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基于社区发现的改进pbft共识算法

计算机科学与应用 2024年第6期14卷 1-14页

作者：韩涛朱王合肥工业大学管理学院安徽合肥

共识算法是区块链分布式系统的核心组成部分,它是通过遵循预设流程,使互不信任的节点最终实现数据一致性的关键算法。pbft共识算法在这一过程中能够容忍一定数量的拜占庭错误节点。大规模区块链网络中,通过pbft共识算法维护分布式账本... 详细信息

共识算法是区块链分布式系统的核心组成部分,它是通过遵循预设流程,使互不信任的节点最终实现数据一致性的关键算法。pbft共识算法在这一过程中能够容忍一定数量的拜占庭错误节点。大规模区块链网络中,通过pbft共识算法维护分布式账本的一致性,是区块链系统运行的关键。传统的pbft共识算法通过多个节点间的交叉验证,防止恶意节点的篡改和欺瞒。然而,这种方式的共识过程复杂,在大规模网络中,共识效率低下,且无法有效应对恶意节点和故障节点的影响,导致网络的稳定性难以保证。本文提出一个基于社区发现的改进pbft算法,通过节点间交易行为数据构建社交网络,根据节点间的业务关联度,利用Louvain社区发现算法进行社区划分。采用“先社区内共识,后社区间共识”的策略,降低大规模共识中的复杂度。实验结果表明,该算法能够显著降低大规模区块链网络的通信复杂度,缩短达成共识时间,提高系统的吞吐量。

关键词：区块链 pbft共识算法大规模网络社区发现

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面向物联网系统的改进pbft共识机制

计算机工程与设计 2024年第3期45卷 649-655页

作者：顾鑫戴欢唐毅孙立索梓翔苏州科技大学电子与信息工程学院江苏苏州215009 苏州和数区块链应用研究院有限公司江苏苏州215000

针对复杂网络环境中,基于传统pbft共识算法的物联网系统存在恶意伪装设备和共识响应延迟高的问题,提出一种基于位置和时间的可信双层pbft共识机制(credible-location-and-time-based Byzantine fault tolerant algorithm, CBFT)。根据... 详细信息

针对复杂网络环境中,基于传统pbft共识算法的物联网系统存在恶意伪装设备和共识响应延迟高的问题,提出一种基于位置和时间的可信双层pbft共识机制(credible-location-and-time-based Byzantine fault tolerant algorithm, CBFT)。根据边缘服务器的位置信息对设备进行分组,使用GeoHash(geographical hash, GeoHash)协议创建设备的位置定时器,根据定时器的可信时间遴选出诚信设备;基于边缘服务器的信用值生成两层网络,并行开展共识,分解共识任务;引入基于Token的信用评价机制,激励边缘服务器规范共识行为。实验结果表明,改进的共识机制能够有效筛选出恶意设备,降低共识耗时并提高系统吞吐量。

关键词： pbft共识算法物联网可信双层拜占庭容错算法边缘服务器位置定时器信用评价机制共识行为

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面向联盟链的改进pbft共识算法研究

面向联盟链的改进PBFT共识算法研究

作者：邹雯诗南昌航空大学

学位级别：硕士

区块链技术的持续发展,使得区块链的落地商业化应用逐渐增多。与此同时,联盟链的优势也变得突出。然而,联盟链常用的共识算法存在的问题也越来越明显,这一定程度上反映联盟链中的共识算法难以通用于电子政务、智慧医疗和供应链等实际的... 详细信息

区块链技术的持续发展,使得区块链的落地商业化应用逐渐增多。与此同时,联盟链的优势也变得突出。然而,联盟链常用的共识算法存在的问题也越来越明显,这一定程度上反映联盟链中的共识算法难以通用于电子政务、智慧医疗和供应链等实际的应用场景。目前这些缺陷亟待解决,最大程度地推进联盟链环境中的具体应用的落地。基于此,对联盟链中常用的pbft(Practical Byazentine Fault Tolerance)共识算法进行研究和改进,并提出了两种切实有效的解决方案。针对pbft共识算法性能低的问题,例如,吞吐量较低、通信过载高等,提出了一种针对性的改进策略,基于IC4.5决策树的pbft共识算法——ICpbft(Practical Byazentine Fault Tolerance consensus algorithm based on Improved C4.5 decision tree)。首先,引入动态信誉分类机制作为节点信誉度评估的标准,提出IC4.5决策树算法对节点分类,从而优化了主节点的选择方式,选取信誉度最高的节点作为主节点,同时增设备选主节点。同时,根据节点的行为更新节点的信誉信息,并定期将网络中的节点进行重新分类,动态监控节点的行为,降低网络中拜占庭节点的出现概率,使整个共识过程更加安全可靠。最后,改进一致性协议,主节点会根据收集到的信息对当前网络中的节点状态进行评估。如果满足条件则省略确认阶段,降低共识过程中的总通信开销。实验结果证明,该改进算法能有效地提升系统的吞吐量、通信量、时延、容错能力等性能,可以满足多数对上述性能要求较高的联盟链应用的需求。针对pbft算法因网络结构静态而无法动态增加或删除节点的缺陷,提出了一种能够实现动态增删节点的改进pbft算法,即动态pbft共识算法——Dpbft(Dynamic Practical Byzantine Fault Tolerance)。首先,在pbft共识算法中加入了BLS签名和验证过程。其次,提出了相应的节点加入和退出的流程。如果有一个新的节点请求加入到区块链网络中,或是有节点主动提出从区块链网络中退出的申请,全网的共识节点都会对该节点的请求消息进行BLS签名和聚合签名验证。在确认了该申请的有效性后,新的节点可以在不关闭网络服务的情况下加入到网络中,同时在区块数据同步完成后参与共识;而旧节点在验证通过后可以直接退出。本算法将BLS签名算法与pbft算法结合,提高效率的同时,保证签名过程的透明性和安全性。实验证明,改进后的算法能够在短时间内用BLS签名算法来验证节点的加入和退出请求,比pbft算法的三段式共识过程效率更高。

关键词：区块链联盟链 pbft共识算法 IC4.5决策树 BLS签名

基于pbft共识算法的物联网信息安全系统设计

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信息技术 2023年第9期47卷 160-164,171页

作者：刘冰宇哈尔滨医科大学附属第四医院哈尔滨150001

物联网技术在医疗、金融、智能城市建设等领域中有着重要应用,是各个行业的现代化建设必不可少的技术。但物联网的安全性较差,无法有效保护用户的隐私安全。研究利用区块链技术提升物联网的安全性与保密性,利用实用拜占庭容错共识算法... 详细信息

物联网技术在医疗、金融、智能城市建设等领域中有着重要应用,是各个行业的现代化建设必不可少的技术。但物联网的安全性较差,无法有效保护用户的隐私安全。研究利用区块链技术提升物联网的安全性与保密性,利用实用拜占庭容错共识算法提升物联网的容错性能,构建物联网信息安全系统。研究结果表明,该系统对异常节点的检测准确率超过了90%,证明物联网信息安全系统有较好的抗攻击性和容错能力,能够有效保护物联网用户的隐私安全,具有较高的实用性。

关键词：物联网信息安全区块链技术 pbft共识算法用户隐私

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基于节点划分聚类的pbft共识算法

信息技术与信息化 2023年第1期 65-69页

作者：秦伟杰三峡大学计算机与信息学院湖北宜昌443000

由于集群中节点数量增多的需求,可扩展性问题一直是pbft共识算法的研究热点。针对此问题,提出了一种基于节点划分聚类的pbft共识算法,称为Kpbft算法。为减少pbft算法中节点数量过大导致共识效率下降的问题,根据节点在pbft共识过程中的... 详细信息

由于集群中节点数量增多的需求,可扩展性问题一直是pbft共识算法的研究热点。针对此问题,提出了一种基于节点划分聚类的pbft共识算法,称为Kpbft算法。为减少pbft算法中节点数量过大导致共识效率下降的问题,根据节点在pbft共识过程中的响应情况作为数据维度,结合K-means++聚类算法对集群中的节点进行划分聚类并分级。选择聚类后的各级节点簇参与不同的共识过程,可以减少参与共识的节点总数,并且提高参与共识的节点质量。通过本地多节点仿真实验对比分析,节点划分聚类后的Kpbft算法可有效减少通信开销,提升多节点环境下的共识效率,使集群具有更好的可扩展性。

关键词： K-means++聚类算法划分聚类 pbft共识算法可扩展性共识效率

基于分组Raft机制的pbft共识算法改进方案设计

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电子技术与软件工程 2021年第24期 254-258页

作者：吴宇森刘伊然吴沅赛史庭俊扬州大学信息工程学院江苏省扬州市225127

本文针对区块链中实用拜占庭容错算法(pbft)存在节点活跃度不高,节点数量增加,性能低下,作恶节点无法被监督并被及时踢出联盟链等问题,提出了一种基于分组Raft机制的GRBFT优化方案。首先对节点进行分组,将原本pbft中的所有节点一起互相... 详细信息

本文针对区块链中实用拜占庭容错算法(pbft)存在节点活跃度不高,节点数量增加,性能低下,作恶节点无法被监督并被及时踢出联盟链等问题,提出了一种基于分组Raft机制的GRBFT优化方案。首先对节点进行分组,将原本pbft中的所有节点一起互相交互进行共识改为组内共识加组外共识,先组内遵循基于PageRank算法优化的Raft共识算法进行共识,然后组外每个小组被选出的组长将会带着组内的共识结果与其它组长遵循pbft算法进行共识。搭建了基于本改进方案的仿真模拟与性能测试系统,通过模拟实验证明了该方案的有效性以及可用性,实验结果表明,GRBFT算法比起pbft算法最大可容忍更多的恶意节点,拥有更高的吞吐量以及更低的共识时延。

关键词：区块链 pbft共识算法 Raft共识算法加权PageRank算法

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基于轻量化区块链的无人机蜂群身份认证设计

指挥控制与仿真 2024年

作者：弓皓臣胡涛吴迪牛朝阳刘成城刘凯越田志富许子俍杨思为邓文杰战略支援部队信息工程大学

区块链技术的去中心化、不可篡改和加密算法等特性是分布式组网身份认证的研究热点，但现有区块链存在算力要求高，效率低下的问题，在无人机蜂群组网中的应用受限。因此，设计了一种轻量化区块链的无人机蜂群身份认证系统。首先，构建... 详细信息

区块链技术的去中心化、不可篡改和加密算法等特性是分布式组网身份认证的研究热点，但现有区块链存在算力要求高，效率低下的问题，在无人机蜂群组网中的应用受限。因此，设计了一种轻量化区块链的无人机蜂群身份认证系统。首先，构建了基于区块链的无人机蜂群身份认证系统模型。然后，对系统中的区块链共识算法（Practical Byzantine Fault Tolerance,pbft）进行改进，提出了一种轻量化可信的pbft共识算法（Lightweight Trusted pbft,LTpbft），通过引入信誉奖惩机制和投票机制降低了拜占庭节点担任主节点的概率。最后，优化一致性协议流程，简化其Prepare阶段和Commit阶段，降低了通信复杂度，实现了轻量级认证系统。仿真结果显示，与pbft相比，LTpbft共识算法在通信开销、吞吐量、共识时延和安全性方面都有更高的效率和更强的稳定性。

关键词：无人机蜂群身份认证区块链 pbft共识算法

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基于联盟区块链的pbft共识机制研究

基于联盟区块链的PBFT共识机制研究

作者：刘双重庆邮电大学

学位级别：硕士

共识算法作为区块链的底层核心技术,用于去中心化的区块链系统中保障各节点存储数据的一致性,是当前区块链领域研究的热点内容。其中实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance,pbft)算法可以达到较好的运行效果,广泛应用于... 详细信息

共识算法作为区块链的底层核心技术,用于去中心化的区块链系统中保障各节点存储数据的一致性,是当前区块链领域研究的热点内容。其中实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance,pbft)算法可以达到较好的运行效果,广泛应用于联盟区块链中,但算法缺乏节点行为管理且共识过程通信量过大,具有较大的优化空间。本文对pbft算法中存在的问题开展深入地研究,探索可行的改进措施,具体工作概述如下:1.针对pbft算法缺乏节点共识行为管理,使得属性不同的节点地位相同,导致联盟链系统公平性及安全性较差的问题,提出一种基于信誉模型的节点管控机制。该方案首先根据共识过程中的行为表现对各节点进行可信度量化处理,按照可信度评估结果将节点标记为不同信任状态,限制不可信节点参与到共识过程;接着优化主节点选取方式,并为主节点分配较大的投票权重;最后制定针对性节点管控机制,监管节点行为。实验结果表明,相较于原方案,改进方案能够有效地减少参与到共识过程的拜占庭节点数量,在保障公平性的前提下,提高了系统安全性。2.针对pbft算法共识过程通信复杂度高,节点间通信量大,导致共识时延高的问题,提出一种基于分组的改进pbft算法。该算法首先综合评估节点可靠性,依据可靠性差异将节点划分到权限不同的群组中;接着简化一致性共识协议,将全局通信方式优化为主从交互形式来降低通信复杂度,并设计协议切换方法用以在不同场景下选择适当的共识协议;最后为满足节点动态性变化需求,设计新节点加入及旧节点退出的方法。仿真实验结果证实,改进算法可以有效地减少共识过程中节点间的通信量,缩短共识延迟,并在拜占庭容错性方面有良好表现。

关键词：联盟式区块链 pbft共识算法信誉模型分组策略

一种基于区块链技术的公安执法电子证据系统的设计与实现

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智能系统学报 2022年第6期17卷 1182-1193页

作者：王琪张嘉政刘文奇昆明理工大学数据科学研究中心云南昆明650500 昆明理工大学云南省计算机技术应用重点实验室云南昆明650504

针对公安执法环境的复杂性和电子证据取证及证据固定的困难,根据公安执法场景中电子证据的功能需求,创建了一类基于区块链技术的公安执法电子证据模型的原型系统。该系统具备分布式、不可篡改、可溯源和安全性高等特点,较好地解决了公... 详细信息

针对公安执法环境的复杂性和电子证据取证及证据固定的困难,根据公安执法场景中电子证据的功能需求,创建了一类基于区块链技术的公安执法电子证据模型的原型系统。该系统具备分布式、不可篡改、可溯源和安全性高等特点,较好地解决了公安执法电子证据在取证和诉讼中证据的易变性、逻辑混乱和时间不一致等核心问题。该系统将执法过程中涉及举证的数据上链,通过改进实用拜占庭将军容错(practical byzantine fault tolerance, pbft)共识算法来监测试图篡改执法数据的行为,利用层级监管特性启动备用共识节点以提高整体效率,基于星际文件系统(interplanetary file system, IPFS)对超大文件上链进行数据存储,有利于公安系统在处理大型数据信息时做到及时、安全与高效。最后通过公安局办案大厅执法场景的测试与分析,验证了该系统的可行性。该系统的应用可赋能公安执法电子证据举证效力的提升和司法领域反腐倡廉,并为案件侦破的串并案智能化提供可靠的数据基础。

关键词：区块链电子证据分布式存储 pbft共识算法数据库异构共识数据差分公安执法