基于可验证随机函数和BLS签名的拜占庭容错共识算法

实用拜占庭容错(PBFT)算法可以容忍网络存在不超过节点总数三分之一的拜占庭节点,常被作为联盟链的共识算法。针对PBFT存在主节点选取规则简单、通信复杂度较高等问题,提出一种基于可验证随机函数(VRF)和BLS签名的拜占庭容错(VBBFT)共识算法。在VBBFT共识算法,VRF在共识节点中选取主节点,主节点作为消息收集和发送的协调者,并将节点间的信息交互过程转化为BLS签名过程,降低了节点间的通信复杂度,并保证了节点间的信息交互是安全的。仿真实验结果表明,VBBFT共识算法与PBFT算法相比,交易吞吐率提高了62.3%,时延降低了12%。     

基于通信时延分组的改进实用拜占庭容错算法

【目的】为解决实用拜占庭容错算法(practical Byzantine fault-tolerant algorithm, PBFT)通信复杂度高、共识时延高等不足,提出节点间通信时延分组的改进实用拜占庭容错算法(grouping PBFT,GPBFT)。【方法】首先将区块链系统节点进行分组,依据最少网络通信次数确定分组数;然后计算各组节点间平均通信时延进行组内节点筛选,确定组内节点数;最后以共识成功率、失败率和节点历史行为评估参数为变量计算节点信誉值,监督节点共识行为,减少异常节点的参与。【结果】通过基于Hyperledger Fabric平台的区块链系统进行仿真试验,结果表明：与PBFT相比,GPBFT平均时延降低57.86%、平均吞吐量提高55.04%,通信复杂度数量级由平方级降低为对数级。【结论】GPBFT可满足多节点场景下区块链复杂通信的高时效性需求,解决了行业区块链系统大规模节点的需求问题。     

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.     

适用于风电场群能量管理的区块链PBFT共识算法改进研究

随着新型电力系统的不断发展，新的能量管理方式变得越发迫切，区块链技术被广泛视为能够让能量管理的效率得到提高的关键技术。针对风电场群能量管理中场群间信息交互共享困难等问题，基于区块链理论引入信誉度机制，提出一种基于信誉度分级的实用拜占庭容错（CR-PBFT）共识算法，基于信誉度值划分节点类型，优化主节点选取方式；引入超级节点机制，以解决网络中节点动态增减和节点监督管理问题，通过优化视图切换与垃圾回收机制，减少视图切换频率和系统资源浪费。基于Hyperledger Fabric框架，对改进的CR-PBFT与传统PBFT共识算法进行吞吐量、共识时延、容错性、可扩展性等对比测试，改进的CR-PBFT算法吞吐量提升42.6%，共识时延降低51.5%，时间复杂度降低50%，在容错性和可扩展性方面具有明显优势，能更好地应用于发展更高效安全的风电场群能量管理技术。     

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。     

一种基于可验证秘密共享的区块链共识算法

共识算法对保证区块链的安全性和效率起着至关重要的作用,Raft算法作为一种强一致性、去中心化、高可用的分布式共识算法,被广泛应用在联盟链及私有链中.针对Raft算法在Leader节点选举过程中存在虚假投票及缺少拜占庭容错的问题,利用可验证秘密共享提出了一种基于可验证秘密共享的Raft共识算法,该算法通过可验证秘密共享的...     

基于改进拜占庭容错算法的区块链气象数据共享系统

针对气象数据共享程度低、数据获取途径少、中心化程度高等问题,提出一种基于改进拜占庭容错算法的区块链气象数据共享系统(BDMSS)。首先建立了BMDSS的系统框架,并基于该框架设计了系统的智能合约架构和基于共享度的区块链共识机制;其次,为规范BDMSS中的节点行为规范,提出了改进拜占庭容错算法(SD-PBFT)。仿真结果表明,SD-PBFT相对于拜占庭容错算法在带宽开销、吞吐量和时延的系统性能指标上具有更好的表现;最后,作为系统演示,考虑气象数据中的地面观探测资料共享场景,基于以太坊平台,并结合星际文件系统(IPFS)开发BMDSS,并进行初步实现与测试。     

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。     

基于区块链技术的财政预算执行审计框架研究

随着区块链技术的发展,得益于其去中心化、不可篡改、可追溯等优势.针对上述问题,此次研究围绕执行审计框架与共识机制进行探讨.针对对如何保证可审计性质的同时又可以约束审计方权力的问题,提出了让用户事后感知的可审计Zerocoin方案.同时针对区块链技术中的吞吐量低以及分叉现象等问题,此次研究提出基于信用值的共识协议CPC,并通过模拟实验与PBFT对比研究,研究结果表明该协议在节点数增加时吞吐量与时延性能均有提升.     

基于区块链技术的钢铁企业全流程数据管理

钢铁企业全流程数据的有效管理是实现实时决策的保障.现有全流程数据管理系统中心化严重，导致容灾性和安全性弱、效率低.本文利用区块链技术，对其账户机制进行改进，设计了钢铁全流程数据管理方案.首先，描述了全流程数据管理的业务需求和难点；其次，采用实用拜占庭容错(practical Byzantine fault tolerance，PBFT)共识机制和智能合约技术，设计了基于联盟链的全流程数据管理系统结构模型；然后，针对传统区块链账户只有一种资产的弊端，提出了一种新的资产账户管理机制——多种资产账户，进而提出了相应的账户内资产转化算法和账户间资产交易算法；最后，对系统特征和效率进行了对比分析.结果表明，该系统与传统的中心化系统相比，安全性和容灾性较强，效率较高.     

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.     

基于3D NoC架构上的自适应路由算法设计与仿真

提出了一种3D Mesh结构上的自适应路由算法,一方面避免了维序算法先沿某个方向走完再转向的缺点,实现数据包从多个方向分流,避免在后续节点拥堵;另一方面基于贪心算法思想,选出跳数最小的数据包和需求程度最低的输出端口,做到局部最优.仿真结果显示,在均匀流量模式下,相对于DOR算法,本算法吞吐量更高,平均端到端时延更低.     

融合可验证随机函数的改进Raft共识算法

传统的Raft算法容易因受到恶意攻击而导致效率低下。针对Raft算法在执行过程中可能被攻击者探测到Leader身份进而发动攻击的问题,利用可验证随机函数的随机性和非交互式特性,改进了原有Raft算法,隐藏了选主过程中Leader的身份的同时避免了原算法的多轮选举问题。提出的改进Raft算法的详细设计了可验证随机函数的实现并将其融入到选主过程中,并且分析了改进方案的系统安全性和稳定性,对比了不同共识算法在各需求场景下的表现。仿真试验表明：改进后的算法在选主过程中隐藏了被选中节点的身份,在保证系统稳定性的前提下提高了系统安全性,并且在系统节点越来越多时提高选主的时间效率的表现更好。     

基于节点贡献值和信誉度的DPoS共识算法改进

针对DPoS共识算法中节点投票积极性低和恶意节点作恶的问题,提出了一种基于节点贡献值和信誉度的DPoS共识机制DPoS-NCVR,首先引入连接度概念,通过贡献值模型将系统中节点的状态和行为等因素进行量化计算得出贡献值;其次,通过特定的贡献值阈值将节点划分为不同等级,以此来标识节点的身份,进而选出代理节点进行记账;最后,引入信誉度模型,对节点行为进行奖惩,并且将屡次作恶的节点剔除系统,从而提高节点参与投票的积极性。在仿真环境下,DPoS-NCVR再进行了多次共识,与DPoS相比节点的活跃度显著提高、恶意节点占比明显减少。实验结果表明,DPoS-NCVR能有效地提高节点投票的积极性,降低节点作恶的可能性,减少恶意节点占比,增强了系统的安全性。     

光分组交换的最小开销调度法

在光交换机中调度光分组时，其核心问题是找到一种调度算法以使分组在交换机中的时延最小（其时延包括业务实际通过交换机所需要的时间以及配置交换矩阵所用的开销）。针对上述问题，提出了一种基于漏桶的新算法-业务穷尽匹配（traffic exhaust matching，TEM）算法，其时间复杂度为O（N^2），并能实现100％的吞吐量。与已有的ADJUST和DOUBLE算法比较，仿真表明TEM在时间复杂度及传输时延方面更具有优越性。     

基于节点-时隙调度的WSN传输性能提升策略

针对无线传感器网络在传输过程中存在的吞吐量不足、时延较大、能耗过高等服务质量(QoS)问题,将动态顶点染色算法进行改进并和差分进化算法结合,提出基于动态节点染色的时隙调度算法.在信息种群的传输过程中,依据节点信息的重要程度为节点划分优先级;通过顶点染色将优先级不同的节点标注,为不同优先级种群预留时隙;通过对节点-时隙的动态调度完成对网络性能的提升和优化.在Matlab平台上进行对比仿真试验,结果表明:和现有的方法相比,此方法能让网络的吞吐量最多提升44.5%,时延最多减少12.5%,能耗最多降低20.8%,有效提升了无线传感网络的传输性能.     

基于邻居节点故障感知的NoC自适应路由算法

介绍了片上网络的拓扑结构和路由算法,提出了一种适用于NoC 2D-Mesh结构的自适应路由算法,可以根据邻居节点的状态动态的选择路由。通过仿真证明了在均匀随机流量模式下,相对于XY路由算法,使用本算法吞吐量更高,平均端到端时延更小。     

一种基于残差分析过滤的安全定位算法

在无线传感网络节点定位中,恶意锚节点的出现会降低网络定位性能,为了解决这个问题,根据节点定位过程中的恶意锚节点攻击特性和定位计算中的残差问题,提出一种基于残差分析和过滤的无线传感网络安全定位算法.建立了基于距离的安全定位模型,对网络定位中的残差问题进行了分析,并且通过残差特性过滤掉网络中恶意锚节点,利用剩余锚节点信息和梯度下降法对未知节点实现高精度定位.仿真表明,此算法在多个性能指标下都能取得相对较高的定位精度,并且在高强度的恶意攻击下也能保持较高的定位性能.此算法不但能有效地抵御恶意攻击对节点定位的破坏,还显著地加强了网络的定位安全性.     

基于区块格的RFID双向认证协议

随着物联网技术的不断发展,RFID(Radio Frequency Identification)技术越来越受到人们的重视.然而,快速发展的应用场景导致传统RFID双向认证协议的安全性假设不再成立.不仅如此,随着物联网规模的不断扩大,传统的中心化RFID认证架构的弊端也逐渐凸显出来.区块链技术具有去中心化和拜占庭容错的特点,可以同时有效地解决上述问题,但其效率十分低下.区块格是区块链技术中的一种有向无环图结构,具有并行处理交易的特点,可以提高执行效率,但因受限于共识机制,仍有吞吐量瓶颈.首先分析了恶意阅读器的可能行为,设计了适用于本场景的容忍分叉的区块格结构,并证明了其仍然具有偏序关系;然后结合传统的RFID双向认证协议,设计了基于区块格的RFID双向认证协议,所提出的协议在安全性不受影响的前提下去除了共识机制,消除了吞吐量瓶颈;最后,对所提出的协议的效率进行了分析,结果显示本协议在保证安全性的前提下具有在渐进意义上与传统协议采用的中心化架构一致的效率.