基于贡献值和信誉度的区块链共识机制

目前工作量证明（PoW）共识机制存在节点资源消耗过大和算力不平衡等问题,针对以上缺陷,提出了一种基于贡献值和信誉度证明（PoCaC）的区块链共识机制。首先,动态调整哈希计算的目标难度值,减少计算随机数的时间和电力;其次,引入贡献值、信誉度和奖惩机制,为每个节点赋予贡献值和信誉度,在规定时间内,计算出随机数的节点,均获得贡献值奖励,根据节点行为增加或者扣除信誉度;最后,考虑节点计算随机数时间,由贡献值、信誉度和计算时间三者计算权重得到最终值fValue,fValue最大的节点获得打包记账权。搭建了基于PoCaC共识机制区块链,节点的记账权次数的方差为5.67,与PoW相比,PoCaC的共识时间减少了90%,数据吞吐量提高了10倍。实验结果表明,PoCaC不但能够提升区块出块速度、减少算力浪费和平衡节点记账权竞争,而且提高了节点维护区块链系统的积极性,增强了节点对恶意行为的抵抗性,保障了系统安全性。     

区块链的共识机制研究

[目的]为了更好地解决区块链点对点的通信过程中账本一致性问题.[文献范围]主要从知网、ACM、CCS等参考了四十余篇研究区块链、智能合约技术以及各种共识机制的文献.[方法]分析比较了较常见的共识算法的优缺点,进而说明了各种共识机制的应用场景,介绍了共识机制最新的研究成果并进行了比较.[结果]可见每种共识机制都有自己的优...     

区块链共识机制中随机性研究

随着区块链技术的发展,共识机制越来越受到关注.在大量共识机制中占据重要地位的随机数获取协议,也成为共识机制的一个核心子协议.本文主要围绕现有的几个基于随机性协议的主流共识机制,介绍了随机性的相关概念以及共识机制中随机性所用到的密码学原语.首先介绍几类简单的协议并分别指出它们的不足,然后重点介绍了主流共识机制中的随机数都...     

面向物联网的区块链共识机制综述

随着数字货币的不断发展,区块链技术引起越来越多人的关注,而对其关键技术共识机制的研究尤为重要.将区块链技术应用在物联网(IoT)中是目前研究的热点问题之一.共识机制是区块链的核心技术之一,其在去中心化程度、交易处理速度、交易确认延迟、安全性以及可扩展性等方面对IoT产生了重要影响.首先对IoT的体系结构特征以及资源受限...     

VC Chain:联盟式音视频版权区块链系统

随着音视频产业的飞速发展,音视频作品的版权保护越来越受到人们的关注。传统数字版权系统的中心化管理导致的版权数据易泄露、易被篡改等弊端成为音视频版权保护的难题。在出现侵权和版权纠纷时如何利用技术手段确权成为问题的关键。为此,提出一种基于改进实用拜占庭容错算法(PBFT)的联盟式音视频版权区块链系统(VC Chain)。该系统防止了版权数据泄露或被恶意篡改,利用密码学技术提供更加可靠的数字版权确权与溯源过程,提高数字版权管理的安全性。实验结果表明,改进后的新共识算法使系统在共识速度与数据通信次数方面得到了优化。最后,指出了数字版权管理面临的问题,并给出了该系统针对这些问题的解决方案。     

针对主从多链的区块链集成共识机制研究

区块链技术作为数字货币的基础,实现了去中心化环境下的信任建立与价值传递.随着区块链技术在众多应用领域的深入,区块链所承载的数字资产呈现多元化、复杂化,信息数量的急速增长对区块链的性能提出了更高的要求.采用多链、跨链等技术的主从多链模型,缓解了传统单链模型的性能瓶颈,但现有的共识机制无法适用于主从多链.为此提出一种包含个...     

几种典型区块链共识机制的安全性分析

区块链技术源于比特币的出现,随着比特币和其他数字货币在金融市场的火爆,区块链技术得到了各界的广泛关注。共识机制是区块链技术的核心,区块链上的账本和数据都是共识机制的产物,一旦共识机制的安全性出现问题,区块链的可用性和信用度都将受到严重的打击。本文从共识机制的安全性出发,首先介绍区块链和共识机制的概念,然后对3种典型的区块链共识机制进行对比分析：通过逐一研究针对3种共识机制的攻击方法,对它们的一致性和敌手模型进行对比。最后,指出了目前区块链共识机制安全性分析上的局限性,并明确了未来研究共识机制安全性的方向。     

基于区块链技术的数字版权交易规则分析

如今区块链技术与版权交易领域的结合越来越紧密,学界对此的研究也越来越深入。但区块链数字版权交易平台在现阶段出现了很多问题,不仅不能很好地达到交易性,而且技术本身的局限性限制了数字版权作品在平台的交易。应发挥国家战略指导的重大作用,更好地推动区块链技术在数字版权领域的应用发展:一方面应制定完善相关法律,另一方面应发挥产学研相结合,不断突破、不断创新,这将对数字版权交易产生积极意义。     

带有预验证机制的区块链动态共识算法

委员会共识和混合共识通过选举委员会来代替全网节点完成区块验证, 可有效加快共识速度, 提高吞吐量, 但恶意攻击和收买易导致委员会发生腐败问题, 严重时将影响共识结果甚至造成系统瘫痪. 现有工作虽引入信誉机制降低委员会节点腐败的可能性, 但开销大、可信度低且无法降低腐败问题对系统的影响. 提出一种带有预验证机制的区块链动态共识算法(DBCP), 通过预验证机制在较小开销的前提下对委员会进行可靠的信誉评估, 及时淘汰委员会中的恶意节点. 若腐败问题已影响到共识结果, DBCP会通过动态共识将区块验证权转移到全网节点, 并淘汰给出错误意见的委员会节点, 避免系统瘫痪. 若委员会通过迭代达到高可信状态, 则DBCP会将区块验证权交由委员会, 全网节点将认同委员会的共识结果, 并不再对区块进行验证, 进而加快共识速度. 经实验验证, DBCP的吞吐量与比特币相比提升了两个数量级, 且与Byzcoin相近, 可在一个出块周期内快速应对委员会腐败问题, 安全性优于Byzcoin.     

区块链核心技术演进之路——共识机制演进(1)

介绍区块链共识机制的基本功能,阐述工作量证明(Proof-of-Work,POW)和权益证明(Proof-of-Stake,POS)的基本原理,对比分析两种共识机制的优缺点——POW机制简单、安全,但浪费能源;POS机制环保、共识快,但其安全性缺乏严格的数学证明。     

面向车联网切片的区块链辅助资源交易方法

5G车联网差异化的服务质量(Quality of Service, QoS)需求需要网络切片技术的辅助和多运营商协作提供资源.然而,多方参与下的车联网切片资源提供往往伴随着不信任、欺骗性攻击等问题.针对这些问题,本文提出一种基于区块链的5G车联网切片资源交易框架,目的是构建安全可信、可追溯的车联网资源交易生态.首先,设计一种基于智能合约的分布式资源交易方法,保证交易的公平性和隐私安全.然后,探索一种基于VCG拍卖的信誉评估机制,在资源交易者选择时作为参考.最后,开发一种信用感知的实用拜占庭式容错(Practical Byzantine Fault Tolerance, PBFT)共识机制.安全性分析和仿真结果表明,提出的方法可以实现安全可信的资源交易,提高节点运行效率,并且降低恶意节点参与共识的概率.     

区块链共识算法演进过程

基于比特币技术衍生出了大量虚拟货币,其主要特点是对于比特币共识算法的优化和共识算法模式的变革。为研究共识算法演化历程,以比特币共识机制作为切入点,从源代码层级解析了比特币共识算法工作量证明（proof of work,POW）的工作原理及其优缺点,同时分析了比特币演进产生的以太坊共识算法。在理论探讨后,利用洛伦兹曲线及基尼系数评价比特币、以太坊共识机制的实际去中心化效果;并介绍了权益证明（proof of stake,POS）、股份授权证明机制（delegated proof of stake,DPOS）、实用拜占庭容错算法（practical Byzantine fault tolerance,PBFT）的演进过程及算法原理。最后,从共识算法去中心化能力、激励机制、处理效率、分布式安全性等方面进行了比较,得到了共识算法得分表及得分雷达图,以期为未来不同场景、不同需求的区块链应用提供共识算法分析标准。     

实用拜占庭容错共识算法的奖惩机制优化研究

联盟链是农业溯源行业的首选区块链方案,针对其核心共识机制实用拜占庭容错共识算法（PBFT）存在的共识安全性低、主节点出错概率大、通信开销大等问题,通过引入奖惩机制以及分组共识机制,提出了基于奖惩机制的改进实用拜占庭容错共识算法。把节点划分为4类,制定节点信誉规则,增强节点主动性,减少拜占庭节点的参与;剔除作恶节点参与共识资格,统计其余节点信誉值及票数,动态筛选信誉良好节点作为共识节点,并依据最高信誉值规则选取主节点,从而提升共识安全、降低拜占庭节点当选主节点概率;以PBFT共识为基础,将共识过程简化为组内共识及全局共识两个阶段,并基于最少广播消息数提出最优分组,缓解共识节点数目增多导致通信量过大的问题。实验结果表明,该方案能够有效抑制拜占庭节点,提升共识安全性能,降低共识成本。     

授权股份证明共识机制的改进方案

针对授权股份证明（DPoS）机制中存在的节点投票积极性不高及如何降低恶意节点被选举为代表节点的概率等问题,提出了一种基于奖励机制和信用机制的改进方案。奖励机制规定代表节点所得的交易费要与为它投票的节点所共享,并提出一种改进的收益分配算法合理分配各节点所得的权益;信用机制为节点设置信誉值和状态,并通过优化投票结果的计算方式加大恶意节点成为代表节点的难度。在以太坊平台上搭建了测试区块链对改进方案进行了实验分析,结果表明该改进方案能够降低恶意节点选举成功的概率,提高了系统的安全性。     

一种基于双链的区块链共识机制

共识机制是区块链系统的核心技术,目前针对“非币”区块链系统提出的基于贡献值证明与工作量证明(Po C+Po W)的共识机制存在共识效率较低、可靠性和安全性不高、算力消耗大的缺点。提出一种新的基于双链的共识机制CON＿DC＿PBFT。在该共识机制中设计一种业务链-系统链双链结构,将贡献值等系统数据和主要业务数据分离到双链中各自完成共识处理,双链的共识表现为半独立的形式,业务链共识消息流受系统链监督协调,并且系统链根据贡献值随机指定业务链的记账节点,双链的分工与协同实现并行化和流水化,改善共识的效率。由于贡献值数据不能被轻易获取,通过拜占庭通信机制和节点随机选择算法,降低节点遭受攻击和系统停滞的风险。通过实验综合分析出块选择概率、单点故障率、节点数、区块传输速率、CPU使用率对共识机制的性能影响,结果表明,与Po C+Po W机制相比,CON＿DC＿PBFT共识机制节省了50%以上内存、存储资源占用,在综合共识时延上有30%以上的改善。     

基于动态信任的区块链激励共识机制研究

针对实用拜占庭容错(PBFT)共识机制中主节点可能出错导致大量通信资源浪费的问题,提出一种基于信任动态激励的共识机制优化方案ITPBFT(incentive trust-PBFT).利用信任评价模型对系统内节点的共识行为进行评价,添加动态激励机制,引入节点等级机制,选取信任度高的节点作为主节点.通过对优化方案进行仿真实验和分析,验证了该机制可以有效提高共识机制的容错能力、降低共识的时间、提高系统的吞吐量并提高网络波动时的稳定性和可恢复性.该优化机制可有效提高共识的效率,避免通信资源的浪费.     

基于区块链的数字版权交易系统

在当前数字化、网络化时代中,数字版权交易需求越来越大,传统的中心化版权保护系统存在注册成本高、作品受理时间长、容易遭受破坏者的篡改等问题。区块链技术作为一个以P2P网络为基础,以密码技术为核心的去中心化网络结构,能够在网络上以纯数学方法建立信任关系,无需依托中间平台就能够缓解上述问题。借助区块链技术的自我监管、可追溯、去中心化的特性,结合数字版权交易场景,设计了一个基于联盟链的数字版权交易系统模型,利用当前 IBM 提供的最新联盟链技术,做了版权注册和版权交易的实现,能够保证版权信息不可篡改性和可溯源性。最后,测试了链码部署安装时间。结果表明,系统安装简单,维护成本低。相比传统的基于可信第三方版权认证机制,基于区块链的数字版权交易系统注册时间短,无需注册费,具有更好的架构安全性和可扩展性。     

区块链共识协议综述

共识协议作为区块链的核心技术,近年来已经得到学术界和产业界的广泛重视,并取得了一系列研究成果.当前,关于共识协议的综述研究一般将共识协议作为整体进行比较分析,缺乏对共识协议中主要步骤的解耦与比较.将共识协议分为出块节点选举和主链共识两个主要步骤,并针对每个步骤进行协议间的分析比较.在出块节点选举部分,主要讨论工作量证明...