一种基于QKD的多方拜占庭共识协议

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作者 谢四江 程安东 公鹏飞 《信息网络安全》 CSCD 北大核心 2023年第8期41-51,共11页

经典拜占庭共识协议使用的数字签名在量子计算的攻击下暴露出了脆弱性。现有的很多量子安全拜占庭共识协议使用量子纠缠等技术,建设成本高,难以普及推广,而使用量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)等较为成熟的无纠缠量子技术... 经典拜占庭共识协议使用的数字签名在量子计算的攻击下暴露出了脆弱性。现有的很多量子安全拜占庭共识协议使用量子纠缠等技术,建设成本高,难以普及推广,而使用量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)等较为成熟的无纠缠量子技术保障抗量子攻击更具实用性。因此,文章在无纠缠多方量子拜占庭协议基础上,通过加入公告板、改变共识流程和使用无条件安全的MAC等手段,提出一种基于QKD的多方拜占庭共识协议。该协议修复了无纠缠多方量子拜占庭协议的3个安全风险,减少了对QKD生成密钥的使用量,将共识目标由可检测拜占庭共识协议(Detectable Byzantine Agreement,DBA)提升到拜占庭共识协议(Byzantine Agreement,BA),并保持了容忍任意多拜占庭节点的特点,在安全性、可扩展性和运行效率等方面均有提升。 展开更多

关键词 拜占庭共识协议 公告板 QKD 抗量子攻击

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基于Gossip协议的拜占庭共识算法 被引量：24

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作者 张仕将 柴晶 +1 位作者 陈泽华 贺海武 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2018年第2期20-24,共5页

区块链是一种对等网络的分布式账本系统,具备去中心化、不可篡改、安全可信等特点,因此受到了广泛关注。在区块链系统中,典型的拜占庭错误包括操作错误、网络延迟、系统崩溃、恶意攻击等。现有共识算法不仅对区块链中拜占庭节点的容错... 区块链是一种对等网络的分布式账本系统,具备去中心化、不可篡改、安全可信等特点,因此受到了广泛关注。在区块链系统中,典型的拜占庭错误包括操作错误、网络延迟、系统崩溃、恶意攻击等。现有共识算法不仅对区块链中拜占庭节点的容错能力低,而且对区块链系统的可扩展性差。针对这一问题,文中提出了基于Gossip协议的拜占庭共识算法,使系统可以容忍小于一半的节点为拜占庭节点,能够达到XFT共识算法的容错能力。同时,因为采用了统一的数据结构,所以系统具有更好的可扩展性,并且有利于正确节点识别区块链系统中的恶意节点。在该算法中,提案节点随着区块链长度的变化而转移,系统中所有节点都处于对等的地位,从而避免了单点故障问题,进而使得系统具有更好的动态负载均衡的性能。 展开更多

关键词 区块链 拜占庭错误 共识算法 GOSSIP协议 可扩展性

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一种基于拜占庭容错的PoS共识协议形式化分析方法 被引量：2

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作者 陈凯杰 熊焰 +1 位作者 黄文超 武建双 《信息网络安全》 CSCD 北大核心 2021年第8期35-42,共8页

区块链共识协议是一种确保区块链网络中不同节点的数据达成一致的重要机制,随着区块链应用的爆发性增长,针对区块链共识协议的攻击不断出现。文章提出一种基于拜占庭容错的PoS共识协议形式化分析方法,通过归纳建模共识节点整体状态迁移... 区块链共识协议是一种确保区块链网络中不同节点的数据达成一致的重要机制,随着区块链应用的爆发性增长,针对区块链共识协议的攻击不断出现。文章提出一种基于拜占庭容错的PoS共识协议形式化分析方法,通过归纳建模共识节点整体状态迁移解决协议模型状态空间爆炸问题,同时结合实际安全威胁形式化建模信道模型和攻击者模型,根据协议一致性要求形式化描述两大类安全属性并进行形式化验证。实验结果表明,该类协议具有拜占庭容错能力。最后,文章分析了针对0确认交易的双花攻击所需的条件,并提出防护方法。 展开更多

关键词 区块链共识协议 拜占庭容错 归纳建模 形式化分析

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异步共识协议研究综述

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作者 张凌越 张宗洋 +2 位作者 周游 王卓 刘建伟 《密码学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第4期740-770,共31页

共识协议作为区块链的底层核心技术,近年来受到研究者们的广泛关注并取得了大量研究成果.异步共识协议是一种不依赖于任何时间假设的经典分布式共识协议,本文从设计原理、性能表现和安全特性等角度对现有的异步共识协议进行研究.首先,... 共识协议作为区块链的底层核心技术,近年来受到研究者们的广泛关注并取得了大量研究成果.异步共识协议是一种不依赖于任何时间假设的经典分布式共识协议,本文从设计原理、性能表现和安全特性等角度对现有的异步共识协议进行研究.首先,根据功能分类总结了异步共识协议的主要构造原语,深入分析了各类共识原语中典型协议的设计原理.其次,针对各类共识原语,辩证分析了典型协议的性能表现,探讨其安全特性及存在问题.最后,总结了异步共识协议在安全、性能、功能等层面的研究热点和发展方向. 展开更多

关键词 区块链 异步共识协议 分布式系统 拜占庭容错

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面向跨信任域互联网场景的拜占庭容错访问控制架构

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作者 韩将 张振峰 +2 位作者 刘雨果 胡可欣 何双羽 《软件学报》 北大核心 2025年第9期4223-4240,共18页

工业界现用的访问权限控制技术愈来愈难以应对广域互联网场景下部署的分布式系统的访问控制问题,特别是跨多个信任域部署的大型信息系统在地理分布上不断分散化,造成防护弱点不断增加.基于共识的访问控制策略共享技术能够使跨信任域部... 工业界现用的访问权限控制技术愈来愈难以应对广域互联网场景下部署的分布式系统的访问控制问题,特别是跨多个信任域部署的大型信息系统在地理分布上不断分散化,造成防护弱点不断增加.基于共识的访问控制策略共享技术能够使跨信任域部署的访问控制节点安全快速地达成一致决策.首先提出面向多节点的基于共识的访问权限控制模型,提出强安全高性能的访问控制引擎共识算法Super-Dumbo.该算法突破Dumbo2共识协议的性能瓶颈,优化消息广播、随机掷币、共识算法设计等关键步骤的设计,减少数字签名验证等计算开销、有效提升带宽利用率,从而在吞吐量和延迟时间等性能方面取得大幅提升,满足CBAC访问控制模型对底层共识算法低延迟、大吞吐量的性能要求. 展开更多

关键词 分布式访问控制 拜占庭容错 异步共识协议 基于共识的访问控制

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一种基于双链的区块链共识机制 被引量：6

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作者 旋逸昭 赵红武 金瑜 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期139-148,共10页

共识机制是区块链系统的核心技术,目前针对“非币”区块链系统提出的基于贡献值证明与工作量证明(Po C+Po W)的共识机制存在共识效率较低、可靠性和安全性不高、算力消耗大的缺点。提出一种新的基于双链的共识机制CON_DC_PBFT。在该共... 共识机制是区块链系统的核心技术,目前针对“非币”区块链系统提出的基于贡献值证明与工作量证明(Po C+Po W)的共识机制存在共识效率较低、可靠性和安全性不高、算力消耗大的缺点。提出一种新的基于双链的共识机制CON_DC_PBFT。在该共识机制中设计一种业务链-系统链双链结构,将贡献值等系统数据和主要业务数据分离到双链中各自完成共识处理,双链的共识表现为半独立的形式,业务链共识消息流受系统链监督协调,并且系统链根据贡献值随机指定业务链的记账节点,双链的分工与协同实现并行化和流水化,改善共识的效率。由于贡献值数据不能被轻易获取,通过拜占庭通信机制和节点随机选择算法,降低节点遭受攻击和系统停滞的风险。通过实验综合分析出块选择概率、单点故障率、节点数、区块传输速率、CPU使用率对共识机制的性能影响,结果表明,与Po C+Po W机制相比,CON_DC_PBFT共识机制节省了50%以上内存、存储资源占用,在综合共识时延上有30%以上的改善。 展开更多

关键词 区块链 共识机制 双链结构 拜占庭容错协议 非币场景下的区块链 贡献值

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一个高传输效率的多值拜占庭共识方案 被引量：4

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作者 郭兵勇 李新宇 《密码学报》 CSCD 2018年第5期516-528,共13页

拜占庭协议一直是分布式计算领域的重要研究内容,近年来广泛应用于各种电子货币系统的设计.由于传统拜占庭协议的应用场景规模较小,系统着重于良好带宽下的交互简化、计算代价优化等方面.然而,在电子货币等部署于大规模网络环境的应用中... 拜占庭协议一直是分布式计算领域的重要研究内容,近年来广泛应用于各种电子货币系统的设计.由于传统拜占庭协议的应用场景规模较小,系统着重于良好带宽下的交互简化、计算代价优化等方面.然而,在电子货币等部署于大规模网络环境的应用中,参与节点多而分散,网络传输时效难以得到保证,并且传输的数据量往往很大,这对拜占庭协议在弱同步甚至是完全异步环境下的安全性和传输效率提出了更高的要求.Miller等人在2016年构造的HoneyBadger BFT是第一个完全异步环境下的实用拜占庭协议.尽管HoneyBadger BFT的传输效率相比其他异步拜占庭协议具有明显优势,在本文中我们指出HoneyBadger BFT的传输效率可以进一步提高.本文提出了一种"先共识消息哈希,后请求缺失消息"的共识思路,进而构造了一个新的共识方案,通过减少节点之间不必要的消息传输实现了比HoneyBadger BFT更高的传输效率. 展开更多

关键词 多值的 共识 拜占庭协议 传输效率

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基于路径存储表的Hashgraph共识算法优化与实现

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作者 刘寅昊 蒋文保 +1 位作者 孙林昆 王勇攀 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期166-178,共13页

Hashgraph是一种数据采用有向无环图(DAG)结构的区块链共识算法,Hashgraph引入了虚拟投票的概念,允许节点在无额外通信开销的情况下并发出块,实现异步场景下的拜占庭容错。然而,Hashgraph提出的虚拟投票算法存在算法时间复杂度较高、共... Hashgraph是一种数据采用有向无环图(DAG)结构的区块链共识算法,Hashgraph引入了虚拟投票的概念,允许节点在无额外通信开销的情况下并发出块,实现异步场景下的拜占庭容错。然而,Hashgraph提出的虚拟投票算法存在算法时间复杂度较高、共识运行逻辑过于复杂等问题。为此,提出一种基于路径存储表的Hashgraph优化方案。首先,提出一种基于顶点可达表的见证人判定方法,通过存储路径的方式实时记录生成事件与历史事件的可达关系,在轮次划分阶段,通过查询顶点事件的可达信息取代回溯算法,降低见证人判断算法的时间复杂度;其次,针对顶点可达表无法跨轮次判断事件关系的问题,提出一种基于历史可达表的知名见证人判定方法,历史可达表将存储见证人与历史事件之间的可达关系,通过查询历史可达表解决知名见证人判定阶段需要反复回溯视图的问题;最后,根据顶点可达表和历史可达表改进Hashgraph中复杂的共识计算,提升算法效率,加快事件确认速度。实验结果表明,所提优化方案与Hashgraph原共识算法相比,算法运行效率提升65.76%,在吞吐量方面平均提升41.27%。 展开更多

关键词 区块链 共识算法 有向无环图 Hashgraph协议 拜占庭容错

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区块链边缘节点安全架构P-Dledger

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作者 王迪 《计算机应用》 北大核心 2025年第8期2630-2636,共7页

针对区块链边缘节点的部署环境开放、安全措施薄弱、易受到安全攻击,以及计算和网络资源不足等问题,提出一种基于可信执行环境(TEE)的区块链安全架构P-Dledger。该架构通过构建两阶段的信任链,在满足软件便捷迭代的基础上,确保加载部件... 针对区块链边缘节点的部署环境开放、安全措施薄弱、易受到安全攻击,以及计算和网络资源不足等问题,提出一种基于可信执行环境(TEE)的区块链安全架构P-Dledger。该架构通过构建两阶段的信任链,在满足软件便捷迭代的基础上,确保加载部件的可信;通过实现智能合约可信执行框架以及基于串行外设接口或非门存储器(SPI NOR Flash)的数据可信存储,保证智能合约的可信计算与数据的可信存储;同时,为共识提案赋予单调递增的唯一标识,限制拜占庭节点的行为。实验与分析结果表明:所提架构确保了加载主体、账本数据与执行过程的安全可信;当网络延时大于60 ms或节点数大于8时,P-Dledger比采用拜占庭容错(PBFT)算法的区块链系统的吞吐量更高,且随着网络延时与节点数的增加,P-Dledger性能表现更稳定。 展开更多

关键词 区块链 边缘节点 可信执行环境 共识协议 拜占庭故障

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基于信任委托的区块链分层共识优化 被引量：10

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作者 段靓 吕鑫 刘凡 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第10期120-130,136,共12页

联盟链是政府和企业构建行业应用首选的区块链方案,但其核心共识协议实用拜占庭容错(PBFT)机制存在扩展性问题。采用分片技术和代理人节点可以有效降低共识消息复杂度,其中代理人在选举方式、改进和干预协议过程等是当前的主要研究方向... 联盟链是政府和企业构建行业应用首选的区块链方案,但其核心共识协议实用拜占庭容错(PBFT)机制存在扩展性问题。采用分片技术和代理人节点可以有效降低共识消息复杂度,其中代理人在选举方式、改进和干预协议过程等是当前的主要研究方向。基于此,提出一种分层共识优化机制TDH-PBFT,将共识节点划分为互相独立的组,对组内节点间共识过程的行为进行评价得到节点信任度,根据信任度选举出委托代理人参与局部和全局共识,并证明TDH-PBFT共识机制的完备性。实验结果表明,当节点数量增大时,该算法可以有效减少共识时间,提升系统吞吐量,保障共识服务质量。 展开更多

关键词 区块链 共识协议 实用拜占庭容错机制 分层共识 联盟链

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区块链共识算法的比较研究 被引量：23

11

作者 宋焘谊 赵运磊 《计算机应用与软件》 北大核心 2018年第8期1-8,共8页

区块链是一种去中心化的分布式公共数据库。它没有中央管理机构,通过分布式节点共同运行密码协议来维护这个公共数据库。比特币是目前区块链最热点的项目,比特币节点可以验证交易内容并打包添加到区块。区块链通过底层的共识协议来保证... 区块链是一种去中心化的分布式公共数据库。它没有中央管理机构,通过分布式节点共同运行密码协议来维护这个公共数据库。比特币是目前区块链最热点的项目,比特币节点可以验证交易内容并打包添加到区块。区块链通过底层的共识协议来保证账本的一致性。区块链分为公有链和许可链,由于算法安全性假设和实际需求不同,这些共识算法也不一样。整理和比较了各类区块链共识算法,梳理了基于区块链共识的发展,并指出各类算法的优缺点,提出区块链共识算法的发展方向。 展开更多

关键词 区块链 分布式系统 共识算法 拜占庭协议 拜占庭容错协议

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基于双链区块链的电力数据资产交易系统架构 被引量：10

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作者 林洁瑜 崔维平 《中国电力》 CSCD 北大核心 2021年第11期164-170,180,共8页

为解决当今电力数据资产管理在数据共享、数据交易、数据安全等方面存在的问题,实现电力数据资产的智能管理,充分挖掘电力系统数据资源价值。首先结合电力企业现有数据采集和应用方式,分析了电力系统数据资产管理的问题;总结分析以往区... 为解决当今电力数据资产管理在数据共享、数据交易、数据安全等方面存在的问题,实现电力数据资产的智能管理,充分挖掘电力系统数据资源价值。首先结合电力企业现有数据采集和应用方式,分析了电力系统数据资产管理的问题;总结分析以往区块链数据交易的应用,提出交互式双链区块链的概念,并结合生物遗传学原理提出其运行机理和控制策略。交互式双链区块链将两条链之间的交互过程类比为遗传学中转录、翻译、表达调控和逆转录的过程。该平台架构能较好地解决电力数据资产交易中的安全性和复杂度问题,为电力数据资产交易平台架构提供了解决方案。 展开更多

关键词 交互式双链区块链 数据资产 电力物联网 可拓展拜占庭共识协议

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基于多区块链结构的综合能源系统调度构架 被引量：9

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作者 黄伟 左欣雅 刘弋铭 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2021年第23期12-20,共9页

综合能源系统(IES)调度中存在难以维护供能主体隐私、难以辨别数据真伪、安全性和可靠性低等问题。文中利用分散式调度方法和区块链中分布式数据存储、智能合约、共识机制、多链扩容和加密技术,提出了包括迭代链、终值链以及数据层、网... 综合能源系统(IES)调度中存在难以维护供能主体隐私、难以辨别数据真伪、安全性和可靠性低等问题。文中利用分散式调度方法和区块链中分布式数据存储、智能合约、共识机制、多链扩容和加密技术,提出了包括迭代链、终值链以及数据层、网络层、合约层、共识层、应用层的IES调度构架。该构架以数据层为基础,采用无向联通结构建立主体间的通信网络;在合约层封装基于拉格朗日乘子法的分散式调度模型;在共识层,针对分散式调度的数据一致性,迭代链和终值链分别应用一致性协议算法和拜占庭容错共识机制。算例验证结果表明,所提IES调度构架基于少量通信数据可有效运行,能够防止主体背叛、削弱服务器宕机的影响,提高了IES调度的隐私性、安全性和可靠性。 展开更多

关键词 综合能源系统 分散式调度 区块链 多链扩容 一致性协议 拜占庭容错共识机制

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