Proof of work algorithm based on credit model

A consensus protocol based on the credit model was proposed.Firstly,the consensus agreement drew on the idea of personal credit risk assessment and a node credit model based on BP neural network was designed.Secondly,a piecewise rotation model was also constructed to segment the search space according to the node’s credit level to generate new blocks.At the same time,the possible attack of the protocol was analyzed and the vulnerability of this protocol was fixed.Finally,the simulation experiments show that the protocol not only effectively reduces the huge resource consumption in the process of new block generation,but also suppresses the generation of the large mine pool,making the whole blockchain system more secure and reliable.     

区块链共识算法研究与趋势分析

在区块链系统中,共识算法具有重要作用。它不仅协助节点保持数据一致,同时还对代币发行、攻击防范具有一定功能。从2009年第一个区块链系统诞生至今,随着区块链技术的成熟,区块链共识算法也在不断发展与完善,到如今已演变出多种分支。本文将从拜占庭问题以及比特币工作量证明机制为切入点,从安全、性能等角度分析主流共识算法 (如PoW、PoS、DPoS) 的优劣特点,然后以几种特殊算法为代表,梳理共识算法研究现状。最后,本文基于上述分析,对对区块链共识算法的发展前景进行展望。     

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。     

基于策略梯度算法的工作量证明中挖矿困境研究

针对区块链中工作量证明（PoW）共识机制下区块截留攻击导致的挖矿困境问题，将矿池间的博弈行为视作迭代的囚徒困境（IPD）模型，采用深度强化学习的策略梯度算法研究IPD的策略选择。利用该算法将每个矿池视为独立的智能体（Agent），将矿工的潜入率量化为强化学习中的行为分布，通过策略梯度算法中的策略网络对Agent的行为进行预测和优化，最大化矿工的人均收益，并通过模拟实验验证了策略梯度算法的有效性。实验发现，前期矿池处于相互攻击状态，平均收益小于1，出现了纳什均衡的问题；经过policy gradient算法的自我调整后，矿池由相互攻击转变为相互合作，每个矿池的潜入率趋于0，人均收益趋于1。实验结果表明，policy gradient算法可以解决挖矿困境的纳什均衡问题，最大化矿池人均收益。     

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.     

区块链技术在物联网环境下的实现研究

区块链技术原本基于由电脑组成的P2P网络中,如何将其应用于物联网中是一个值得考虑的问题。本文对物联网引入区块链技术遇到的主要挑战进行分析,并提出相应的应对思路。     

Hybrid Smart Contracts for Securing IoMT Data

Data management becomes essential component of patient healthcare. Internet of Medical Things (IoMT) performs a wireless communication between E-medical applications and human being. Instead of consulting a doctor in the hospital, patients get health related information remotely from the physician. The main issues in the E-Medical application are lack of safety, security and privacy preservation of patient’s health care data. To overcome these issues, this work proposes block chain based IoMT Processed with Hybrid consensus protocol for secured storage. Patients health data is collected from physician, smart devices etc. The main goal is to store this highly valuable health related data in a secure, safety, easy access and less cost-effective manner. In this research we combine two smart contracts such as Practical Byzantine Fault Tolerance with proof of work (PBFT-PoW). The implementation is done using cloud technology setup with smart contracts (PBFT-PoW). The accuracy rate of PBFT is 90.15%, for PoW is 92.75% and our proposed work PBFT-PoW is 99.88%.