DPoS共识机制改进的演化博弈及策略研究

基于演化博弈将监察机制与奖惩制度引入授权股份证明（delegated proof of stake,DPoS）共识机制,构建以代理节点、投票节点、监管节点为主体的三方演化博弈模型;分析共识方案改进前后节点的行为策略选择变化,在不同奖惩力度和惩罚因子下节点行为策略的演化趋势,并用Matlab仿真。研究结果表明：（1）改进方案能遏制恶意节点的合谋行为并提高投票节点的积极性;（2）奖惩力度能影响节点行为策略;（3）惩罚因子可以影响节点行为趋向稳定点的速度。     

委托权益证明共识机制的改进方案

针对委托权益证明（DPoS）共识机制由于投票不积极和选举周期过长造成的恶意节点剔除不及时的问题，提出了一种基于熔断机制、信用机制和备用见证人节点的DPoS共识机制改进方案。首先，引入熔断机制，提供了反对票功能，加快踢出作恶节点；其次，引入信用机制，为节点设置信用分数和信用等级，通过监测节点行为来动态调整节点信用分数和等级，加大作恶节点获得票数的难度；最后，加入备用见证人节点列表，及时填补因为节点作恶被撤销见证权后出现的空缺。搭建了基于本改进方案的测试区块链系统，通过实验验证改进方案的可用性和有效性。实验结果表明，采用改进后的DPoS共识机制的区块链可及时剔除作恶节点，适用于大多数场景的应用。     

委托股权证明共识机制的改进研究

针对委托股权证明（Delegated Proof of Stake,DPoS）共识机制系统中节点活跃度不高、错误节点剔除不及时、记账收益分配不合理等问题,提出了一种改进方案。改进方案主要改进了DPoS的计票机制和激励机制。改进的计票机制将节点的更多信息纳入了计票范围,使得选票能够更全面地反映节点的信用情况。根据节点的投票记录,动态调整节点选票的权重加快错误节点的剔除。对于激励机制的改进分为投票激励和记账激励两个部分,投票激励针对所有参与共识的节点给予相应的激励,激励系统中的节点积极参与投票。记账激励是根据博弈论中的权利指数来对收益进行二次分配,使得分配机制更为合理,有利于降低了系统的中心化趋势。通过实验验证了改进方案的有效性。     

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...     

基于工作量证明和权益证明改进的区块链共识机制

当前区块链工作量证明（PoW）机制浪费大量算力和电力的缺陷日益凸显,而权益证明（PoS）机制由于无成本权益以及权益无限增长容易产生分叉和富者愈富问题,不能保证区块链的稳定性。针对二者的缺陷,提出了一种基于PoW和PoS改进的区块链共识机制PoWaS。首先,降低哈希计算的难度并限制最大难度值,以减少寻找随机数所花费的算力和电力资源;其次,为有效持币时间和币龄设置上限,防止由于币龄无限增长而带来的富者无限富的问题;然后,引入信用值的概念,为每个节点赋予一个信用值,并根据节点行为升降信用值;最后,加入竞争等待时间,由寻找随机数所花费的时间、币龄和信用值计算得到一个值pStake,而pStake最大的节点获得打包记账权。实验搭建了一个拥有6个节点的PoWaS共识机制区块链,实验结果表明PoWaS可以减少算力浪费、加快出块速度和平衡记账权竞争。     

基于动态授权的信任度证明机制

提出一种基于动态授权的信任证明机制（proof of trust,简称PoT）,并在该机制的基础上修正了现有区块生成策略中存在的诸如权益粉碎攻击和贿赂攻击等问题.PoT将网络中的节点分为矿工节点和基本权益代表（stakeholder）节点,根据节点参与创建区块的行为赋予其相应的信任度,stakeholder节点对区块进行签名操作并赋予区块信任度,最终根据区块所获得信任度权重竞争上链.同时,还针对贿赂攻击和常见的权益累积攻击的攻击成本以及系统对于攻击的反应进行了分析.仿真实验的结果表明,PoT机制在应对权益粉碎攻击、贿赂攻击以及权益累积攻击方面相比于传统权益证明机制有着显著优势.     

基于动态加权选举的委托权益证明共识机制改进

面向委托权益证明共识机制中用户节点缺乏积极性、节点窜谋、难以抑制恶意节点出现、中心化风险变高等缺陷,提出了一种基于动态加权选举的委托权益证明共识机制改进方案.首先,针对用户节点建立奖惩机制以激励用户参与选举活动,同时引入用户节点地址聚类算法以发现具有相似投票行为的用户节点,限制用户节点的不良投票行为.使用改进熵权法对每一轮候选节点的特征动态计算权值,再利用优劣解距离算法结合用户节点的投票情况对候选节点进行排序,使选举结果更为合理.随后,在区块生产过程中动态调整生产节点的生产顺序以避免中心化风险.最终通过仿真模拟验证了所提改进方案的可行性与有效性,结果表明,所提方案能在激励用户节点的同时限制节点的不良行为,有效降低恶意节点出现的概率并避免中心化风险.     

一种改进PBFT算法作为以太坊共识机制的研究与实现

针对以太坊中PoW(Proof of Work)共识机制在联盟链场景下表现出的由于算力竞争造成的资源浪费和不可靠问题,提出了采用PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)算法作为以太坊共识机制,并结合以太坊结构对PBFT算法进行改进。改进PBFT算法中,检查点协议取消了定时检查清除证书的过程,节点同步过程采用向其他节点索要区块并校验的方式完成同步;视图切换协议在结合区块生成协议的基础上,采用超时机制进行视图切换。实验结果说明采用改进PBFT的以太坊适用于联盟链场景中,可以在很大程度上减少算力开销,并在一定程度上减少网络上的数据传输量。     

面向版权授权交易的区块链共识机制

为实现安全高效的版权授权交易,使原创版权作品得到有效保护。针对区块链技术中的共识机制加以改进,提出一种适应可信版权登记与授权交易场景的DPOS共识机制改进方法。基于信用值和币龄进行设计,采用CES生产函数模型对节点可信程度进行衡量,减少作恶节点当选代表节点的概率;通过基于混合同余算法的随机出块策略和新型区块合法性验证策略,实现区块可信的产生与验证过程,增强共识算法安全性;增加基于出块时间的信用值奖惩机制,增大网络带宽与节点性能更好的节点成为出块节点的概率,提升系统效率。实验结果表明,改进方案可以全面提升区块链系统的安全性和效率,有效应用在版权交易领域,实现可信的版权授权交易。     

基于“奖励制度”的DPoS共识机制改进

共识机制是区块链技术的核心。授权股权证明(Delegated Proof-of-Stake,DPoS)作为一种共识机制,其中每个节点都能够自主决定其信任的授权节点,从而实现快速共识验证。但DPoS机制仍然存在着节点投票不积极以及节点腐败的安全问题。针对这两个问题,文中提出了基于奖励的DPoS改进方案,投票奖励用以激励节点积极参与投票,举报奖励用以激励节点积极举报贿赂节点。Matlab仿真结果表明,投票奖励方法的引入提高了节点投票的积极性。与原始DPoS共识机制下投票节点数占比45%～50%相比,两种投票奖励方法使得参与投票节点数占比分别增加至65%～70%以及55%～60%。相比原始DPoS共识机制下不接受贿赂节点占比会随着恶意节点贿赂力度的加大而不断减少的情况,举报奖励方法的引入使得选择举报节点的占比出现了明显增加,在投票轮数为20的情况下,选择举报节点的总占比可以增至54%。实验结果表明,奖励制度的引入不但能够提高节点投票的积极性,而且增强了普通节点对恶意节点的贿赂抵抗性,使恶意节点成"代理人节点"的概率变小,保障了网络安全性。     

基于综合选举的DPoS共识算法

区块链技术是一种信任机制,具有去中心化、防篡改、可追溯的特性。共识算法是区块链核心技术之一,可维持区块链网络的运行,相较于工作量证明、权益证明等其他公有链共识算法,股份授权证明（DPoS）共识算法具有低延时、高吞吐量、几乎不分叉等优势。但由于按股份权重进行投票选举,选取的委托人总是持币量大的节点,导致其余节点出现投票政治冷漠性的情况,同时节点出块顺序随机,增大了节点通信的消耗。针对上述问题,提出一种综合选举算法CE-DPoS,该算法通过节点之间的通信消耗预先设定网络信息表,根据节点的意愿权重进行投票,投票后计算每个节点的最终得分。选择所有节点中分数最高的节点作为第一个委托人节点,再从该节点的网络信息表中选择得分最高的节点作为第二个委托人节点,直至选定委托人节点数达到系统规定。仿真实验结果表明,与DPoS、BFT-DPoS共识算法相比,CE-DPoS共识算法能动态地选择委托人节点,节点之间选举相对公平,节点活跃度提升至85%,同时出块时间降至0.4 s,能更好地应对日益增长的交易量。     

基于贡献值和难度值的高可靠性区块链共识机制

基于贡献值证明(PoC)的区块链共识机制是面向知识产权保护与交易应用场景提出的一种区块链共识机制,通过计算节点用户的贡献值,由贡献值最大的节点获得新区块的记账权.然而,由于PoC会造成记账节点具有很强的确定性,一旦该节点未能正常完成记账出块,网络中其它节点将始终保持在挂起等待状态,系统将陷于停滞状态,无法继续运行.为了...     

基于门限密码方案的共识机制

针对比特币的PoW(proof of work)共识机制中资源消耗巨大、系统性能存在瓶颈和“公地悲剧”问题,从博弈论的角度分析了比特币系统后期只有交易费奖励所带来的“公地悲剧”现象,提出了基于门限密码方案的共识机制(a consensus mechanism based on threshold cryptography, TCCM).首先,新共识协议引入了节点保证金的思想,提出了一种基于门限群签名理论的保证金模型.该模型既能够确保保证金的安全,又为节点诚实地记账提供保障.其次,利用门限加密的思想构造了记账权竞价模型来产生区块链记账节点,这能够保证记账权竞价环境的公平性和记账节点产生的随机性.同时,在原有的区块奖励基础上,设计了新的激励机制,使得更多的节点能够参与共识的全过程.最后,安全性和性能分析结果表明,该共识机制既有效地降低了资源消耗,又提高了交易处理效率,使得整个区块链系统变得更加安全可靠.     

公平且稳定的最小值证明共识机制

共识机制是区块链技术的核心,能够使所有节点周期性地完成交易的验证和记录,且保持所有节点保存的区块链数据的一致。针对目前公有链共识机制的去中心化程度不高和容易临时分叉两个问题,提出一种基于哈希随机选主的最小值证明共识机制（Proof of Minimum,PoM）,利用哈希算法的强混淆性提高去中心化程度,利用哈希算法的抗碰撞性降低临时分叉的概率。理论分析和实验结果表明PoM不仅提高了去中心化程度,也降低了临时分叉的概率。     

基于信用分级的PBFT共识算法改进方案

针对现有实用拜占庭容错算法(PBFT)在联盟链应用场景下存在扩展性差,通信开销大,效率低等问题,提出了一种基于信用分级的拜占庭容错共识算法,即CLBFT (Credit-Layered Byzantine Fault Tolerance).在PBFT基础上,制定节点信用积分规则.提出一种基于信用等级划分的机制,把节点划分成4类,增强可信节点的主动性,减少异常节点的参与,达到系统良好运行的目的.实验结果表明,在长期运行状态下, CLBFT明显减少了通信开销,提高了系统效率.