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。     

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),...     

基于信誉分类的拜占庭容错共识算法

针对许可区块链场景下实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance, PBFT)共识算法通信开销大、主节点选取随意以及吞吐量低等问题,通过引入并优化信誉评分模型(Reputation Scoring Model, RSM)。提出了一种基于信誉分类的拜占庭容错(Byzantine Fault Tolerance Based on Reputation Classification, RCBFT)共识算法。定义RSM,依据节点的历史共识行为所获得的信誉评分排序对参与节点进行动态分类以及分级管理,提出基于信誉分类的多层次节点架构;在可信节点层中随机选取节点来担任主节点,优化主节点选取机制;设计了缓冲节点层类型转换策略(Type Conversion Strategy for Nodes, TCSN),兼顾了环境等非主观因素导致低信誉评分的诚实节点不能参与共识的问题,使得诚实节点尽可能多地参与共识,而拜占庭节点快速下降到最差类型中限制共识权限;RCBFT共识算法还对传统三阶段共识协议进行优化,减少通信开销,在确保容错性的同时能够提高算法性能。实验分析表明...     

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...     

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。     

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...     

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。     

面向数字孪生边缘网络的区块链分片及资源自适应优化机制

为了解决数字孪生边缘网络数据共享面临的隐私和安全问题,提出一种基于区块链分片的数字孪生边缘网络数据安全共享机制。考虑动态时变的数字孪生边缘网络和边缘网络孪生模型与物理网络映射误差,建立联合多播簇头选择、本地基站（BS）共识接入选择、频谱和计算共识资源分配的自适应资源优化模型,实现最大化区块链分片交易吞吐量的目标。在数字孪生边缘网络环境下,提出双层近端策略优化（PPO）算法,求解自适应资源优化问题。仿真结果表明,所提算法可以有效改善区块链分片交易吞吐量。同时,在适应映射误差方面优于传统深度强化学习算法。     

一种用于AdHoc网络的协同MAC协议

基于IEEE802．11 DCF模型,利用协同分集技术,提出了一种适用于AdHoc网络的协同MAC协议。此协议在目的节点实时选择传输模式和协同节点,可有效减小节点移动和信道变化对网络性能产生的影响。同时,利用分集技术,对源节点和协同节点的数据信号进行最大比合并（MRC）,可有效提高系统的可靠性。仿真结果表明,在文中的仿真条件下,和传统IEEE802．11DCF协议相比,该协议在系统分组递交率和延迟性能上分别提高了20％和50％。     

基于最长有效功能序列的服务功能链部署算法

服务功能链的服务性能取决于功能的部署位置和数据传输路径的选择。针对资源有限的网络中的服务功能链部署问题,该文设计了一种基于最长有效功能序列(LEFS)的服务功能链部署算法,以功能复用和带宽需求联合优化为目标,在控制路径长度的同时根据LEFS逐步搜索中继节点,直至满足服务请求。仿真结果表明,该算法能够均衡网络资源,同时优化网络的功能部署率和带宽利用率,与其他算法相比,网络资源利用率降低了10%,可以支持更多的服务请求,且算法计算复杂度低,可以实现对服务请求的快速响应。     

无线传感器网络中基于PEGASIS协议的改进算法

 作为能量有效、基于链状结构的路由协议的典型代表,PEGASIS协议存在三个方面的不足,一是链的生成算法会导致相邻节点间产生长链;二是链头节点选取方法会导致节点间能量消耗不均衡;三是链头节点重选频率增加了通信开销.本文基于PEGASIS提出了一种新算法,新算法通过引入距离门限避免相邻节点间产生长链;通过综合考虑节点剩余能量以及节点到基站的距离来选取链头节点;通过降低链头节点重选频率来节省通信开销.分析和仿真结果表明,在未增加算法复杂度的情况下,新算法在平衡节点能耗和延长网络寿命方面比PEGASIS算法具有更优越的性能.     

基于条件代理重加密的区块链医疗数据共享模型

医疗数据具有较高的私密性和敏感性，然而以往的医疗数据共享过程中往往采取中心化的集中式存储，这带来了数据隐私泄露和非法篡改的风险。针对上述问题，文中将区块链和代理重加密技术结合起来，提出基于条件代理重加密的区块链医疗数据共享模型。各级医院组成联盟区块链，采用改进的实用拜占庭共识机制选取代理节点，提高了节点达成共识的效率。借助于云服务器海量的存储能力，将患者的医疗数据存储在云服务器，联盟区块链中保存条件摘要密文，数据请求者在联盟链上进行条件搜索获取患者医疗数据，同时利用代理重加密技术实现特定数据请求者和第三方用户之间的细粒度共享。实验结果证明，基于条件代理重加密的区块链医疗数据共享模型在通信和计算开销方面更具优势。     

基于LEACH的能量节省路由协议的研究

无线传感器网络由于节点能量的限制,在组网中必须要充分考虑到节点能量的情况,以避免由于节点的能量耗尽,造成网络分割。针对经典无线传感器网络协议LEACH没有考虑节点能量的情况,提出了一种基于LEACH的改进协议。该协议实现了对簇头选择的优化,以及对簇头和基站通信路径的优化。OPNET仿真实验结果表明,该协议能有效地延长网络的生命周期,推迟网络分割的出现。     

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。     

基于临近空间飞行器的区域自组网优化部署算法

该文针对基于临近空间飞行器的新型区域自组织网络,提出一种优化部署方案。采用线性递减权值粒子群算法,对于临近空间飞行器节点,一个粒子代表所有飞行器节点坐标集合,以最大化网络覆盖空间的联合通信覆盖率为目标,进行节点的优化部署。对于地面骨干节点,一个粒子代表一个网络分区内骨干节点坐标,以最多覆盖节点数和最小平均跳数为目标,进行初始化。网络运行过程中根据任务区域内数据业务分布情况,以趋近数据量多、业务优先级高的区域为目标,动态调整更新地面骨干节点位置。仿真结果表明,所提方案能为上层协议的运行提供良好基础,使网络分组投递率、延迟和开销等性能得到改善。     

网络入侵后最优节点通信组网选择技术的研究

网络在受到病毒入侵后,需要进行路由节点的优化通信组网选择,保障网络通信的稳定性和鲁棒性。提出一种基于VMEBus总线轮换调度控制的网络入侵后最优节点通信组网选择技术,结合嵌入式控制技术,进行网络入侵后的节点通信组网选择控制系统的优化设计。通过串口、VXI总线、CAN总线构建人机通信模块,采用时钟同步技术进行通信节点组网的程控控制和自适应组网调控,对环形RAM缓冲区内的恶意节点进行层次化网格调度。系统的硬件模块设计中重点对A/D采样滤波电路、复位电路、时钟触发电路、中央控制电路和外围接口电路等进行设计描述。在嵌入式平台上进行系统的软件开发,实现了网络入侵后最优节点通信组网选择优化控制。仿真结果表明,该系统进行节点通信组网优化部署控制,能提高对网络入侵的抗干扰能力,降低了节点进行网络数据传输的误码率,保障了网络安全。     

无线多媒体传感器网络S-MAC协议的改进与仿真

在无线多媒体传感器网络中,基于竞争的S-MAC协议存在无法使节点的活动时间,根据通信负载动态变化以及节点休眠带来的延迟问题。考虑到WMSNs中的数据流量变化的突发性,为提高网络的时延性能以及吞吐量性能,提出了基于流量负载的动态占空比调整机制(QD-MAC)。针对改进的算法在NS2上进行仿真实验,结果表明,QD-MAC协议不仅能使节点的活动时间适应通信负载的动态变化,还能大幅减少节点休眠带来的延迟。     

基于无证书的多方合同签署协议

线上合同签署在电子商务中日益普及,在互不信任的签署方之间签署一份合同并不是一件简单的事情,各方就合同签署问题提出过许多合同签署协议。其中较多的协议是带有第三方参与的,但是在效率方面并不占优势,且易出现安全问题。现有借助区块链技术取代第三方参与的合同签署协议中,区块链的公开验证对不管是签署方还是待签署合同的敏感信息又发起了挑战。且大多协议针对于双方合同签署,随着签署方数量的增加,协议的通信成本和复杂度都在急剧增加。该文结合现有协议,提出一个高效的多方合同签署协议,协议中通过基于无证书的高效聚合签名方案,用于提高区块链下签署方签名验证效率,在区块链上仅公开签署方的临时密钥以减少系统开销。该协议满足正确性、安全性、公平性、私密性以及高效性。