区块链共识算法研究综述

区块链已广泛应用于货币金融、通信网络、信息安全、物联网、电力运行管理和社会职能管理等多个领域,但依然存在许多急需解决的问题。共识算法是区块链的核心技术之一,是区块链各节点达成一致性最为重要的底层技术,是解决区块链吞吐量太小、通信存在延迟等一系列问题的关键技术,是区块链安全运行的重要保证。文中基于区块链共识算法的设计原理,主要介绍了区块链的构成、分类、架构、上链、节点处理流程及存在的问题,重点阐述了现有PoW、PoS、DPoS、PBFT、Raft、Paxos、Ripple等共识算法设计思路、共识理论及流程,对共识算法中的共性问题,即算法优化、算法效果进行了综合概述和分析,并对区块链共识算法研究进行了展望,希望开发出更加高效、安全的共识算法。     

基于动态分组的主流区块链PoS共识算法研究

共识算法是区块链技术的核心,其应用直接关系到该技术的上链质量和效率。在共识算法中,一旦权益最高的节点出现问题,容易造成上链停滞。为此,研究了基于动态分组的主流区块链PoS共识算法。选择节点影响因素并进行量化和标准化,利用层次分析法计算每个节点影响因素的权重,将影响因素量化值与权重相乘得到节点重要性,通过与阈值对比,实现节点的动态分组。将分组结果加入PoS机制中,对区块数据打包,在见证人节点的广播下,获得其他节点的共识,完成区块认证和上链。结果表明：在所研究算法应用下,资源消耗量更小、容错概率更大、共识时延更少,能够有效提高区块链技术的应用效果。     

基于节点可信度的改进PBFT算法

本文主要是对区块链的核心技术—共识算法进行深入了解,在联盟链中难以避免会有恶意节点的存在,在节点达成共识的过程中,恶意节点将会散布不实信息,影响数据的一致性。本文对区块链防作弊技术进行研究,提出了一种基于节点可信度的NRPBFT(node-reliability-based PBFT consensus algorithm)共识算法,利用节点的可信度将所有的节点分成普通节点和共识节点,提高了共识的效率,降低了主节点作恶的可能性。     

面向车联网异构节点的区块链高效一致性共识算法研究

车联网异构节点由于其性能差异大、具有移动性等原因会造成区块链共识算法交易吞吐率低、交易时延较大等问题,该文提出面向车联网异构节点的区块链高效一致性共识算法(ECCA).首先,在ECCA中,考虑由验证节点、一般节点和恶意节点组成的车联网异构节点,提出一种信用等级机制,实现信用等级划分和3类异构节点的划分.其次,提出一种跨...     

基于分布式区块链的能源共享网络处理模型设计

针对分布式能源交易过程中数据传输的安全问题,开展了基于分布式区块链技术的能源共享网络处理模型设计研究。在分析能源共享网络架构的基础上,构建分布式区块链平台架构,其包括基础层、区块链层、合约层、数据层与应用层共五层结构。同时基于信用评价的能源共享网络处理算法,对记账节点、验证节点及轻节点等三类节点功能特性的差异,提出了相应的信用评价方法。将信用评估结果应用于能源共享网络的处理过程中,并在传统共识算法上加以改进。通过搭建分布式区块链仿真平台进行验证分析的结果表明,所提算法能够有效抑制恶意篡改及攻击行为,以保障系统的安全性,且减少验证转发的节点数,从而提高系统验证的效率。     

基于区块链技术的安全频谱感知算法

在认知无线电网络中,为提升安全性能和感知效率,提出了一种基于区块链技术的安 全频谱感知算法。该算法先对感知节点的可靠度进行评估,通过评估算法得到节点的初始信 赖值,并以初始信赖值为基数,融合中心会依据环境的变化对节点的信赖值定期更新。更新 后的信赖值存储在区块链的管理中心,区块链的管理中心对节点信息加密,一个节点与其自 身信赖值构成一一映射。认知无线电网络执行频谱感知时,融合中心选择信赖值高的有限个 节点参与协作感知,这可在提升感知准确度的同时降低能量开销,并增强认知无线电网络的 鲁棒性。仿真实验结果表明本文中的感知算法性能远优于传统算法,在相同实验条件下,感 知准确度提升5%,能耗降低了12%,极大增强了认知网络的鲁棒性和 频谱感知的安全性。     

基于图神经网络的账户余额模型区块链地址分类方法

为了监管账户余额模型公链上的交易,有必要对该类区块链上的交易进行地址分类研究。基于此,提出了一种基于图神经网络的账户余额模型区块链地址分类方法（简称AJKGS-ABCM）以实现区块链地址的分类,为区块链交易追踪提供有效的支持。该方法将区块链交易数据建模为图结构,以地址为节点,交易为边,提出AJK-Graph SAGE算法学习图的嵌入表示,模型的输入只需要节点及其采样的邻居节点集合。同时,模型引入注意力机制及跳跃知识结合策略,自适应地为不同层的表示分配权重,并在不同层间共享信息,提高了训练速度和泛化能力。最后进行了实验对比,结果表明该模型在准确度、召回率和F1分数上性能优于其他方法。     

基于区块链高速共识方法的物联网源端数据存储技术研究

针对物联网源端数据在传输过程中易被篡改、可信度低等痛点，结合区块链技术分布式存储、数据可溯源、不可篡改等特性，在传统的物联网数据传输方式的基础上，研究了基于区块链高速共识方法的物联网源端数据存储方式。将区块链共识节点部署在采集侧的区块链物联网关，并使用区块链对采集传感器设备进行身份认证，保证数据只能由经过区块链认证的设备上链，确保数据从源头可信。同时将区块链共识节点部署于服务器机房和物联网采集侧，保证了当采集侧区块链共识节点由于故障断开连接时，区块链网络仍能稳定运行。同时，研究并优化了区块链主节点选举方法和共识方法，以达到提高联盟链稳定性和数据传输安全性的目的，实现物联网采集数据从源头到存储全程可信、可控、可溯源。     

基于区块链的白盒化光网络故障检测

针对白盒化通信网设备异常检测问题,提出了基于区块链的白盒化光网络故障检测方案。首先,设计了面向数据收集的区块链架构和基于区块链的数据收集与存储方案;然后,又设计了基于自编码器的数据异常检测算法;最后,将自编码器模型部署至区块链共识设备中,形成完整的基于区块链的异常检测机制。实验结果表明：在不同设备的采集数据下,所提方案可以快速实现数据上链存储,且能准确、快速地识别设备的异常数据,实现网络设备的实时异常检测。     

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。     

基于区块链的供应链溯源系统设计与实现

互联网购物发展日益迅速,商品的可信溯源愈受社会重视,然而,在传统的中心化供应链溯源管理模式中,链主的权益过大,需要供应链成员对链主绝对信任。同时,链主的管理能力和经济实力给供应链的工作效率设定了"天花板",难以发挥供应链最大的潜力。为解决上述问题,本文利用区块链防篡改、安全性高、可溯源等几大优势,设计了基于区块链的供应链溯源系统。具体而言,使用了基于Websocket的P2P网络,来实现节点间的长连接和数据传输;简化了PBFT算法适用于供应链,保证在对新区块的验证前提下缩短算法流程,并提高共识速度;设计适用于供应链交易的链式结构,方便区块链的信息存储和溯源;实现基于区块链的可信溯源,对商品实现从原料供应商到客户整个链的溯源。     

基于信用等级划分的医疗数据安全共识算法

在基于区块链的医疗数据共享系统中为防御恶意节点攻击并且提高共识效率,该文提出基于信用等级划分的医疗数据安全共识算法(SCA_MD).首先,在SCA_MD中,考虑由数据节点、共识节点和监管节点组成的医疗区块共识模型,提出相应的节点身份验证机制,实现快速验证.其次,提出基于海洋掠食者的自我优化信用等级划分算法(SCRD),...     

区块链技术在物联网安全相关领域的研究

区块链是数字货币--比特币的底层技术.区块链是由节点参与的分布式数据库系统,具有去中心化、不可伪造的特点,受到了金融世界的高度重视.本文从区块链技术的技术架构、关键技术等方面阐述了区块链技术在网络安全方面的优势,提出了区块链应用于物联网安全的思考,旨在对区块链技术在物联网安全相关领域的研究提供帮助.     

基于联盟区块链的高效性能优化中间件研究

区块链已成为现代甚至未来众多应用程序中最具吸引力的技术之一.目前Fabric是实现企业级区块链的开源联盟区块链,其性能的不足一直是区块链的瓶颈,其大规模数据运行的性能并不理想,本论文对区块链进行区块交易解析并设计了一种多链架构,基于HASH取模算法和Merkle Tree从交易到查询研究设计了页面与区块链的一致性验证的...     

网络共识区块链模型构建与实现

针对B/S架构以服务器作为中心存在安全隐患的问题,提出一种真实网络环境下共识区块链方案.方案基于网络中存在的多个节点,利用区块链去中心化机制存储交易数据,利用共识机制完成记账权校验.为了保护交易数据的隐私,方案对交易数据进行了哈希加密运算,同时,为了解决网络中不同节点数据同步的问题,根据最长区块链来更新网络中的节点.为...     

未来已来：区块链技术在智慧法院建设中的运用前景探析

作为继云计算、大数据、移动互联网等信息技术后的又一技术创新,区块链技术是一种利用分布式节点共识算法来验证、存储、更新数据的去中心化计算范式,具有去中心化、去信任化、匿名化、难以篡改等特性。区块链技术在司法领域内的运用,是现代科技发展与智慧法院建设需要的必然产物。区块链技术作为一种颠覆性的高新科技,在为人民法院带来便捷高效、保密性强、去中心化、降低司法成本等优势的同时,在现实应用中也面临其技术本身缺陷和法律合规陷阱。从鼓励技术创新视角出发,应当借鉴国内外最新发展实践成果,多管齐下,力求适应区块链技术发展的需要,从而合理规范区块链技术的健康发展,促进智慧法院建设。     

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。     

基于区块链的网络安全技术研究

区块链以其特有的安全性而在网络安全领域广泛应用,然而,对其网络安全漏洞的进一步研究往往被忽视.因此,文章立足区块链技术原理,深入分析了区块链技术在网络安全领域的应用,结合基于区块链的网络安全威胁,系统研究了基于区块链的网络安全保护技术,以期为更好地促进区块链架构优化与安全算法改进建言献策.     

基于属性密码体制的区块链安全技术研究进展

区块链是一种集合了分布式存储、点对点传输、共识机制、密码学算法和智能合约等关键技术的分布式账本,具有去中心化、不可篡改、透明化等特性.近年来区块链技术的安全性问题逐渐显露,阻碍了区块链应用的发展.本文介绍了区块链的基本概念与安全模型,分析了区块链的安全性问题;然后,基于属性密码体制,从访问控制、密钥管理、数据隐私保护这...     

基于区块链的SDN物联网部署安全

与传统互联网相比,由于基于SDN的物联网覆盖面更广、连接的设备更多、传输的数据更复杂等原因,还存在很多安全方面的技术挑战。提出了在SDN物联网中加入一个基于区块链的安全层作为安全网关,对进入物联网的数据进行一次性的精确验证,各安全网关作为平等的区块链节点加入区块链系统,结合区块链系统的可追踪和不可篡改性,提高了SDN物联网部署的安全性能和效率。