基于区块链的无线体域网数据云存储完整性研究

针对无线体域网数据云存储的安全问题,设计了基于区块链的访问控制框架,框架通过区块链技术与数字签名相结合控制用户的访问请求;通过区块存储访问请求及其数字签名,利用改进的Raft算法保证节点间的区块链一致.其次,设计了有序数组和Merkle树相结合的方式存储数据,哈希表和Merkle树相结合的方式存储数据的访问请求;再次,提出针对无线体域网数据的完整性验证方案.最后,对区块链的一致性、数据完整性验证方案进行实验.结果表明,提出的框架能使各用户节点协同对访问请求进行控制,并且均能验证数据的完整性.     

基于CITA区块链的纠删码分片存储实现

O (n) O (1)摘要:区块链系统采用全复制的数据存储机制,为每个节点保留整个区块链的完整副本,系统扩展性差.同时由于区块链系统中拜占庭节点的存在,导致传统分布式系统中使用的分片方案不能被直接应用于区块链系统中.本文结合纠删码和拜占庭容错算法,使每个区块的存储消耗由降到,增强了系统的可扩展性.本文还提出了对区块数据进行划分的方法,在降低存储冗余的同时减小对查询效率的影响.提出了无需网络通信的编码块存储方法,降低了系统存储和通信开销.还提出了区块链节点加入和退出的动态重编码方法,既保证系统的稳定性,又降低了系统重编码开销.最后,在开源区块链系统CITA上实现,并通过充分的实验,证明系统可扩展性、可用性和存储效率提升.     

局部对称算法在区块链分布式存储中的优化

提出一种局部对称算法,将区块链系统中的节点划分为多个节点子集,每个节点子集生成一个私钥对数据进行加密,将加密后的数据分布存储于节点子集的节点中.利用局部对称算法将哈希值和私钥分别设为全局秘密和局部秘密,用局部秘密对数据区块进行加密并将结果分布存储于节点子集的节点中,用基于中国剩余定理秘密共享的分布式存储方案对私钥和哈希值进行有效存储,达到降低存储成本和通信成本的目的.仿真结果表明,对比减存储算法和单节点故障算法,局部对称算法在区块链分布式存储中的存储成本和通信成本更低.     

一种基于区块链PoS共识算法的改进研究

区块链共识算法保证了区块链中的区块按时间戳有序生成,算法优劣直接影响区块链系统性能。PoS共识算法是一种区块链公有链采用的主流共识算法,但生成区块的时间具有随机性,有些情况下区块间隔时间过长,不能满足商业应用场景需要;针对PoS共识算法生成区块的速度存在的性能局限,改进设计的Silkworm算法,通过智能合约对最快生成区块时间和最慢生成区块时间进行定义,结合Raft算法进行主节点选举;在有交易的情况下,当PoS共识算法未在定义的最快时间内生成区块时,Silkworm算法确保由主节点自动快速生成区块;在无交易情况下,当PoS共识算法未在定义的最慢时间内生成区块时,Silkworm算法也由主节点生成区块。而当主节点关闭或出故障时,PoS共识算法仍然生效正常生成区块。通过实验验证:Silkworm算法能较大提升基于PoS共识算法的区块链的性能,保证了区块链的安全性和健壮性,更能满足商业应用场景的需要。     

基于区块链存储扩展的结构化数据管理方法

研究基于区块链存储扩展的结构化数据管理方法,解决目前在区块链存储方面存在的容量扩展、存储结构扩展等问题.通过节点动态组网、DHT通信协议,网络中节点仅需存储部分数据,实现数据的存储、查询管理;通过数据签名及定时验证,保障数据安全存储及查询;本地数据库存储结构化数据,扩展业务数据管理.实验结果表明,该方法实现了结构化数据的区块链存储扩展管理,充分利用了节点的网络资源,降低了节点存储压力,提升了数据存储、查询效率,进一步促进区块链应用的开发.      

基于多分支树结构的电力缴费终端数据完整性验证方案

针对电力缴费终端存在管理人员操作不当和黑客攻击等行为导致数据损坏和丢失等问题,设计了一种基于多分支哈希树结构的数据完整性防护验证方法。该方法利用基于双线性映射的签名机制和多分支树结构的特性,通过使用随机掩码技术对分块的数据进行随机化处理,以确保数据的隐私性,采用多分支树形结构实现对数据块的快速认证和快速签名,并利用哈希树节点的哈希值验证数据块的完整性,引入验证服务器对数据分块进行批量验证和证据计算,并通过设置备份服务器完成对存储数据的备份处理。实验结果表明,该方案可以有效提高对存储数据完整性的批量检测效率,并降低终端和主服务器的计算开销,同时具有较小的计算开销和较高的安全性。     

可信激励算法对区块链移动节点共识优化研究

节点可移动的物联网应用区块链时将节点称为区块链移动节点,区块链移动节点存在通信连通时间较短、算力和存储能力不足等问题导致网络达成共识时安全性和吞吐量较低.提出一种可信激励算法对共识过程进行优化,首先区块链移动节点接收共识所需信息完成初始化;其次每个区块链移动节点生成判决块,判决块包含对验证消息的投票结果、自身的可信因子和判决块的生成时间,根据判决块中在相邻区块链移动节点组成的集群中选出中继节点,中继节点传播验证消息到下一个集群,并产生区块存储在边缘服务器,一个中继为一跳,当跳数大于网络阈值跳数时完成共识;最后根据激励机制对节点奖励或惩罚,并按激励情况更新节点的行为标识反馈到共识.仿真结果表明,与应用在同样网络情况的PoET和PoS算法相比,可信激励算法在保证了一定的吞吐量情况下,有效降低验证消息验证失败率提高了共识安全性,更适合节点可移动的物联网网络.     

一种面向区块链的优化PBFT共识算法

区块链技术具有去中心化,数据不可篡改和数据透明等特点,使得该技术的应用领域不断扩展,但目前应用于区块链系统的共识算法存在着资源浪费和共识效率较低等问题,限制了区块链技术的发展.针对此问题,基于实用拜占庭容错算法(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT),算法的基本思想,提出了一种优化的共识算法.该算法引入积分机制,根据节点积分挑选参与共识的节点,以降低网络中的通信开销;在不存在拜占庭节点的情况下,优化PBFT算法的一致性协议;引入升降级机制,动态更新参与共识的节点集合,以保证算法在大部分时间内都执行优化一致性协议.实验结果表明:与PBFT算法相比,本文提出的共识算法将共识过程的时间复杂度从O(N~2)下降到O(N),有效降低了网络中的通信开销,平均时延从55ms降到37ms,平均吞吐量从342TPS提升到677TPS.     

基于信任评估模型的PBFT共识算法

实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)共识算法是确保区块链等分布式系统达成一致性的重要算法，但其仍难以应用到节点数量规模较大的网络环境，且共识过程中主节点的错误选取会导致系统通信资源的浪费。针对以上问题，文章提出基于信任评估模型的PBFT共识算法(Trust-based Practical Byzantine Fault Tolerance,T-PBFT)，首先采用聚类的方法对系统中的共识节点进行分组共识，降低通信复杂度；然后根据网络中节点历史行为进行信任度评估，选取可靠的节点作为共识小组中的主节点；组内实现共识后，再进行组间共识，确保系统中共识节点存储的数据信息达成一致。所提出的改进算法能够更好地应用于大规模区块链网络系统，并能够选择更可靠的主节点。通过仿真实验和分析得出，改进算法通信复杂度小于原算法的O(N²)，系统的吞吐量与原算法相比最高增加了17%，共识时间节省了25%。     

稳定度激励算法对移动区块链节点的共识优化研究

在基于移动节点的区块链系统中，节点速度与位置的变化以及节点本身的可信度会影响共识节点选取和区块验证时的稳定性，存在产生恶意节点选取和区块验证共谋．本文提出一种稳定度激励算法，在节点选取方面，根据节点可信度和质量因子计算各个节点的稳定度，并选取稳定度超过阈值的节点成为候选节点，再从中选取稳定度较高的节点生成区块；在区块验证方面，利用节点的稳定度关联节点收益，通过计算节点的验证延迟与收益，并迭代节点收益约束计算延时需求和激励奖励的最优解，激励其余高稳定度的候选节点加入区块验证．仿真结果表明，在基于移动节点的区块链系统中，与MWSL和TSL两种算法进行比较，稳定度激励算法能够提高恶意节点的检测成功率和验证区块的正确概率，提高了区块链共识的稳定性．     

基于区块链的农产品可信检测数据存储方法

针对现阶段农产品质量检测数据的可信存取，以及数据的高吞吐量、低事务处理延时问题。本文提出了一种基于区块链的农产品可信检测数据链上链下分类存储方法。首先根据区块链的去中心化、不可篡改、带时间戳特性，将敏感的小文件检测数据存储在区块链，为其提供存储授信支持；其次将非敏感的大文件数据存储至链下数据库，从而缓解将整个检测记录链上存储所带来数据的高吞吐量；最后利用布隆过滤器的哈希函数快速判断查询元素是否在指定数据集中，来提高链上检测数据的查询效率。为了验证该方法的查询效率，本文比较了在同一区块链数据存储环境下的有或者无布隆过滤器的两套实验方案。结果表明，前者的链上数据查询速度要高于后者，因此，本文提出的方法能够为农业产品检测数据提供一个有效、可信的存取途径。     

云存储中动态多副本数据的完整性验证

云存储环境下,如何高效且动态地完成对用户多副本数据的完整性验证是一个极具挑战性的课题.在现有云数据完整性验证方案的基础上提出了一种多副本数据持有性证明方案,通过引入认证的副本哈希数组数据结构实现了多副本文件的可动态更新验证.方案实现了数据的安全存储与更新,并有效保证了数据多副本的隐私安全.安全性分析与实验表明了方案的安全性与有效性.     

基于有向无环图的高效并行区块链

区块链系统的性能制约了它的推广应用,主要表现为交易吞吐量低、交易确认时间长和算力浪费等.针对这些问题,提出一种基于有向无环图（DAG）的区块链及其共识协议,提供区块链的并行工作模式.通过3个指针提供DAG区块的连通性;根据工作量证明（PoW）机制,将较难的区块组成一条谜题链,保证区块的有序性和系统的安全性;按照最长链原则和最难链原则,制定谜题链的共识协议.本方案充分利用了网络节点的计算资源,提高了区块链系统性能,减小了计算冗余度,节省了算力.     

基于IP流本地性的状态检测性能优化方法

提出了一种哈希表优化算法(MTH)以提高状态检测的速度．该算法根据IP流本地性，即最近访问过的会话节点很有可能被再次访问的特点，将刚访问的节点放置在Bucket链表头部，以减少哈希表的整体内存访问次数，提高会话表的速度．历史流量驱动的性能仿真实验表明，MTH算法的性能明显优于原哈希表算法，能够满足高速状态检测防火墙的速度要求．     

基于区块链的粮食防伪溯源系统的设计与实现

针对粮食溯源系统的安全问题,传统的中心化存储数据在各企业之间存在着信任问题,消费者在进行溯源查询时同时存在着安全问题。以大米为研究对象,构建粮食供应链溯源模型,搭建基于Hyperledger Fabric的防伪溯源系统,设计数据上链以及查询的智能合约。组织节点添加作物生成编号并关联溯源ID,将二维码、溯源ID与区块链相结合实现防伪溯源,设计本地及链上双存储方式并进行数据校验后返回信息。为保障二维码的安全性,应用改进RSA加密算法生成密钥对,使用公钥加密,私钥解密的形式对溯源ID生成加密二维码,消费者解密时从链上获取私钥对密文解密获取溯源ID。设计小程序并验证改进RSA算法的有效性,将小程序运用在区块链溯源并进行测试应用。测试结果表明,具有防篡改功能的区块链网络与小程序结合可以满足消费者溯源查询的基本需求,可以实现更安全快捷的溯源模式,保障了粮食信息的安全性。