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．     

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。     

选择性压缩算法对区块链轻量级节点的优化研究

区块链中的轻量级节点存在因不能存储完整区块链副本而无法参与区块链验证过程的局限,削弱了区块链分布式特性,可以通过压缩轻量级节点中存储的区块链副本以降低存储开销进而增强其区块链验证能力。提出区块链选择性压缩(BSC) 算法,基于Hyperledger Fabric区块链架构,首先针对区块链主链生成检查链,通过哈希指针链接检查链和主链并在检查链中存储用于验证主链区块完整性的哈希根路径;其次对检查链中的检查点进行合并更新,降低检查链的存储开销;最后选择性保留主链中的区块并计算验证主链完整性所需的哈希路径,降低主链的存储开销。仿真结果表明,对比EPBC算法和Snapshot算法,BSC算法在存储开销和验证能力方面有较好的表现。     

基于联盟区块链和IPFS的音乐共享模型

提出一种基于联盟区块链技术和星际文件系统(IPFS)的去中心化音乐共享模型.利用区块链去中心化、不可篡改等特点,结合IPFS共同维护音乐数据的分布式可靠存储,并在联盟链场景下搭建节点进行数据验证,采用以太坊PoA共识机制避免算力挖矿,以减少全网节点共识时间,通过设计智能合约实现了安全、透明的音乐数据存储和共享.对区块链交易处理效率进行实验测试,结果表明,当出块时间为100 s时,系统吞吐量为311笔/s,具有较高的运行效率.     

最小损失算法在区块链物联网中的优化研究

区块链技术与物联网相结合能发挥去中心化优势,在一定程度上提升物联网系统数据安全性及可靠性等性能.但区块链的通量受限特征,使得区块链较低的交易吞吐量在很大程度上难以满足物联网场景下的高吞吐量的业务需求.本文提出一种最小损失函数算法,首先,根据状态和动作输入对来构建状态空间和行为空间;其次,在系统延迟性约束条件下,迭代计算出状态空间和行为空间的行为价值函数;最后,利用损失函数对比行为价值函数的真实值和估计值后执行吞吐量最大值去调整块大小和块间隔.仿真结果表明,与DDRL算法和DRL算法相比,最小损失算法动态调整区块大小和区块间隔,在基于区块链的物联网系统达到稳定后可以获得更高的吞吐量.     

区块链赋能泛在可信物联网:架构、技术与挑战

为解决网络安全性、数据可靠性及用户隐私性三大物联网(internet of things,IoT)可信要素问题,利用区块链技术构建泛在可信物联网系统,提出一种面向泛在可信物联网的区块链体系架构。该架构通过分层架构与跨层协同方式,有望突破区块链不可能三角限制,解决区块链技术应用于泛在可信物联网中协议机制不匹配等问题。     

基于信誉度的主从多链区块链共识机制

针对单一区块链系统的性能局限性、多链系统跨链共识困境以及数据分布挑战问题,该文提出了一种主从多链的共识机制。设计了2层区块链结构以构建主从多链。通过主区块链链接多条从区块链,保证了数字化资产的全局一致性,提高了区块链的性能。将信誉度评估引入基于权益证明的共识机制中,提高了交易的吞吐量。设计了多共识机制融合的联合共识机制,确保数据的一致性和不可篡改性。通过生成动态验证节点,确保节点的去中心化和防止恶意攻击。相比传统的以太坊(ETH)区块链,仿真实验结果表明每秒事务处理量(TPS)提升了约48%,拥有高权益节点的恶意行为将受到更严重的惩罚,证明了主从多链设计在应对权益粉碎攻击、贿赂攻击等方面具有安全性高、事务处理快的优势。     

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%。     

基于区块链技术的物联网信息记录安全存储

针对物联网系统中存在的信息传输安全和信息记录保护问题,结合区块链和容器技术提出一个物联网节点接入、信息记录安全存储方案,该方案利用区块链技术来保护物联网节点接入、信息记录存储,使物联网节点间信息交互的记录的真实数据保存在链下存储结构中,有效的实现了物联网节点的安全性的提升和降低了恶意攻击后取证溯源的难度.     

基于模型准确率的链上去中心化联邦学习模型

现有的联邦学习存在恶意中央服务器和恶意参与者发布虚假数据毒害模型等问题。针对此情况,该文提出了一种去中心化的联邦学习模型,该模型将聚合工作由中央服务器移至参与者本地,各个参与者依据聚合算法将训练之后的模型参数写入交易,生成区块发布到区块链网络中。采用一种基于模型准确率的Byzantine容错共识算法构建共识小组,通过建立节点信息表实现节点动态加入。对所提的链上去中心化联邦学习模型的吞吐量、时延等性能进行了相关测试,结果表明：在相同条件下,基于模型准确率的高性能Byzantine容错共识算法相较于传统的Byzantine容错共识算法,吞吐量提升60%,系统平均时延从6 s减少到1 s。     

Raft Consensus Algorithm Based on Credit Model in Consortium Blockchain

As one of the underlying technologies of the blockchain, the consensus algorithm plays a vital role in ensuring security and efficiency. As a consensus algorithm for the private blockchain, Raft has better performance than the rest of the consensus algorithms, and it does not cause problems such as the concentrated hashing power, resource waste and fork. However, Raft can only be used in a non-byzantine environment with a small network size. In order to enable Raft to be used in a large-scale network with a certain number of byzantine nodes, this paper combines Raft and credit model to propose a Raft blockchain consensus algorithm based on credit model CRaft. In the node credit evaluation phase, RBF-based support vector machine is used as the anomaly detection method, and the node credit evaluation model is constructed. Then the Trust Nodes List(TNL) mechanism is introduced to make the consensus phase in a creditable network environment. Finally, the common node is synchronized to the consensus node to update the blockchain of the entire network. Experiments show that CRaft has better throughput and lower latency than the commonly used consortium blockchain consensus algorithm PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance).     

支持多中心聚合签名的实用性拜占庭容错改进方案

为了解决区块链共识机制中验证效率偏低问题,将聚合签名方法应用于共识过程中的消息验证,改变共识过程中传统的单签名验证方式,从而降低共识过程中的验证复杂性;为了解决密钥中心权限过大问题,结合分布式密钥生成技术实现多中心的密钥授权机制,使共识节点的密钥生成不再依赖于单可信中心,从而避免密钥托管问题;以实用性拜占庭容错方案为例,构造基于多中心聚合签名的拜占庭容错共识改进方案。仿真实验表明,相对传统的实用性拜占庭容错方案,所提方案效率更高。     

区块链研究综述

区块链技术伴随着数字货币比特币产生,是一个具有全网一致性共识、去中心化、可编程和安全防篡改等特点的分布式数据账本,目前在数字金融货币领域的应用最为广泛。区块链技术的不断发展和更新,为其与更多领域的融合提供了可能性,可构建不同的可编程行业区块链系统。面向未来区块链技术的发展,介绍区块链技术的背景和基本框架,详细讨论区块链的关键技术:共识机制、智能合约以及安全隐私问题,研究区块链技术与5G、物联网和边缘计算的融合。对区块链技术的研究进展进行概括,重点关注跨链技术和可扩展性问题,并分析未来区块链物联网系统的发展方向。     

无线传感器网络中分簇时间同步算法的设计

根据低功耗的要求,提出一种分簇时间同步算法(CTSA),该算法利用LEACH分簇原理,将整个网络分成不同的簇,簇首节点之间的同步采用精度较高的双向同步交换机制,且在选择与上一级簇首节点交换同步包时,根据距基站的最小跳数为准,以减少多跳累加的影响.而簇首节点与簇内成员节点则采用功耗较低的单向同步原理,结合了无线传感器网络中簇首节点与簇内节点的特点,在精度与功耗上进行折中考虑.实验证明该算法具有较高的同步精度与较低的同步开销,特别适合于终端节点较多的环境中,如环境监测.     

路由算法在均衡物联网传感器节点能耗分析中的应用研究

传统路由算法只采用指定节点或路径实现数据转发,设定阈值的减少使簇头数量降低,能耗急剧升高,导致能量的非均衡消耗。为此,将一种新的路由算法应用于均衡物联网传感器节点能耗分析中。对传感器节点能耗进行研究,求出节点剩余能量。通过阈值得到本块候选簇头集合,把剩余能量较其他节点多,或者和本块中心之间距离较短的节点看作簇头节点。建立路由选择计算公式,按照前向路由节点剩余能量获取数据发送过程中簇间多跳路由。面向能耗均衡对路由进行更新,把传感器节点剩余能量划分成10个能量等级,按照网格能量等级确定等待时间,完成对簇首节点的更新处理,以保证节点能耗均衡性。实验结果表明,所提路由算法簇首节点选择合理,将其应用于均衡物联网传感器节点能耗的分析中,节点能耗较其他算法更加均衡性。     

Trust attestation mechanism for the sensing layer nodes of Internet of Things

The main function of Internet of Things is to collect and transmit data. At present, the data transmission in Internet of Things lacks effective trust attestation mechanism and trust traceability mechanism of data source. To solve the above problems, a trust attestation mechanism for sensing layer nodes is presented. First a trusted group is established, and the node which is going to join the group needs to attest its identity and key attributes to the higher level node. Then the dynamic trust measurement value of the node can be obtained by measuring the node data transmission behavior. Finally the node encapsulates the key attributes and trust measurement value to use short message group signature to attest its trust to the challenger. This mechanism can measure the data sending and receiving behaviors of sensing nodes and track the data source, and it does not expose the privacy information of nodes and the sensing nodes can be traced effectively. The trust measurement for sensing nodes and verification is applicable to Internet of Things and the simulation experiment shows the trust attestation mechanism is flexible, practical and efficient. Besides, it can accurately and quickly identify the malicious nodes at the same time. The impact on the system performance is negligible.     

基于多目标的管道物联网无线路由算法

在恶劣的环境下传感器节点能量限制一直是制约油气管道物联网性能的关键因素.网络端对端延时决定了油气管道物联网对于管道安全事故的反应时间.为此,针对油气管道物联网能量限制和端对端延时问题提出基于多目标优化的管道物联网无线路由算法,通过将节点剩余能量以及节点到汇聚节点之间的距离作为机会路由中选择候选转发节点的指标,实现了物联网中能量的均衡,通过减少数据传输跳数,达到减少网络端对端延时的目的.仿真结果表明,与经典机会路由算法相比,该算法能有效兼顾网络寿命和网络延时改善网络性能,不仅能使网络获得较长的使用周期,还能减少油气管道物联网对安全事故的反应时间.     

一种用于复杂移动网络的安全路由协议设计

在复杂移动网络中,当前路由协议认证过程较为复杂,无效路径较多。设计一种用于复杂移动网络的安全路由协议。协议设计过程包括身份认证阶段和路由发现阶段,通过对复杂移动网络中新的邻居节点进行身份认证,判断该节点是否可加入到其他各节点的通信路由表中。通过建立路由请求消息RREQ,将其向相邻节点广播,获取目标节点。通过建立路由响应信息RREP,传输至其前趋节点。获取由前趋节点重新建立的路由响应消息RREP,继续传输至其前趋节点。以此类推,直至回到源节点,将路由发现过程经历的所有路径进行存储,最终得到有效路由协议。以振动环境下复杂传感网络为基础进行测试,结果表明,所设计安全路由协议具有较优的包传输率、网络吞吐量和包丢失率,安全性高。     

基于节点分簇的延迟容忍网络路由策略

延迟容忍网络中路由策略的效率受节点移动特性的影响,为了能够利用节点移动特性制定更加高效的路由策略,提出了基于节点分簇(clustering)的延迟容忍网络路由策略.根据节点接触概率提出了节点分布式分簇算法,将移动特性相似的节点组成簇,并且选择簇内的网关节点;制定了基于节点分簇的消息转发策略.仿真结果表明,相比已有的延迟容忍网络路由策略,所提路由策略能让延迟容忍网络具有更高的消息投递率,更低的平均投递时延以及更低的网络开销比率.因此,利用节点移动特性制定的节点分簇路由策略能够提高延迟容忍网络的性能.