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。     

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.     

基于区块链的数据共享交换方法研究

随着经济社会与科技的发展,数据作为关键生产资料迎来了迅猛增长,并逐渐成为驱动经济社会创新发展的重要力量之一,数据资源的价值也逐渐得到认可与重视。随之而来,数据共享交换的需求日渐迫切。然而,当前数据共享交换仍然存在数据权属不明、数据质量不高、数据孤岛、数据碎片化、数据流动性差以及数据监督责权不明等问题。区块链技术在数据共享交换方面有着天然的优势,是数据共享交换的优良工具。本文将探索区块链技术应用于数据交换共享场景中的方法,论证区块链在数据交换共享中的价值,并提出基于区块链技术的数据交换共享方案,对利用区块链技术优势建立数据共享交换创新模式提出合理化建议。     

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...     

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.     

区块链技术在跨部门海洋数据共享中的应用

 基于中心化系统的传统数据共享方式面临着数据易被篡改和违规拷贝利用的安全性风险，而且维护成本高昂。为了实现海洋数据安全可靠的跨部门共享，介绍了国内外海洋数据共享领域的发展现状，分析了中国存在海洋“数据孤岛”问题，提出了利用区块链技术解决该问题的基本思路，阐述了利用区块链的关键技术，并以支援船观测数据共享为应用背景，设计了区块链跨部门海洋数据共享平台架构与数据共享平台模型，并阐述了基于超级账本（hyperledger）联盟链技术的海洋数据共享平台实现方式和平台运行流程。     

基于工业互联网的产品全生命周期信息追溯研究

针对工业互联网产品信息追溯问题,提出一种基于区块链的工业互联网产品追溯系统.首先引入可拓学原理中的转换桥方法解决低层区块链数据采集的表示异构问题;其次采用改进的拜占庭算法建立共识,以此保证区块链节点的一致性;最后以C语言和以太坊geth区块链作为基础,对该区块链追溯系统进行开发,并给出部分信息追溯展示和区块链数据防伪验...     

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%。     

区块链技术在跨部门海洋数据共享中的应用

 基于中心化系统的传统数据共享方式面临着数据易被篡改和违规拷贝利用的安全性风险，而且维护成本高昂。为了实现海洋数据安全可靠的跨部门共享，介绍了国内外海洋数据共享领域的发展现状，分析了中国存在海洋“数据孤岛”问题，提出了利用区块链技术解决该问题的基本思路，阐述了利用区块链的关键技术，并以支援船观测数据共享为应用背景，设计了区块链跨部门海洋数据共享平台架构与数据共享平台模型，并阐述了基于超级账本（hyperledger）联盟链技术的海洋数据共享平台实现方式和平台运行流程。     

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.     

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。     

采用区块链的物联网数据共享方案

针对物联网(IoT)数据共享过程中存在的安全漏洞和隐私泄露风险,提出一种基于区块链的物联网数据共享方案.采用数据的不可篡改、分布式存储、隐私保护、可追溯及访问控制,将消息队列遥测传输(MQTT)作为通信协议和中间件,并为其提供身份认证和主题权限管理.结合国产加密算法实现密钥交换、数据摘要和加密传输,通过区块链记录设备的行为,在提高可信度的同时提供追溯的能力,采用智能合约对数据和主题进行共享和管理,实现链上链下数据协同保障数据的一致性.通过系统原型实现与测试,结果表明：该方案能够确保物联网设备之间共享数据时的安全性和隐私性,满足物联网应用性能需求,具有可行性.     

基于有向无环图的高效区块链共识算法

针对传统区块链共识算法存在效率低和大量资源浪费的问题, 提出一种使用基于ID分类的有向无环图数据结构取代传统区块链链式数据结构的算法, 解决了 传统区块链项目无法在短时间内确认大量交易的问题. 该算法使用基于ID分类的有向无环图数据结构能更简单地达成共识, 适用于多用户在同一时间进行交易确认. 该共识算法与传统区块链项目相比能在更短的时间内确认交易, 从而可节省大量的硬件资源, 且提升区块链对交易的处理效率.     

基于有向无环图的高效区块链共识算法

针对传统区块链共识算法存在效率低和大量资源浪费的问题, 提出一种使用基于ID分类的有向无环图数据结构取代传统区块链链式数据结构的算法, 解决了 传统区块链项目无法在短时间内确认大量交易的问题. 该算法使用基于ID分类的有向无环图数据结构能更简单地达成共识, 适用于多用户在同一时间进行交易确认. 该共识算法与传统区块链项目相比能在更短的时间内确认交易, 从而可节省大量的硬件资源, 且提升区块链对交易的处理效率.     

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).     

基于区块链技术的数据共享系统

区块链技术具有去中心化、公开透明、全程可追溯等技术特点,为解决数据共享及智能应用提供了新的技术方向和手段,但受限于区块链的性能等因素,数据共享应用的便捷性和使用率受到影响,为此提出了一种基于区块链技术的数据共享系统应用方案.通过分析智能电网用电信息采集系统技术架构,采用云边端协同方式,保证业务应用速度及系统性能;结合工...     

一种双故障情形的主动滑模容错控制方法

针对非线性系统发生多故障情形的主动容错控制,利用平衡学习的CMAC神经网络作为故障诊断的手段,在线估计故障函数,用滑模控制算法进行容错控制律的在线重构,实现非线性系统主动容错控制。以一双故障模式为例进行仿真,结果证明所提方法有效。