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RG-BFT:基于随机分组的拜占庭容错算法

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计算机工程与设计 2024年第6期45卷 1661-1667页

作者：宋宇哲郑广海张鑫大连交通大学软件学院辽宁大连116028 中移(苏州)软件技术有限公司云网产品管理部江苏苏州215000

随着网络环境的复杂性和网络用户数量的不断增长,区块链的发展逐渐受到共识算法的效率、安全性和可靠性的制约。针对此类问题,提出一种基于随机分组的拜占庭容错算法(random grouping-based Byzantine fault tolerant algorithm, RG-BF... 详细信息

随着网络环境的复杂性和网络用户数量的不断增长,区块链的发展逐渐受到共识算法的效率、安全性和可靠性的制约。针对此类问题,提出一种基于随机分组的拜占庭容错算法(random grouping-based Byzantine fault tolerant algorithm, RG-BFT),提高共识算法的效率和可靠性。使用随机选择算法与投票机制相配合,减少共识过程中的节点数量和消息数。此方案具有随机性和公正性,在保证系统活性的前提下,提高了达成共识的效率。实验结果表明,RG-BFT算法能实现较低的共识时延和通信开销及高交易吞吐量。

关键词：区块链共识算法拜占庭容错算法投票机制随机性公正性高效率

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基于联邦平均的异常检测拜占庭容错算法

应用科技 2024年第2期51卷 127-134页

作者：王壮壮杨佳鹏俎毓伟陈丽芳周旭华北理工大学理学院河北唐山063210

传统联邦学习训练模型时假定所有参与方可信,但实际场景存在恶意参与方或恶意攻击模型,现有的联邦学习算法面对投毒攻击时,存在模型性能严重下降的问题。针对模型投毒问题,本文提出一种基于联邦平均(federated averaging,Fedavg)与异常... 详细信息

传统联邦学习训练模型时假定所有参与方可信,但实际场景存在恶意参与方或恶意攻击模型,现有的联邦学习算法面对投毒攻击时,存在模型性能严重下降的问题。针对模型投毒问题,本文提出一种基于联邦平均(federated averaging,Fedavg)与异常检测的联邦检测算法——FedavgCof,该算法考虑到所有参与方之间的差异对比,在中心服务器和本地模型之间添加异常检测层,通过基于聚类的本地异常检测因子(cluster-based local outlier factor,COF)异常检测算法剔除影响模型性能的异常参数,提升模型鲁棒性。实验结果表明,虽然新型投毒方式攻击性更强,但是FedavgCof能够有效防御投毒攻击,降低模型性能损失,提高模型抗投毒攻击能力,相较于Median和模型清洗算法平均提升精度达到10%以上,大幅提升了模型的安全性。

关键词：联邦学习聚合方式投毒攻击异常检测数据孤岛拜占庭容错算法联邦平均中心服务器

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网络异常情况下的拜占庭容错算法研究

计算机光盘软件与应用 2013年第15期16卷 144-145页

作者：余丽静贵州师范学院数学与计算机科学学院贵阳550018

随着电子商务网站等分布式应用的高速发展,系统的可用性已经受到了越来越多的重视。关键的服务不仅需要能够容忍良性错误,还需要能够容忍拜占庭错误。针对当前大部分的拜占庭容错算法主要针对算法正常执行的问题,提出了考虑出错情况下... 详细信息

随着电子商务网站等分布式应用的高速发展,系统的可用性已经受到了越来越多的重视。关键的服务不仅需要能够容忍良性错误,还需要能够容忍拜占庭错误。针对当前大部分的拜占庭容错算法主要针对算法正常执行的问题,提出了考虑出错情况下的拜占庭容错算法。该算法主要考虑实际过程中服务请求端和服务提供端的主复制品可能发生错误而没有响应,或者因网络拥塞而使响应没有及时送达等网络异常的情况。该算法解决了其他拜占庭容错算法在网络发生异常的情况下不能正常工作的问题,具有更强的适应性。

关键词：复制品网络异常拜占庭容错算法

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基于推荐信任模型改进拜占庭容错共识算法

计算机应用研究 2023年第3期40卷 667-670页

作者：张猛王宝成北方工业大学信息学院北京100043

针对拜占庭容错算法存在通信开销大、节点选取简单、对恶意节点缺乏惩罚机制的问题,提出了一种基于推荐信任模型的改进拜占庭容错共识算法。引入P2P网络下的推荐信任模型,根据节点在共识阶段的行为,计算各节点的全局信任值,使用节点选... 详细信息

针对拜占庭容错算法存在通信开销大、节点选取简单、对恶意节点缺乏惩罚机制的问题,提出了一种基于推荐信任模型的改进拜占庭容错共识算法。引入P2P网络下的推荐信任模型,根据节点在共识阶段的行为,计算各节点的全局信任值,使用节点选取机制,解决节点选取简单的问题。全局信任值高的节点进入共识组,恶意节点被踢出共识组不再参与共识,解决恶意节点缺乏惩罚机制的问题。实验表明,R-PBFT较PBFT具有更低的网络开销和更高的容错性。

关键词：区块链拜占庭容错算法推荐信任模型

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基于文化遗传算法的毒品检验区块链共识算法优化

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吉林大学学报（工学版） 2022年第3期52卷 684-692页

作者：姜斌祥姜彤彤王永雷山东建筑大学信息与电气工程学院济南250101 中国政法大学青少年犯罪与少年司法研究中心北京100088 山东大学计算心理学研究院济南250101 湖南亿恩科技有限公司AI研究院山东青岛266000

针对当前我国毒品检验实验室各自独立检验,且实验室之间没有任何信息往来,形成了大量毒品检验信息孤岛,障碍了毒品检验数据共享和串并案研判预警的问题,本文提出采用联盟链实现毒品检验的实验室数据共享,并分析了毒品检验联盟链共识算... 详细信息

针对当前我国毒品检验实验室各自独立检验,且实验室之间没有任何信息往来,形成了大量毒品检验信息孤岛,障碍了毒品检验数据共享和串并案研判预警的问题,本文提出采用联盟链实现毒品检验的实验室数据共享,并分析了毒品检验联盟链共识算法。针对共识算法优化的问题,提出采用文化遗传算法对毒品检验区块链共识算法进行优化。首先,基于哈希函数改造了遗传算法(GA)形成高效的哈希遗产算法HGA。然后,引入文化算法对HGA进行改造,形成了高效的文化遗传算法(CHGA)。进而,结合Pareto多目标优化技术对CHGA进行改进,形成多目标优化高效文化遗传算法(PCHGA),并用PCHGA解决拜占庭容错共识算法的问题,形成多目标优化文化遗传算法的实用拜占庭算法PCHGA-PBFT,并以上述算法解决了PBFT的共识节点候选集和主节点选举的问题,获得了PBFT共识优化的可用算法。仿真实验结果表明,采用本文优化算法在共识节点集选优和主节点择优上达到了预期效果。

关键词：联盟区块链毒品检验拜占庭容错算法文化遗传算法哈希函数多目标优化

基于k-means的动态多组织PBFT算法

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重庆大学学报 2024年第7期47卷 125-139页

作者：杨雨浓唐凌翔王洪重庆师范大学计算机与信息科学学院重庆401331 重庆师范大学数字教育工程与应用研究中心重庆401331

联盟区块链系统被广泛用于金融和物流等场景。现有应用于区块链系统的实用拜占庭算法(practical Byzantine fault tolerance,PBFT)存在可扩展性较低及通信成本较高等问题,阻碍了区块链系统在大规模场景中的应用。针对上述问题,提出了一... 详细信息

联盟区块链系统被广泛用于金融和物流等场景。现有应用于区块链系统的实用拜占庭算法(practical Byzantine fault tolerance,PBFT)存在可扩展性较低及通信成本较高等问题,阻碍了区块链系统在大规模场景中的应用。针对上述问题,提出了一种动态多组织实用拜占庭容错算法(k-means-practical Byzantine fault tolerance,k-PBFT)。通过改进k-means算法,根据节点的时延以及节点间通信距离将节点分为多个自治组织,各组织之间通过组织代表节点进行通信。当新节点加入时,根据其特点将其分配到最合理的组织。同时,引入信誉机制以辨别系统中的诚实节点与恶意节点,从而提高系统的安全性。此外,该算法还引入节点任期机制,使区块链中每个诚实节点都有机会充当组织代表节点或主节点。实验结果表明,与PBFT算法相比,k-PBFT算法通信复杂度降低了75%;当节点数为100时,相比于PBFT算法,时延降低了210 ms,吞吐量提高了100%。在高延迟环境下,相较于基于信誉分组的PBFT改进算法,当节点数为100时,时延降低了20%,吞吐量提高了17%。

关键词：区块链拜占庭容错算法 k-means算法信誉机制节点任期机制

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结合动态信用机制的PBFT算法优化方案

计算机工程 2023年第2期49卷 191-198页

作者：刘泽坤王峰贾海蓉太原理工大学信息与计算机学院太原030024

实用拜占庭容错(PBFT)共识算法被广泛应用于金融机构、电子货币行业、农产品溯源等领域,但存在灵活性较差、拜占庭节点处理方式不足、通信开销和网络时延较大等问题。提出基于动态机制与信用积分机制的实用拜占庭容错共识算法DT-PBFT。... 详细信息

实用拜占庭容错(PBFT)共识算法被广泛应用于金融机构、电子货币行业、农产品溯源等领域,但存在灵活性较差、拜占庭节点处理方式不足、通信开销和网络时延较大等问题。提出基于动态机制与信用积分机制的实用拜占庭容错共识算法DT-PBFT。引入动态加入或退出机制,使集群内的节点可以按需自由加入或退出,增加信用积分机制,通过分层机制将节点按可信任程度分为备用主节点层、中间层、警告层和清理层,采用惩罚机制降低节点连续作恶的可能性,以保证从备用主节点层中优先选择最优的主节点,大幅提高共识效率。同时,通过剔除网络清理层中的拜占庭节点,提高算法的运行效率。在此基础上,通过优化一致性协议对共识流程进行改进,减少一轮全网节点信息交互确认流程,从而降低通信开销。实验结果表明,当节点数为22时,相比DGPBFT、DDBFT和PBFT算法,DT-PBFT算法具有较优的灵活性,吞吐量和交易请求有效完成率分别为292 transaction/s和83.4%,CPU利用率为50%,相比PBFT算法,延迟降低了350 ms。

关键词：区块链动态加入机制拜占庭容错算法信用机制分层机制

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改进拜占庭容错的电力交易研究

信息与电脑 2024年第12期36卷 39-42页

作者：王莹国能宁夏能源销售有限公司宁夏银川750000

全国统一电力市场建设向纵深推进,使得电力交易的效率和安全性面临重大挑战。鉴于此,本研究在构建智慧合约电力交易模型中引入了改进实用拜占庭容错算法,对交易进行优化。研究表示,新算法共识时间最短为6.3秒,合约执行成功率最高为99.9... 详细信息

全国统一电力市场建设向纵深推进,使得电力交易的效率和安全性面临重大挑战。鉴于此,本研究在构建智慧合约电力交易模型中引入了改进实用拜占庭容错算法,对交易进行优化。研究表示,新算法共识时间最短为6.3秒,合约执行成功率最高为99.9%。因此,该方法能有效提升电力交易的效率和安全性,为该领域的发展提供了一种全新的思路。

关键词：智能合约拜占庭容错算法电力交易主节点

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基于改进PBFT算法的PKI跨域认证方案

网络与信息安全学报 2020年第4期6卷 37-44页

作者：钱思杰陈立全王诗卉东南大学信息科学与工程学院江苏南京210096 东南大学网络空间安全学院江苏南京210096 紫金山实验室江苏南京211100

为解决现有公钥基础设施跨域认证方案的效率问题,利用具有分布式和不易被篡改优点的区块链技术,提出基于联盟区块链的跨域认证方案。一方面,该方案对联盟链在传统实用拜占庭共识算法(PBFT)的基础上加入了节点动态增减功能;改进了主节点... 详细信息

为解决现有公钥基础设施跨域认证方案的效率问题,利用具有分布式和不易被篡改优点的区块链技术,提出基于联盟区块链的跨域认证方案。一方面,该方案对联盟链在传统实用拜占庭共识算法(PBFT)的基础上加入了节点动态增减功能;改进了主节点选举方式;将三阶段广播缩减为两阶段广播,减少了通信开销。另一方面,该方案设计了联盟链跨域认证协议,给出了区块链证书格式,描述了跨域认证协议,并进行了安全和效率分析。分析表明,在安全方面,该方案具有抵抗分布式攻击等安全属性;在效率方面,与已有跨域认证方案相比,该方案在计算开销上、通信开销上都有优势。

关键词：跨域认证区块链拜占庭容错算法公钥基础设施