机制的安全性出发,首先介绍区块链和共识机制的概念,然后对3种典型的区块链共识机制进行对比分析：通过逐一研究针对3种共识机制的攻击方法,对它们的一致性和敌手模型进行对比。最后,指出了目前区块链共识机制安全性分析上的局限性,并明确了未来研究共识机制安全性的方向。     

区块链共识协议综述

共识协议作为区块链的核心技术,近年来已经得到学术界和产业界的广泛重视,并取得了一系列研究成果.当前,关于共识协议的综述研究一般将共识协议作为整体进行比较分析,缺乏对共识协议中主要步骤的解耦与比较.将共识协议分为出块节点选举和主链共识两个主要步骤,并针对每个步骤进行协议间的分析比较.在出块节点选举部分,主要讨论工作量证明...     

分布式追踪技术综述

随着分布式软件系统在各个行业的广泛应用,如何提升系统运维效率,保障其服务的可靠与稳定,得到了学术界与工业界的关注.分布式软件系统其规模庞大、结构复杂、持续更新且大量服务请求并发执行的特点,给分布式软件系统的运维任务带来了严峻的挑战.传统的以组件/节点/进程/线程为中心的系统监控与追踪方法难以支持分布式软件的故障诊断、性能调优、系统理解等运维任务.分布式追踪技术识别并提取出分布式软件系统因处理单个服务请求所产生的因果相关的事件,以服务请求为中心对分布式软件系统的行为进行精准、细粒度地刻画,对提高分布式软件系统的运维效率有重要意义.对分布式追踪技术的研究与应用进行了综述,从追踪数据获取、请求事件提取、因果关系判断及请求路径表示这4个方面总结了分布式追踪技术的现状;同时以基于请求执行路径的故障诊断和性能分析为例,讨论了学术界对分布式追踪技术的应用研究;最后,对分布式追踪技术的数据读写依赖问题、通用性问题和评价问题进行了探讨并对未来的研究方向进行了展望.