摘要:区块链技术借鉴了非对称算法密码学、对策论、分布式集群关系、控制论等多个领域的技术成果,具有降低互信成本、法律成本、协作成本和操作风险等优点,可以改变金融业很多业务模式。区块链技术发展迅速,但是技术处于发展早期,技术与业务融合度未能达到业界的期待。在现有法律和业务环境下,存在可替换中心节点的区块链系统更具实际应用价值。本文分析委托权益人证明机制(Delegate Proof of Stake),将研究的着重点放在解决困扰联盟链的利益分配问题,结合博弈论中合作博弈利益分配的研究,应用根据边际贡献确定节点收入的理念,合理分配委托权益人证明机制中的资源。本文的主要贡献在于从经济学和计算机科学两个角度研究了区块链的共识算法,为后续对数字货币的经济学原理和计算机原理深入分析做了铺垫。基于博弈论建立的经济利益再分配模型,提高了节点的收入公平性,遵循了普适的经济学原理。

摘要:共识协议作为区块链的核心技术,近年来已经得到学术界和产业界的广泛重视,并取得了一系列研究成 果.当前,关于共识协议的综述研究一般将共识协议作为整体进行比较分析,缺乏对共识协议中主要步骤的解耦与比 较.将共识协议分为出块节点选举和主链共识两个主要步骤,并针对每个步骤进行协议间的分析比较.在出块节点选 举部分,主要讨论工作量证明和权益证明,分析其中存在的问题以及相应解决方案的分类比较.在主链共识部分,针 对概率性共识和确定性共识,总结其安全目标,并进行安全性分析比较.通过对区块链共识协议的系统梳理,最后总 结共识协议的发展现状和发展趋势,以及未来的重要研究方向.

摘要:近年来，区块链及其相关技术发展迅速，区块链也迅速成为了学术界的热门领域。然而，区块链的共识算法在资源花 销、能源耗费和性能上都饱受诟病，因此需要制定一个能衡量其执行效率的指标，以评价其设计是否优良。由于共识算法的资 源花销、能源耗费以及性能之间相互关联且关系复杂，因此有必要从“效能”的角度对现有区块链的共识算法加以分析，并总结 研究思路。文中总结了区块链共识算法的效能优化研究进展。首先定义区块链共识算法的效能为“在正确性和有效性的前提 下计算的共识算法性能、所需资源和能源消耗”，并分析这３个影响因素的关联；然后从公有链与联盟链两方面对共识算法的效 能优化进行整理与总结；最后从多链区块链、多个区块链与ＢａａＳ这３个方面提出关于共识算法的资源共享问题，以供研究人员 参考。

摘要:区块链是以比特币为代表的数字加密货币体系的核心支撑技术，可以为金融、经济、科技甚 至政治等领域带来深刻变革．它融合了分布式系统、密码学、博弈论等学科建立了一种新型的信任模 型．共识机制作为区块链技术的核心，有着维护区块链系统稳定运行和节点相互信任的重要作用．近 年来随着区块链技术的火热，共识算法较之前有了长足进步．首先通过分析区块链的核心技术引出 共识机制的应用场景和要解决的问题，随后深入介绍了共识机制发展到目前为止代表性的算法并进 行分析，希望能对共识机制的研究提供思路和借鉴．

摘要:自比特币被提出以来, 数字货币开启了新的时代, 而其背后的区块链技术也逐渐受到各界人士的 重视. 共识机制作为区块链技术的核心, 决定了区块链的安全性、可扩展性和去中心化程度等许多重要特 性. 本文从系统模型、共识机制本质、激励设置和安全攻击等角度对现有共识机制进行研究. 首先研究了 共识机制的模型, 对网络模型、敌手模型和腐化模型给出定义和分类. 在不同的模型基础上, 将现有共识 机制分为经典分布式共识和区块链共识. 其次, 对于经典分布式共识, 研究了PBFT、Paxos 等分布式一 致性算法及其改进, 给出了算法具体流程和优缺点分析. 再次, 对于区块链共识, 根据应用场景的不同将其 分为授权共识机制和非授权共识机制, 将非授权共识分为基于工作量证明的共识机制、基于权益证明的共 识机制、采用单一委员会的混合共识、采用多委员会的混合共识和其他共识机制. 对于每一类共识机制, 给出其基本流程, 深入分析典型方案, 指出其存在的优缺点、交易规模以及可能面临的攻击方式. 最后, 指 出了区块链时代共识机制在安全、扩容、启动、激励等层面的研究热点和发展方向.

摘要:随着区块链技术的发展，其共识机制也在不断进化，在公有链和许可链的不同场景下，区块链系统的共识机 制也会有所不同。在公有链共识机制上，从ＰｏＷ 共识机制入手分析其优缺点，探讨了为解决ＰｏＷ 缺点所形成的不 同解决思路及应运而生的一系列共识机制，并分析了不同解决方案的优缺点；在许可链共识机制上，根据是否需要 解决拜占庭将军问题分类讨论了两类共识机制，并着重探索了拜占庭将军问题下的一些新的共识机制。最后展望 了未来区块链共识机制的发展方向。

摘要:区块链以比特币底层技术的身份出现,经过近年来的发展已经被各个领域进行了深入的研究。作为一个典型的去中心化的分布式数据存储系统,区块链系统中所有参与者之间达成的共识需要共识机制来实现。为使得区块链能够适用于不同的应用场景,不同的共识机制被提出,随着区块链应用的进一步发展,共识机制的相关研究也越来越多。但是,现有的一些共识机制仍在各种方面存在着一些问题。在本文的工作当中,首先分析总结了区块链技术中经典的分布式共识机制,重点研究分析了PBFT共识机制及其相关的改进方案及PBFT现存的问题。以此为基础,提出了两种不同的改进方案。首先,针对PBFT缺乏动态性的问题,提出了基于投票机制的拜占庭容错共识机制(Votingbased Practical Byzantine Fault Tolerance,VPBFT)。在VPBFT中引入了投票机制,将系统中的节点划分为具有不同职责的4种类型,并赋予节点之间的数量关系,当节点数目发生变化时,可自行根据数量关系计算,保证有动态性。同时,使用“两阶段”共识模式代替PBFT“三阶段”,降低网络带宽的消耗。另外,通过实验和仿真对比分析了VPBFT与PBFT及其改进方案能耗、容错性、时延等性能,得出改进方案VPBFT具有动态性、可靠性和安全性,同时在能耗、容错性、时延等方面比PBFT及其改进共识机制更优。其次,针对PBFT缺乏动态性、因节点增多导致通信次数大量增加等问题,提出了基于机器学习的拜占庭容错共识机制(Machine learning-based Practical Byzantine Fault Tolerance,MLPBFT)。MLPBFT利用K-means聚类算法完成节点的初始划分,在完成以此共识后自动调整K-means聚类算法,当节点数目发生变化时,调整后的K-means聚类算法自动启动,将变化后的节点集合划分为包括恶意节点和3类进行共识过程的节点等4种类型,使其具有动态性。其共识过程采用“两阶段”模式,降低了共识耗时和通信次数。另外,客户节点在等待共识结果的时间内,充分利用本身的资源运行逻辑回归算法对此次共识结果进行预测,并根据预测概率提前生产数据区块暂存。经过实验测试和仿真分析,MLPBFT在具有动态性和安全性的同时,在共识耗时、能耗、吞吐量、容错性、通信次数等方面均优于PBFT。

摘要:区块链技术作为一种去中心化的基础架构与分布式计算范式,已经引起政府部门、金融机构、科技企业和资本市场的高度重视与广泛关注.去中心化是区块链技术的核心优势,如何在分布式系统中高效达成共识是制约区块链技术发展应用的重要问题.目前已有多个研究机构及科技公司发布了适用于不同应用场景的共识机制.对现有的几种典型共识机制及其不同变形的算法原理进行深入分析,通过对比,阐述现有共识机制的优缺点,明确区块链技术发展所需的新型共识机制的基本要求,并提出新型共识机制算法设计中的一些基本思路.

摘要:【目的】 分析拜占庭问题的应用,梳理联盟链共识机制的相关研究。【文献范围】 以Consensus Mechanisms和共识机制为检索词,分别检索WoS、ResearchGate、arXiv以及中国知网,人工筛选联盟链共识机制相关的文献,最终选取74篇相关文献。【方法】 梳理区块链共识机制及其分类方法,回顾拜占庭问题在分布式领域的应用,研究强共识的共识机制和授权共识机制。【结果】 总结拜占庭问题、布鲁尔定理、拜占庭系统和拜占庭容错机制的发展过程以及内在联系;提出联盟链共识机制的基本流程和评价标准;基于安全性和时延性将联盟链共识机制分为4类。【局限】 理论上可用于联盟链的共识机制较多,本文未全部展开介绍。【结论】 联盟链共识机制的研究推进了区块链的落地实践,从容错能力、通信时延、转换效率等维度改进共识机制是联盟链共识机制未来的研究方向。

摘要:作为比特币的底层技术，区块链本质上是一个去中心化的分布式数据库，其中底层的数 据以密码学为基础构建出区块数据。近年来，区块链技术的相关研究不断增多，以区块链技 术为基础的应用不断涌现，其中在数据存证领域，区块链技术有着天然优势。但是面对不同 的应用场景，区块链底层的共识机制需要进行相应的改进，因此围绕区块链底层共识机制的 研究也随之增多，一些分布式系统中的共识机制也逐渐在区块链的共识机制中被使用。 在本文的工作里，首先总结了区块链技术中常见的共识机制，并从安全性以及时延特性 的角度对代理权益共识机制 DPoS(Delegated Proof of Stake)以及 Raft 共识机制进行分析。在 DPoS 共识机制的基础上提出多分组代理共识机制 MG-DPoS(Multi Groups Delegated Proof of Stake)，通过对网络中节点进行分组以及二阶段推选主节点的方式，增强了共识机制的容错 性。同时在主节点共识阶段，使用了主节点更换协议以提高共识机制的安全性。在完成共识 机制的改进设计之后，与 DPoS 共识机制相比，MG-DPoS 共识机制在时延性能以及吞吐量性 能方面得到了提升。 在本文提出的 MG-DPoS 共识机制的基础之上，设计并实现了一个由数据层、区块链共 识层以及应用层组成的数据存证系统，对系统中的各项业务流程与功能模块进行设计。最后 对系统中的单元模块以及主要功能模块进行测试，并且对系统吞吐量性能进行测试。

摘要:互联网在给人们带来便利的同时也潜藏着安全隐患。近年来隐私泄露、保密信息泄密、网络欺诈等网络安全问题频频发生,一定程度上阻挠了互联网经济的发展。以比特币为代表的区块链(blockchain)技术,因其具有去中心化、防篡改、可溯源等特性,它的出现给解决现有网络系统在信息安全上遇到的问题带来了新的曙光。在区块链的实际商业化应用中,考虑到权限管理和数据安全性等因素,弱中心化的联盟链体系愈发受到重视。然而现有单链式区块链在联盟链环境中存在共识算法数据吞吐量较低及资源开销较大等问题,同时单链结构难以支持多样化数字资产的并发处理,留下了隐私数据容易泄露的隐患。针对上述问题,本文基于联盟链环境,结合共识算法及区块链结构,展开了针对联盟链环境的多链式区块链共识性能的研究。针对联盟链环境对共识算法高数据吞吐量及低资源开销的需求,本文在动态授权拜占庭容错算法的基础上引入了简化共识机制及代表节点集合转换机制,精简视图转换过程并优化了区块数据动态恢复流程,提出适用于联盟链环境的主动动态授权拜占庭容错算法,并对该算法的数据吞吐量与时间延迟情况进行了实验分析,检测了在部分节点失效情况下的共识情况以及数据恢复情况。实验结果表明主动动态授权拜占庭容错算法在数据吞吐量提高的同时节点容错率从20%提升至33%,并且有效降低了数据恢复阶段高通信量对共识性能影响。针对联盟链环境对高隐私性数据并发处理的需求,本文提出一套基于主动动态授权拜占庭容错算法的多链结构,设置了相互独立的用户区块链与数据区块链,将区块链应用功能与隐私数据隔离,并通过哈希值锚定链接,增强了区块链数据的安全性、隐私性和可监管性。并通过实验证明引入主动动态授权拜占庭容错算法的多链结构在并发状态下数据吞吐量有明显改善,能够更加有效的满足联盟链环境的数据存储性能需求。最后对本文的工作进行了总结,分析了现有成果与其不足之处,对后续研究提出了方向。

摘要:针对Hyperledger Fabric使用固定背书节点处理交易所带来的安全风险和性能瓶颈问题, 提出了一种非交互、可验证的随机化背书节点优化方案. 基于“背书-排序-验证”的Hyperledger Fabric共识模型, 引入背书节点候选集, 使用可验证随机函数随机抽取背书节点进行交易背书, 实现了可验证情况下背书节点的非交互式随机选取和背书过程的并行处理. 分析和实验表明, 优化后的共识机制具有更高的安全性和更快的交易处理速度.

摘要:比特币以及以太坊、超级账本等系统的兴起，区块链技术受到越来越多的关注。区块链是众多技术结合 的产物，共识算法在区块链中起着至关重要的作用，共识算法的优劣直接影响着区块链系统的优劣。针对不同特点的 区块链系统，采取的共识算法也不相同，不同的共识算法各有优劣。目前，效率问题是区块链中共识算法面临的主要 问题之一。为了提高区块链系统中共识算法的运行效率，首先介绍了区块链中共识算法的各种潜在的优化方案，然后 以联盟链中常用的PB丌共识算法的改进算法dBFT为研究对象，结合聚合签名技术以及双线性映射技术对dBFT 的共识过程进行优化，并与原方案进行比较。优化后的聚合dBFT共识算法可以有效降低区块链系统中签名的空间 复杂度。

摘要:随着比特币的风靡和金融科技时代的到来,区块链技术也越来越受各国政府、组织和企业的关注。作为比特币的底层技术,区块链具有去中心化、防篡改和可追溯等特性,在征信、融资、债券、股权、知识产权以及不动产证明等领域具有广阔应用前景。共识算法是区块链的引擎与核心,决定系统能否满足分布式一致性,对系统吞吐量、交易确认时间、应用场景及容错性等方面也具有重要影响。在此背景下,本文提出了CBFT(Consortium Byzantine Fault Tolerance,拜占庭容错)算法,实验验证该算法的同时,将其应用于具体场景。本文的主要研究内容如下:(1)分析了区块链及其底层技术原理,重点介绍了以太坊区块链技术,分层阐述了以太坊架构模型,同时,分析了PoW、PoS等区块链共识算法的原理与实现,对PBFT等分布式一致性算法的结构和流程进行了说明,这些技术原理为区块链共识算法研究与改进提供了理论依据和技术支撑。(2)针对PoW等算法吞吐量低、交易确认时间长、应用场景及容错性问题,提出了在联盟链场景下,将拜占庭容错机制作为区块链共识机制,并加以改进,具体包括:结合以太坊区块链技术和拜占庭容错机制,转变共识网络的计算和处理模式,减少检查点等额外开销,同时,通过区块缓存机制提高共识效率,通过针对不同区块高度的同步与签名算法保证联盟链场景下数据一致性,通过智能合约技术实现节点动态变更功能。在此基础之上,设计并实现了CBFT算法,实验验证了该算法在吞吐量、交易确认时间等方面较比特币和以太坊等系统具有一定优势,同时具有一定容错性。(3)针对传统集中式仓单交易系统过度中心化、单点故障、伪造数据和难以规避票据市场风险等问题,将CBFT算法应用于仓单交易模型,重新定义了仓单交易模式。同时,在联盟链环境下,构建了基于该算法的仓单交易平台,通过模拟仓单挂牌交易业务的操作,验证了该算法在实际场景中能够满足需求,并有效地完成该业务的共识工作。