一种面向区块链的优化PBFT共识算法

区块链技术具有去中心化,数据不可篡改和数据透明等特点,使得该技术的应用领域不断扩展,但目前应用于区块链系统的共识算法存在着资源浪费和共识效率较低等问题,限制了区块链技术的发展.针对此问题,基于实用拜占庭容错算法(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT),算法的基本思想,提出了一种优化的共识算法.该算法引入积分机制,根据节点积分挑选参与共识的节点,以降低网络中的通信开销;在不存在拜占庭节点的情况下,优化PBFT算法的一致性协议;引入升降级机制,动态更新参与共识的节点集合,以保证算法在大部分时间内都执行优化一致性协议.实验结果表明:与PBFT算法相比,本文提出的共识算法将共识过程的时间复杂度从O(N~2)下降到O(N),有效降低了网络中的通信开销,平均时延从55ms降到37ms,平均吞吐量从342TPS提升到677TPS.     

区块链共识算法综述

区块链技术作为核心技术自主创新的重要突破口,在越来越多的领域带来了深刻的变革.区块链的三大核心技术分别是:密码学、共识机制和分布式网络.共识算法作为区块链技术的核心之一,对维护系统稳定运行,以及节点间的相互信任有着重要的作用.本文主要介绍了区块链共识机制发展至今的一些代表性算法,包括分布式共识、工作量证明、权益证明等共...     

一种基于区块链PoS共识算法的改进研究

区块链共识算法保证了区块链中的区块按时间戳有序生成,算法优劣直接影响区块链系统性能.PoS共识算法是一种区块链公有链采用的主流共识算法,但生成区块的时间具有随机性,有些情况下区块间隔时间过长,不能满足商业应用场景需要;针对PoS共识算法生成区块的速度存在的性能局限,改进设计的Silkworm算法,通过智能合约对最快生成...     

稳定度激励算法对移动区块链节点的共识优化研究

在基于移动节点的区块链系统中,节点速度与位置的变化以及节点本身的可信度会影响共识节点选取和区块验证时的稳定性,存在产生恶意节点选取和区块验证共谋．本文提出一种稳定度激励算法,在节点选取方面,根据节点可信度和质量因子计算各个节点的稳定度,并选取稳定度超过阈值的节点成为候选节点,再从中选取稳定度较高的节点生成区块;在区块验证方面,利用节点的稳定度关联节点收益,通过计算节点的验证延迟与收益,并迭代节点收益约束计算延时需求和激励奖励的最优解,激励其余高稳定度的候选节点加入区块验证．仿真结果表明,在基于移动节点的区块链系统中,与MWSL和TSL两种算法进行比较,稳定度激励算法能够提高恶意节点的检测成功率和验证区块的正确概率,提高了区块链共识的稳定性．     

基于粒子群算法的风电场参数辨识研究

大规模的风电并网使得电力系统的安全运行受到了挑战,建立高精度风电场模型有利于维护电网的稳定运行。本研究以河西地区马鬃山和酒泉风电场为研究对象,基于粒子群算法,结合马鬃山和酒泉风速数据对威布尔模型中的形状系数和尺度系数进行辨识。以实际值与辨识值误差的平方和最小为目标函数,得到了较高精度的风电场参数值。通过与穷举算法的辨识结果进行对比,本研究的粒子群算法能够获得更高精度的风电场模型。     

改进粒子群算法的风电场多目标无功优化

采用基于场景的思想确定了风电机组功率输出,通过在潮流计算中增加对风电场节点电压的迭代解决了含风电场的潮流计算问题。建立了有功网损最小、电压偏差最小、静态电压稳定裕度最大的多目标无功优化模型,提出了多目标归一化处理方法,通过改变各分量权重系数解决了多目标无功优化问题。分析了基于遗传交叉因子的粒子群优化算法,通过父代的遗传交叉产生代表解的新粒子,有效避免了粒子解陷入局部最优。算例表明,该模型和算法可有效解决含风电场的多目标无功优化问题。     

基于信任评估模型的PBFT共识算法

实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)共识算法是确保区块链等分布式系统达成一致性的重要算法,但其仍难以应用到节点数量规模较大的网络环境,且共识过程中主节点的错误选取会导致系统通信资源的浪费。针对以上问题,文章提出基于信任评估模型的PBFT共识算法(Trust-based Practical Byzantine Fault Tolerance,T-PBFT),首先采用聚类的方法对系统中的共识节点进行分组共识,降低通信复杂度;然后根据网络中节点历史行为进行信任度评估,选取可靠的节点作为共识小组中的主节点;组内实现共识后,再进行组间共识,确保系统中共识节点存储的数据信息达成一致。所提出的改进算法能够更好地应用于大规模区块链网络系统,并能够选择更可靠的主节点。通过仿真实验和分析得出,改进算法通信复杂度小于原算法的O(N²),系统的吞吐量与原算法相比最高增加了17%,共识时间节省了25%。     

一种基于可验证秘密共享的区块链共识算法

共识算法对保证区块链的安全性和效率起着至关重要的作用,Raft算法作为一种强一致性、去中心化、高可用的分布式共识算法,被广泛应用在联盟链及私有链中.针对Raft算法在Leader节点选举过程中存在虚假投票及缺少拜占庭容错的问题,利用可验证秘密共享提出了一种基于可验证秘密共享的Raft共识算法,该算法通过可验证秘密共享的...     

可信激励算法对区块链移动节点共识优化研究

节点可移动的物联网应用区块链时将节点称为区块链移动节点,区块链移动节点存在通信连通时间较短、算力和存储能力不足等问题导致网络达成共识时安全性和吞吐量较低.提出一种可信激励算法对共识过程进行优化,首先区块链移动节点接收共识所需信息完成初始化;其次每个区块链移动节点生成判决块,判决块包含对验证消息的投票结果、自身的可信因子和判决块的生成时间,根据判决块中在相邻区块链移动节点组成的集群中选出中继节点,中继节点传播验证消息到下一个集群,并产生区块存储在边缘服务器,一个中继为一跳,当跳数大于网络阈值跳数时完成共识;最后根据激励机制对节点奖励或惩罚,并按激励情况更新节点的行为标识反馈到共识.仿真结果表明,与应用在同样网络情况的PoET和PoS算法相比,可信激励算法在保证了一定的吞吐量情况下,有效降低验证消息验证失败率提高了共识安全性,更适合节点可移动的物联网网络.     

基于信誉度的主从多链区块链共识机制

针对单一区块链系统的性能局限性、多链系统跨链共识困境以及数据分布挑战问题,该文提出了一种主从多链的共识机制。设计了2层区块链结构以构建主从多链。通过主区块链链接多条从区块链,保证了数字化资产的全局一致性,提高了区块链的性能。将信誉度评估引入基于权益证明的共识机制中,提高了交易的吞吐量。设计了多共识机制融合的联合共识机制,确保数据的一致性和不可篡改性。通过生成动态验证节点,确保节点的去中心化和防止恶意攻击。相比传统的以太坊(ETH)区块链,仿真实验结果表明每秒事务处理量(TPS)提升了约48%,拥有高权益节点的恶意行为将受到更严重的惩罚,证明了主从多链设计在应对权益粉碎攻击、贿赂攻击等方面具有安全性高、事务处理快的优势。     

一种改进粒子群算法及其在风电场中的应用

针对传统粒子群寻优速度慢的缺点,引进了种群平均速度的定义。用平均速度表征粒子群的活跃程度,并作为粒子群惯性权重和学习因子调节的依据,加快了粒子群的寻优速度。针对粒子群容易陷入局部极值的缺点,提出将模拟退火算法引入粒子群算法,将粒子群的平行快速寻优能力和模拟退火的概率突跳特性相结合,保持了群体多样性,有效地避免了局部收敛。对2个典型测试函数的寻优问题进行仿真实验,实验结果验证了该算法的有效性。将改进的粒子群算法用于风电场风速概率分布模型的优化,与常规的统计方法相比,该方法具有更高的拟合精度。     

改进人工蜂群算法及在风电场群调度中的应用

针对遗传算法的停滞时间长以及粒子群算法容易陷入局部极值问题,引入一种EA和SWARM交叉算法即蜂群遗传算法(BSGA)。在蜂群算法局域搜索部分,应用遍历性较强的混沌搜索算法进行局域优化,以最大限度地避免最优解被排除的问题。将改进后的算法(BSGA-CAO)应用于我国内蒙古中西部地区风电场群的调度优化问题,与BSGA算法、粒子群算法以及遗传算法相比较,运行时间分别缩短69,23和40 s,总发电量实验结果改进率分别为8.49%,5.29%和3.36%。     

基于节点贡献值和信誉度的DPoS共识算法改进

针对DPoS共识算法中节点投票积极性低和恶意节点作恶的问题,提出了一种基于节点贡献值和信誉度的DPoS共识机制DPoS-NCVR,首先引入连接度概念,通过贡献值模型将系统中节点的状态和行为等因素进行量化计算得出贡献值;其次,通过特定的贡献值阈值将节点划分为不同等级,以此来标识节点的身份,进而选出代理节点进行记账;最后,引入信誉度模型,对节点行为进行奖惩,并且将屡次作恶的节点剔除系统,从而提高节点参与投票的积极性。在仿真环境下,DPoS-NCVR再进行了多次共识,与DPoS相比节点的活跃度显著提高、恶意节点占比明显减少。实验结果表明,DPoS-NCVR能有效地提高节点投票的积极性,降低节点作恶的可能性,减少恶意节点占比,增强了系统的安全性。     

基于有向无环图的高效区块链共识算法

针对传统区块链共识算法存在效率低和大量资源浪费的问题, 提出一种使用基于ID分类的有向无环图数据结构取代传统区块链链式数据结构的算法, 解决了 传统区块链项目无法在短时间内确认大量交易的问题. 该算法使用基于ID分类的有向无环图数据结构能更简单地达成共识, 适用于多用户在同一时间进行交易确认. 该共识算法与传统区块链项目相比能在更短的时间内确认交易, 从而可节省大量的硬件资源, 且提升区块链对交易的处理效率.     

基于有向无环图的高效区块链共识算法

针对传统区块链共识算法存在效率低和大量资源浪费的问题, 提出一种使用基于ID分类的有向无环图数据结构取代传统区块链链式数据结构的算法, 解决了传统区块链项目无法在短时间内确认大量交易的问题. 该算法使用基于ID分类的有向无环图数据结构能更简单地达成共识, 适用于多用户在同一时间进行交易确认. 该共识算法与传统区块链项目相比能在更短的时间内确认交易, 从而可节省大量的硬件资源, 且提升区块链对交易的处理效率.     

基于随机数的区块链共识机制

传统共识机制中所有背书节点参与背书,时间消耗量大,并且存在伪造及操控共识过程的可能性问题,安全性较低。为此,基于可验证随机函数在背书节点候选集中随机抽取背书节点进行背书操作,其他背书节点等候其他交易执行时被随机选举,这种随机方式使背书的过程可以并行化,能有效提升处理效率,减少共识机制的处理时间。基于数学性能分析以及构建Hyperledger fabric模型进行实验验证,结果表明优化后的共识机制交易处理速度更快,延迟时间更低,安全性更高。     

基于位置加权粒子群算法的WSNs能量优化

针对无线传感器网络经典分簇协议Leach存在能量消耗过大的问题,提出了一种基于LEACH的改进协议。该协议采用位置加权粒子群算法结合对惯性权值、学习因子的调整,优化LEACH协议的簇头选择机制,将节点剩余能量、簇间距离及簇头到基站的距离作为适应度函数因素,调节簇及选举簇头。仿真结果表明,改进的协议使整个网络能量消耗达到相对均衡,大大减少了节点能量消耗,从而延长了网络寿命。     

基于PoC共识的区块链可靠存储系统

针对互联网环境下,各行业大量重要数据、文档、视频等电子文件安全存储的问题,提出了基于PoC共识的区块链可靠存储方案。该方案利用区块链去中心化、不可篡改等特点,结合IPFS技术共同实现在公有链上的电子文件可靠存储。对于部分主流共识机制存在的资源浪费、中心化风险的情况,方案引入了容量证明(PoC)共识机制,通过采用PoC的方式,不但具有更低的计算成本和去中心化的特性,还能减少共识带来的能源消耗,实现区块链的有效共识。安全性分析和性能测试表明,本方案能够保证数据的安全、可靠存储及查询,具有较高的运行效率。     

改进的粒子群算法

为了改善基本粒子群算法的搜索性能,针对粒子群算法随机性较强,收敛较慢的问题,提出了基于退火思想的改进的粒子群优化算法,新的算法更有利于粒子发现问题的全局最优解。通过对经典函数的测试计算,验证了方法的正确性和有效性。