实用拜占庭容错算法的改进研究

针对实用拜占庭容错算法(PBFT)存在的通信复杂度高、主节点选取简单、对拜占庭节点缺乏惩罚机制的不足,提出了一种基于节点可靠性评估的改进拜占庭容错算法(reliability-based Byzantine fault tolerant algorithm,RB-PBFT),引入节点基础配置评分机制及信誉评分机制,得到...     

一种可应用于联盟链的拜占庭容错共识算法

针对联盟链应用场景,分析了目前应用最广泛的PBFT（practical Byzantine fault tolerance,实用拜占庭容错）算法中的高通信成本和主节点选取的问题,提出了OBFT（optimistic Byzantine fault tolerance,乐观同步拜占庭容错）算法。首先,针对高通信成本问题,OBFT算法通过动态超时时间实现了乐观同步拜占庭容错,并且结合了PBFT算法中的检查点协议,当触发超时时,说明此时节点处于异步状态,为了实现拜占庭容错,算法切换回部分同步拜占庭容错,即执行PBFT算法的commit阶段,并且以stable checkpoint为新一轮乐观拜占庭容错的起点。其次利用积分制优化了主节点选取过程,保证可供选择的主节点符合区块链最长链原则。最后通过本地多节点仿真实验表明,OBFT算法提升了数据吞吐量和可拓展性,并且有效地降低了交易延迟。     

基于网络自聚类的PBFT算法改进

联盟链是区块链技术在实际行业应用的主要形式,其共识机制多采用实用拜占庭容错算法(PBFr),在节点数量大时共识成功率与共识效率不高,存在扩展性问题.为此,提出一种基于网络自聚类拜占庭容错共识算法NAC-PBFT.利用行业应用中网络结构、系统节点等确知信息,在联盟链审核节点时指定种子节点,再以种子节点为中心自聚类为若干分组,组内通过优化实用拜占庭容错算法选举出代理人,由各组代理人共同完成全局共识.其中,组内选举时,通过定义可信度指标衡量节点作为筛选候选代理人的标准,确保每次选出的代理人具有良好的状态.通过对系统分析与性能测试,NAC-PBFr算法能有效降低消息量,在共识时间、系统吞吐量指标上有更好的表现,具备较好的扩展性.     

BFT问责机制综述

拜占庭容错（Byzantine Fault Tolerance,BFT）协议在保障区块链或分布式系统在面临节点故障和恶意行为时的一致性和可靠性方面发挥着关键作用。BFT问责机制通过记录和共享共识过程中的共识节点行为,旨在识别拜占庭节点,并能够有效解决在拜占庭节点数量超过1/3时,传统的BFT协议无法确保安全性和活性的问题。文章系统地总结了目前已有的BFT问责协议,包括服务端问责机制、客户端问责机制和BFT内嵌问责机制。文章还对这些机制进行比较和分析,探讨了存在的挑战,并展望了未来可能的发展方向。     

基于推荐信任模型改进拜占庭容错共识算法

针对拜占庭容错算法存在通信开销大、节点选取简单、对恶意节点缺乏惩罚机制的问题,提出了一种基于推荐信任模型的改进拜占庭容错共识算法。引入P2P网络下的推荐信任模型,根据节点在共识阶段的行为,计算各节点的全局信任值,使用节点选取机制,解决节点选取简单的问题。全局信任值高的节点进入共识组,恶意节点被踢出共识组不再参与共识,解决恶意节点缺乏惩罚机制的问题。实验表明,R-PBFT较PBFT具有更低的网络开销和更高的容错性。     

分布式WSN系统中的拜占庭故障算法研究

在分布式WSN系统中,簇内有相当多的无线传感器节点,这些节点可能会部署在各种环境中,采用从单个传感器上所获取信息可靠性不高。为了提高系统的可靠性,需要对多个传感器节点采集数据进行综合,这样就可以有效地提高所获得数据的精度和可信度。研究了在系统节点发生拜占庭故障的情况下,利用现有WSN的数据融合方法以及安全系统中的拜占庭将军问题,提出了一种新的基于OM算法与贝叶斯检测算法的容错检测算法,合理而有效的进行数据融合,减小拜占庭故障对系统的影响,从而使所有节点做出一致决定。通过仿真得出该算法可以保证节点决策具有较高一致性的情况下仍有较高的故障节点减少率。     

结合动态信用机制的PBFT算法优化方案

实用拜占庭容错（PBFT）共识算法被广泛应用于金融机构、电子货币行业、农产品溯源等领域,但存在灵活性较差、拜占庭节点处理方式不足、通信开销和网络时延较大等问题。提出基于动态机制与信用积分机制的实用拜占庭容错共识算法DT-PBFT。引入动态加入或退出机制,使集群内的节点可以按需自由加入或退出,增加信用积分机制,通过分层机制将节点按可信任程度分为备用主节点层、中间层、警告层和清理层,采用惩罚机制降低节点连续作恶的可能性,以保证从备用主节点层中优先选择最优的主节点,大幅提高共识效率。同时,通过剔除网络清理层中的拜占庭节点,提高算法的运行效率。在此基础上,通过优化一致性协议对共识流程进行改进,减少一轮全网节点信息交互确认流程,从而降低通信开销。实验结果表明,当节点数为22时,相比DGPBFT、DDBFT和PBFT算法,DT-PBFT算法具有较优的灵活性,吞吐量和交易请求有效完成率分别为292 transaction/s和83.4%,CPU利用率为50%,相比PBFT算法,延迟降低了350 ms。     

联盟链中实用拜占庭容错算法的改进

针对实用拜占庭容错算法(PBFT)中存在的通信开销大、算法效率低等问题,结合联盟链特点,提出了一种改进的PBFT算法(score-PBFT,S-PBFT).引入节点评分机制,将节点划分为共识节点、候选节点和预备节点三种类型,并根据节点行为对节点进行动态调整,最大程度上保证共识节点的可靠性.改进了主节点的选举方式,以节点...     

基于实用拜占庭容错的改进的多主节点共识机制

针对实用拜占庭容错（PBFT）共识协议通信复杂度高导致的共识效率低、单一主节点发生故障或存在拜占庭行为时会导致共识过程停止的问题,提出了改进的多主节点实用拜占庭容错（IMPBFT）共识机制。首先,通过节点的共识轮数、存在拜占庭行为的共识轮数以及节点被赋予的优先值,计算出节点的有效共识轮数,再依据有效共识轮数的大小选出多个主节点。其次,对原共识机制进行改进,使所有节点利用改进的机制进行共识。最后,引入流水线来实现IMPBFT共识的并发执行。在进行流水线操作时,不同轮共识的多阶段消息统一签名,并且不再使用固定周期来控制流水线。理论研究和实验结果表明,IMPBFT的多主节点结构相较单一主节点的共识结构更加安全稳定;与平方级通信量的PBFT和信用委托拜占庭容错（CDBFT）共识相比,IMPBFT将通信量降至线性级;在交易吞吐量、扩展性和交易时延方面,IMPBFT的性能要优于PBFT和CDBFT;使用“多阶段消息统一签名、无固定周期”流水线的IMPBFT,比未使用流水线的IMPBFT在交易吞吐量上提高了75.2%。     

基于RTEthernet改进的时钟同步算法

以太网其庞大的网络系统在复杂的环境中存在网络链路延迟,节点时钟的漂移,同步能力差等问题。通过研究RTEthernet协议的起源和工作原理,考虑到影响实时以太网时间同步精密度的时钟拜占庭故障、网络传输延迟和漂移率等三个因素,建立了符合RTEthernet协议的通信模型。对FTA时钟同步算法在故障下时钟同步精密度损失率提升较少的问题进行了研究,引入了滑动窗口技术,提出了容错滑动窗口（Fault-Tolerant Sliding Window, FTSW）算法。容错滑动窗口算法能进一步提高分布式系统在进行时钟同步是对故障节点的容错能力。最后,使用CANoe仿真工具对FTSW算法进行仿真验证, FTSW算法的容错性优于FTA时钟同步算法算法,且在系统（七个节点）中存在两个拜占庭故障的情况下,同步后的精密度损失率降低了7.1%。     

具有监督机制的高效拜占庭容错算法

共识机制作为区块链技术的核心内容,在不同应用领域各有差异。针对联盟链应用场景,应用广泛的实用拜占庭容错（PBFT）算法仍然存在效率及安全性问题,因此从网络模型、共识本质及安全攻击等角度对PBFT算法进行研究,提出了一种高效监督拜占庭容错算法（Efficient Supervised Byzantine Fault Tolerance,ES-BFT）。针对效率问题,ES-BFT算法将节点随机划分为多个节点簇,设置信誉值,通过信誉值从节点簇中选举共识节点、监督节点,尽可能提升共识节点的高效性及可靠性;监督节点对共识节点进行监控,避免了在Global Stabilization Time（GST）开始之前共识节点可能遭遇的系统不协调问题,进一步保证算法的安全性;通过实验表明ES-BFT算法在效率及安全性上较PBFT算法有所提升,并且免疫在GST之前的攻击所导致的系统不协调问题。     

一种WMSNs能量感知QoS路由机制设计

随着对监测数据的要求越来越高,多媒体传感器网络具有广泛的应用前景。由于多媒体信息对QoS的要求比较高和网络对能量的依赖较大,使得无线多媒体网络中QoS问题的研究极具挑战性。从网络层角度提出一种基于能量感知的可靠路由机制,通过充分考虑节点的剩余能量和路径的可靠性,选择相应的路由,从而提高了对网络资源的利用和网络的可靠性。仿真实验显示该机制能有效提高传输的可靠性,降低网络通信开销。     

多接口多信道WMN中的AODV扩展研究?

扩展仿真工具NS2以适应多接口多信道,研究并给出将无线网状网(WMN)中Ad hoc按需距离矢量路由(AODV)协议扩展成多接口多信道路由协议的方法和关键技术,给出在NS2中信道利用率的计算方法和适用于WMN的功率控制方法。仿真实验结果表明,扩展后的AODV能使多接口多信道WMN网络具有较高的吞吐量、信道利用率、投递率和较低的路由开销,提高网络性能。     

多信道无线Mesh网络的多播信道分配算法

无线Mesh网络可用信道和节点接口的缺乏限制了多播树链路的可用带宽,致使网络吞吐量下降。针对该问题,提出支持多播的多信道多接口信道分配算法——LAMCA。该算法能最小化无线Mesh网络的干扰程度,并最大化网络吞吐量。仿真结果表明,与层次信道分配算法LCA相比,该算法在吞吐量性能方面较优。     

无线Mesh网络中混合信道分配算法研究

根据多射频多信道无线Mesh网络的特点,提出一种基于节点干扰的混合信道分配算法。将节点间的链路分为正向链路和反向链路,通过概率模型分析链路干扰,计算节点间链路的权重,建立带权重的有向网络连接图。根据链路权重为节点固定接口分配信道,减小可切换接口在信道改变过程中引起的网络干扰。扩展的NS2仿真结果表明,该算法能有效降低链路干扰,提高网络吞吐量。     

基于Gossip协议的拜占庭共识算法

区块链是一种对等网络的分布式账本系统,具备去中心化、不可篡改、安全可信等特点,因此受到了广泛关注。在区块链系统中,典型的拜占庭错误包括操作错误、网络延迟、系统崩溃、恶意攻击等。现有共识算法不仅对区块链中拜占庭节点的容错能力低,而且对区块链系统的可扩展性差。针对这一问题,文中提出了基于Gossip协议的拜占庭共识算法,使系统可以容忍小于一半的节点为拜占庭节点,能够达到XFT共识算法的容错能力。同时,因为采用了统一的数据结构,所以系统具有更好的可扩展性,并且有利于正确节点识别区块链系统中的恶意节点。在该算法中,提案节点随着区块链长度的变化而转移,系统中所有节点都处于对等的地位,从而避免了单点故障问题,进而使得系统具有更好的动态负载均衡的性能。     

基于蚁群优化的无线传感器网络路由算法

如何在资源受限的无线传感器网络中进行高效的数据路由是无线传感器网络研究的热点之一。基于群智能优化技术的蚁群优化算法被广泛应用于网络路由算法。提出一种无线传感器网络蚁群优化路由算法,能够保持网络的生存时间最长,同时能找到从源节点到基站节点的最短路径;采用的多路数据传输也可提供高效可靠的数据传输,同时考虑节点的能量水平。仿真结果表明:提出的算法延长了无线传感器网络的寿命,实现无线传感器网络在通信过程中快速、节能的路由。     

基于地理信息的航空自组网安全路由算法

地理信息路由是提高航空自组网性能的有效途径,针对地理信息路由安全性无法保证的问题,提出一种适用于高动态网络的安全地理信息路由算法。基于身份的签名和加密实现了节点认证、消息认证及加密传输,保证了地理信息的可靠性和安全性;在下一跳选择时,综合评估节点的位速因子和信任因子,选择最优下一跳。通过进行安全性和计算开销分析,表明该算法有效可行;实验仿真结果表明算法能够显著提高网络性能和安全性。     

非结构化P2P网络中基于节点的MQR算法设计与实现

在非结构化P2P搜索中,由于缺少全局性的管理机制,网络节点无法获得整个网络的拓扑结构及目标数据的定位信息,因此查询消息的路由过程具有较高的随机性,不仅查询性能低,而且宽带消耗大。为在有效控制网络冗余消息规模的同时提高数据的搜索范围,在分析现有2类典型非结构化P2P路由算法的基础上,提出一种基于节点的MQR算法。利用网络节点的状态信息及搜索过程中查询消息的TTL值状态信息,从数据的搜索范围与网络使用情况2个方面来提高非结构化P2P网络搜索性能。仿真实验结果表明,与传统的P2P路由算法APS和Random Walk相比,该算法在搜索准确率、网络利用率及召回率方面有更好的表现。