区块链共识算法研究与实现

作     者：郭垚垚 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王东滨

授予年度：2021年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 

主      题：区块链 共识算法 实用拜占庭容错 数字签名 

摘      要：区块链技术具有去中心化、不可篡改等优点逐渐得到了关注。区块链共识算法是区块链系统节点在分布式和不可靠环境下达到数据状态一致性的更新协议,共识算法的性能直接影响区块链系统的效率。但是由于算法共识过程中每个参与者需要多次广播消息导致通信成本较高,节点数量较多情况下导致系统延迟过高吞吐量降低。本文针对现有区块链共识算法中节点通信成本过高问题,研究了实用拜占庭类容错共识算法和数字签名等相关技术,提出了改进基于阈值签名技术的拜占庭容错算法,设计并实现了区块链共识算法系统。本文的主要研究内容如下:针对基于阈值签名实用拜占庭容错算法的多个阶段签名验证问题,提出了基于阈值签名技术实用拜占庭容错算法,减少了算法的处理阶段和签名处理过程,降低请求处理时延。改进后的算法在回复阶段副本节点将执行结果转发给客户端,客户端验证收集达到阈值个数的结果,在保证算法安全性和系统活性的前提下减少签名处理过程。最后实验测试结果表明该算法能够有效的降低延迟,提高系统吞吐量增加系统的可扩展性。本文实现了区块链共识算法系统。对系统进行需求分析并设计完成了客户端请求处理模块、消息签名模块、共识模块、用户交互模块等功能模块。并通过实验测试验证了模块间逻辑功能正确性和系统完备性。