基于信誉投票的PBFT改进方案

区块链作为一种去中心化、防篡改的分布式账本,其性能从根本上受共识机制效率的影响。实用拜占庭容错算法以视图切换随机选取主节点的方式会导致安全问题,且在节点较多时共识效率变低。针对这两个问题,提出了基于信誉投票的PBFT改进方案。根据节点划分机制评估节点的可靠性,动态地选取高信誉值节点来参与共识,降低恶意节点成为共识节点的概率,增加系统的安全性;根据节点状态转移机制转换节点的角色,维持系统的正确运行,提高系统的稳定性。将所提方案与PBFT方案进行对比实验的结果表明：在系统长期运行中,所提方案能减少共识过程中的拜占庭节点和通信开销,提高容错率和吞吐量。     

面向异构身份联盟风险评估模型的区块链共识机制

异构身份联盟风险评估系统普遍为中心化架构,存在单点故障、内部作恶以及用户数据控制权丢失等问题,为此提出一种基于区块链的异构身份联盟风险评估模型。该模型以属性加密技术保障数据的安全存储及用户控制权,并结合网络分片思想和聚合签名技术提出一种两级共识机制——分组和聚合签名拜占庭容错（grouped and aggregate-signaturesByzantine fault tolerance,GABFT）算法。GABFT首先利用一致性哈希算法对网络节点进行分组,然后在组内及组间采用了结合聚合签名的实用拜占庭容错（practical Byzantinefault tolerance,PBFT）算法,提高了所提模型的处理效率,降低了通信开销,同时支持节点的动态变化。最后经实验得出：与PBFT相比,GABFT将节点达成共识所需通信次数由平方级降为线性级,且吞吐量约提升2~3倍。     

一种面向联盟链优化的PBFT共识算法

针对在联盟链中实用拜占庭容错（practical Byzantine fault tolerance, PBFT）算法所存在的通信开销过大、节点信誉度无法保证、算法无法动态地增删节点等问题，提出了基于决策树改进的PBFT(decision tree Byzantine fault tolerance, DTBFT)算法。首先，针对联盟链的应用场景，简化了PBFT算法的一致性协议，降低了通信开销；其次，考虑到系统安全性的问题，引入信誉积分机制，增加决策树分类算法，在每轮共识完成后，统计节点行为，对节点分类，使得系统可以动态地剔除拜占庭节点，提高系统的安全性；最后，为了防止拜占庭节点当选主节点，视图频繁切换，导致系统运行效率低的问题，改进了视图切换协议，将主节点的选取范围缩小到节点信誉好的高级节点，保证主节点的可信度。实验表明，DTBFT算法在吞吐量、算法安全性等方面较PBFT算法具有一定的提升。     

基于联盟链的微电网身份认证协议

目前，微电网电力交易存在着身份认证协议不安全、交易中心化、数据无法追踪溯源、节点之间缺乏共识等问题，而区块链具有分布式存储、去中心化、数据不可篡改等优势.为此，基于联盟链的微电网身份认证协议，将区块链应用于微电网的身份认证以解决上述问题.首先，使用零知识证明解决了新节点的身份认证问题.其次，将其ID写入Merkle树并在整个联盟链中广播，利用区块链可以保证数据不被篡改的原理确保了数据的安全性和可追溯性，解决了传统电力交易的中心化、数据存储不安全、电力交易无法追踪溯源等问题.最后，凭借着瑞波共识协议所具有的安全高效的优势有效地解决了节点之间的共识问题.通过方案对比可知：该方案采用的零知识证明在身份认证中具有计算开销小及瑞波共识机制算法具备共识速率快的优点.经过安全性分析及性能分析可知：该方案在解决微电网的身份认证安全性问题的同时又能保证节点的运行性能最优.     

基于树形拓扑网络的实用拜占庭容错共识算法

实用拜占庭容错算法在节点数量较多的广域网环境下存在性能瓶颈.为提高该算法的可扩展性，基于树形拓扑网络将全网范围共识拆分为若干子网范围共识；同时引入信誉模型以降低错误节点在共识过程中的影响力，提高系统的安全性、容错性与可靠性.实验结果表明：所提算法的性能明显优于原有算法，表现出良好的可扩展性，可用于大规模许可链系统.     

一种结合BLS签名的可拜占庭容错Raft算法

针对Raft算法中的拜占庭容错问题，提出结合BLS签名的拜占庭容错（RaftByzantine fault tolerance，RBFT）算法.首先，利用BLS签名实现阈值签名，将投票过程转化为阈值签名过程，并将该过程与Raft算法的AppendEntries消息和RequestVote消息结合，尽可能地减弱容错过程对共识效率的影响；其次，通过增量哈希引入安全状态，保证了日志的不可篡改性；接着引入客户端对Leader节点的动态监控，以避免拜占庭Leader节点消极反馈的发生，进一步保证了算法的活性；最后，由本地多节点仿真实验表明：RBFT算法有效提升了数据吞吐量和可拓展性，并降低了交易延迟.     

一种基于身份的智能电网认证模式

提出了一个移动用户智能电网(Mobile User Smart Grid,MUSG)概念,给出了MUSG场景下的用电模式描述,并利用基于身份的密码技术给出了一种基于身份的MUSG认证方案。分析表明,利用该认证方案不仅可以有效解决智能电网中移动用户的认证问题,满足移动用户即时用电和户外用电的需求,并且在保障系统安全性的同时有效降低了系统的计算和通信开销,减轻了系统的负载压力,提高了系统的使用效率。这为智能电网业务由固定用户向移动用户过渡奠定了基础。     

一种基于权益代表的可扩展共识协议

区块链系统在去中心化、安全性和可扩展性达到动态平衡的难点在于高效共识机制的设计.为解决现有区块链系统中共识机制面临的安全与性能的瓶颈问题，提出了一种基于权益代表的可扩展共识协议（delegate-based scalable consensus protocol，DSCP）.首先，DSCP采用分区并行共识方式来构建高性能和可拓展的区块链，并通过代理机制生成全网认可的共识区块；其次，为了提高网络分区速度和分区内的共识性能，提出了基于可验证随机函数（verifiable random function，VRF）算法的网络节点快速分区机制，设计了基于投票的分区共识算法（voting-based consensus protocol，VCP）；最后，提出了新的激励和押金机制，以增强DSCP协议的安全性.实验分析表明：与现有的区块链共识协议相比，DSCP有着良好的性能优势.     

基于区块链的精准扶贫数据保护方案

针对目前数据管理中普遍存在的中心化存储、防篡改性弱、可追溯性差、缺乏安全有效的共享渠道等问题,借助区块链技术的去中心化、不可篡改等特性研究了一种基于区块链的精准扶贫数据保护方案。以个人档案的形式记录扶贫数据,依托智能合约和星际文件系统等技术使数据以数字档案形式进行新增、更新、验证、共享。将公有链和联盟链结合,以锚定数据快照信息的方式保障数据的安全性。在智能合约构建过程中,采用安全多方计算（secure multi-party computation,SMPC）技术增强合约的执行安全性,解决资金转账等敏感问题。改进Raft共识算法,将各节点的性能、可靠性、地区影响力等维度作为综合性能,设计基于节点综合性能的Raft共识算法,解决数据存储和数据处理效率的问题。利用Postman、JMeter等工具对系统的存证、吞吐量进行测试,所得结果能满足系统的需求。     

一种适用于车联云任务调度的轻量级区块链架构

车联云中节点的移动性、网络的动态性、通信方式的开放性和车辆的非可信性都给车联云中任务调度的安全性提出了很大的挑战。在充分考虑车联云特点的基础上引入了区块链,提出了一种适用于车联云中任务调度的轻量级区块链架构。利用路边单元（road side unit,RSU）构建区块链网络,采用改进的实用拜占庭容错（practical Byzantine fault tolerance,PBFT）算法完成共识。在建立该架构调度延时模型的基础上,通过实验对该架构的调度性能进行测试和分析。与以太坊的对比结果表明：该框架不仅实现了任务调度过程的不可抵赖性,避免了任务调度服务器的单点故障,提高了可用性,而且实现了轻量级,即无需消耗算力或额外存储空间也能达到毫秒级的调度延时。     

区块链链下支付通道网络的可选择多路径支付方案

链下支付通道网络存在用户节点无法根据实际需求选择转账方式、单次路由中仅使用单一路径发起交易导致的容错率低等问题。为此，提出一种基于链下支付通道网络的可选择多路径支付方案，可以为用户节点提供基于实际需求的距离最短优先、手续费最低优先以及距离和手续费综合度量3种转发选择；同时基于链下支付通道网络改进了开放最短路径优先协议，并根据节点所选的不同优先级构建多条路径以并行转发支付，相对于已有的方案显著提升了单次路由下转账支付的成功率；最后还设计了接收方节点确认转账成功后可主动释放其他路径的功能，以适当提高支付性能。     

云计算环境的联盟身份认证方案设计

提出一种云计算联盟环境的“契约”关联认证协议. 协议通过组合公开、私有数据的签名算法,在联盟云间建立“契约”信任关系,进而实现联盟云中用户身份信息的分布式管理和“契约”关联认证. 协议采用公告板、时间戳、签名、抗碰撞散列函数等方法,能减少信息交互,有效预防数据篡改、重放和中间人攻击等. 理论分析表明,该协议具有安全高效的特点,且以较小的计算量和通信开销,为云计算环境的联盟身份认证提供一种简洁又安全的解决方案.     

基于节点权重的DPoS共识算法

针对委托权益证明（delegated proof of stake,DPoS）共识机制中节点作恶以及如何降低恶意节点成为代表节点可能性的问题,结合埃欧塔（IOTA）共识机制在安全性和稳定性方面的优势建立了节点之间的信任关系,提出了一种基于节点权重的DPoS（delegated proofof stake based on node weight,NW-DPoS）共识算法。将节点历史行为信息、自身权重值和在线状态作为计算认可度的因素,选取累积认可度高的节点作为区块生产者;根据节点行为表现并以降低节点累积认可度的方式惩罚有恶意行为的节点。仿真实验和分析表明： NW-DPoS共识算法能够明显降低恶意节点成为代表节点的概率,并且在抵御双花攻击和贿赂攻击方面比DPoS共识机制更可靠,从而提高了系统的安全性。     

基于性能测量的分布式CDN负载均衡策略

为了能够使CDN根据网络和服务器的性能变化实现真正的全局负载均衡,并使其摆脱服务器的单点故障对全局的影响。本文借鉴P2P网络在分布式文件共享及定位等方面的巨大成功,取消CDN中心,使各POP节点成为对等实体,从而提出了完全分布式CDN(DCDN, Distributed CDN)模型。重点研究了负载均衡和服务定位等关键技术,提出了基于网络测量和服务性能测量的MBPP算法。从而在提高CDN的扩展性和健壮性的同时,能够更加精确定位最佳服务提供点。试验表明,基于MBPP算法的负载均衡策略以较低的通信开销和运算复杂度实现了真正的全局实时动态负载均衡。