支持拜占庭容错的分布式物联网访问控制机制

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作者 柴蓉 艾莉萍 +1 位作者 杨泞渝 梁承超 《通信学报》 北大核心 2025年第4期174-186,共13页

随着物联网的广泛应用,物联网设备承载的数据量迅速增长,数据访问需求显著增加。然而,物联网应用场景复杂多样、设备异构高混杂以及数据高度敏感等特性,给数据的高效管理与安全访问带来了严峻挑战。针对存在拜占庭节点的物联网场景,研... 随着物联网的广泛应用,物联网设备承载的数据量迅速增长,数据访问需求显著增加。然而,物联网应用场景复杂多样、设备异构高混杂以及数据高度敏感等特性,给数据的高效管理与安全访问带来了严峻挑战。针对存在拜占庭节点的物联网场景,研究物联网访问控制技术,提出了一种分层区块链网络架构,包括一个主集群及多个子集群。综合考虑物联网设备的算力及通信速率,定义节点性能度量以确定主集群节点,并基于系统吞吐量优化确定节点关联策略。基于所构建的分层区块链网络架构,设计数据访问控制智能合约,精确刻画访问控制策略的定义、更新、部署和撤销函数。为实现数据访问控制的高效可靠共识,综合考虑系统共识性能与复杂度,提出了一种改进的Paxos-Hotstuff分层共识算法,由主集群节点执行改进式Paxos算法,子集群节点执行Hotstuff算法。仿真结果验证了所提算法的有效性。 展开更多

关键词 物联网 访问控制 区块链 共识算法 拜占庭容错 智能合约

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基于信誉分类的拜占庭容错共识算法 被引量：2

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作者 高建彬 刘洋洋 +2 位作者 夏虎 程捷 夏琦 《无线电工程》 2024年第4期804-816,共13页

针对许可区块链场景下实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)共识算法通信开销大、主节点选取随意以及吞吐量低等问题,通过引入并优化信誉评分模型(Reputation Scoring Model,RSM)。提出了一种基于信誉分类的拜占... 针对许可区块链场景下实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)共识算法通信开销大、主节点选取随意以及吞吐量低等问题,通过引入并优化信誉评分模型(Reputation Scoring Model,RSM)。提出了一种基于信誉分类的拜占庭容错(Byzantine Fault Tolerance Based on Reputation Classification,RCBFT)共识算法。定义RSM,依据节点的历史共识行为所获得的信誉评分排序对参与节点进行动态分类以及分级管理,提出基于信誉分类的多层次节点架构;在可信节点层中随机选取节点来担任主节点,优化主节点选取机制;设计了缓冲节点层类型转换策略(Type Conversion Strategy for Nodes,TCSN),兼顾了环境等非主观因素导致低信誉评分的诚实节点不能参与共识的问题,使得诚实节点尽可能多地参与共识,而拜占庭节点快速下降到最差类型中限制共识权限;RCBFT共识算法还对传统三阶段共识协议进行优化,减少通信开销,在确保容错性的同时能够提高算法性能。实验分析表明,相较于PBFT共识算法,RCBFT共识算法能够提升交易吞吐量,降低通信开销与共识时延。 展开更多

关键词 区块链 共识算法 信誉分类 拜占庭节点 性能提升

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区块链共识算法研究综述 被引量：5

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作者 易黎 卢新宇 +2 位作者 汤鲲 王恒 龚子怡 《电子设计工程》 2024年第6期161-170,共10页

区块链已广泛应用于货币金融、通信网络、信息安全、物联网、电力运行管理和社会职能管理等多个领域,但依然存在许多急需解决的问题。共识算法是区块链的核心技术之一,是区块链各节点达成一致性最为重要的底层技术,是解决区块链吞吐量... 区块链已广泛应用于货币金融、通信网络、信息安全、物联网、电力运行管理和社会职能管理等多个领域,但依然存在许多急需解决的问题。共识算法是区块链的核心技术之一,是区块链各节点达成一致性最为重要的底层技术,是解决区块链吞吐量太小、通信存在延迟等一系列问题的关键技术,是区块链安全运行的重要保证。文中基于区块链共识算法的设计原理,主要介绍了区块链的构成、分类、架构、上链、节点处理流程及存在的问题,重点阐述了现有PoW、PoS、DPoS、PBFT、Raft、Paxos、Ripple等共识算法设计思路、共识理论及流程,对共识算法中的共性问题,即算法优化、算法效果进行了综合概述和分析,并对区块链共识算法研究进行了展望,希望开发出更加高效、安全的共识算法。 展开更多

关键词 区块链 共识算法 工作量证明 权益证明 拜占庭容错

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基于树形结构构造的联盟链主从多链共识算法 被引量：10

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作者 张文芳 孙海锋 +5 位作者 张晏端 唐荣骏 王小敏 马征 李暄 黄路非 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期257-266,共10页

区块链构建了一种价值互联的去中心化网络,是继互联网之后的最具革命性和颠覆性的创新技术.但现有区块链存在性能低下,隐私保护不足,单层链式结构难以支持多种场景下数字资产的分类并发处理,单链共识算法难以实现多链乃至全局的一致性... 区块链构建了一种价值互联的去中心化网络,是继互联网之后的最具革命性和颠覆性的创新技术.但现有区块链存在性能低下,隐私保护不足,单层链式结构难以支持多种场景下数字资产的分类并发处理,单链共识算法难以实现多链乃至全局的一致性等问题.为解决上述问题,本文基于树形结构设计一种适用于联盟链场景的主从多链架构,可实现不同数字资产的分类、并发处理和达到数据隔离的隐私需求.针对该树形主从多链架构,进一步提出一个基于门限签名的改进拜占庭容错共识算法,可解决多样化数字资产分类并发处理带来的一致性问题.性能分析和仿真结果表明:所提方案在实现隐私数据隔离保护的同时,兼具高并发交易性能,通信复杂度由O(n^(2))降为O(n),可满足企业多样化业务需求. 展开更多

关键词 联盟链 主从多链 树形结构 拜占庭容错共识算法

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一种面向区块链的优化PBFT共识算法 被引量：38

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作者 方维维 王子岳 +2 位作者 宋慧丽 王云鹏 丁毅 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期58-64,共7页

区块链技术具有去中心化,数据不可篡改和数据透明等特点,使得该技术的应用领域不断扩展,但目前应用于区块链系统的共识算法存在着资源浪费和共识效率较低等问题,限制了区块链技术的发展.针对此问题,基于实用拜占庭容错算法(Practical By... 区块链技术具有去中心化,数据不可篡改和数据透明等特点,使得该技术的应用领域不断扩展,但目前应用于区块链系统的共识算法存在着资源浪费和共识效率较低等问题,限制了区块链技术的发展.针对此问题,基于实用拜占庭容错算法(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT),算法的基本思想,提出了一种优化的共识算法.该算法引入积分机制,根据节点积分挑选参与共识的节点,以降低网络中的通信开销;在不存在拜占庭节点的情况下,优化PBFT算法的一致性协议;引入升降级机制,动态更新参与共识的节点集合,以保证算法在大部分时间内都执行优化一致性协议.实验结果表明:与PBFT算法相比,本文提出的共识算法将共识过程的时间复杂度从O(N^2)下降到O(N),有效降低了网络中的通信开销,平均时延从55ms降到37ms,平均吞吐量从342TPS提升到677TPS. 展开更多

关键词 区块链 共识算法 PBFT 拜占庭错误

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面向供应链数据安全共享的区块链共识算法设计 被引量：5

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作者 殷磊 孔宪光 +2 位作者 刘洪杰 张迎冰 刘树全 《信息安全研究》 2022年第6期605-612,共8页

传统供应链管理系统采用的中心化数据存储模式存在单点故障、数据隐私泄露、系统内部操作不透明等问题,严重制约了企业之间的信息流通和数据共享.而区块链具有分布式、公开、透明和不可篡改的特性,可以为实现分布式的数据安全共享系统... 传统供应链管理系统采用的中心化数据存储模式存在单点故障、数据隐私泄露、系统内部操作不透明等问题,严重制约了企业之间的信息流通和数据共享.而区块链具有分布式、公开、透明和不可篡改的特性,可以为实现分布式的数据安全共享系统提供可靠的底层服务.因此提出基于区块链的供应链数据安全共享模型,以分布式的区块链网络为核心,构建去中心化的数据安全共享服务.同时针对区块链中使用的实用拜占庭容错(PBFT)算法具有共识时延高、吞吐量和性能低、不支持节点动态管理等问题,结合供应链联盟链的特点,引入了一种简化的一致性协议及新的节点管理机制,在降低算法通信复杂度的同时,实现了节点的动态管理. 展开更多

关键词 供应链 区块链 数据共享模型 共识算法 实用拜占庭容错算法

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面向无人机集群的双层分组拜占庭容错算法 被引量：5

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作者 陈宇 贾连兴 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第1期96-103,共8页

针对区块链技术应用于无人机集群通信时存在的通信复杂度高、稳健性差等问题,提出了一种双层分组拜占庭容错算法。根据无人机的编队结果对节点进行分组,并从每组选取一部分高信誉节点组成委员会,其他节点作为共用节点,形成双层分组共识... 针对区块链技术应用于无人机集群通信时存在的通信复杂度高、稳健性差等问题,提出了一种双层分组拜占庭容错算法。根据无人机的编队结果对节点进行分组,并从每组选取一部分高信誉节点组成委员会,其他节点作为共用节点,形成双层分组共识结构。使用门限签名技术降低通信复杂度,仅通过委员会节点与其他分组节点通信,减少分组间通信次数,使平均通信时延大幅度减小。分层结构使主节点身份隐匿于委员会之中,降低了主节点被敌方自适应攻击的风险,提升了系统的稳健性。实验结果表明,所提算法相比于对比算法,共识过程的时延显著降低,同时能够有效保证系统的活性。 展开更多

关键词 无人机集群 拜占庭容错 共识算法 双层分组结构

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区块链共识算法研究综述 被引量：43

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作者 靳世雄 张潇丹 +5 位作者 葛敬国 史洪彬 孙毅 李鸣 林业明 姚忠将 《信息安全学报》 CSCD 2021年第2期85-100,共16页

共识算法是区块链系统维护数据一致性的核心机制。本文深入调研并分析了具有代表性的共识算法及其演化历程;基于共识过程提出共识算法的分类模型,并对各类型中代表性的共识算法进行详细分析;最后从去中心化、可扩展性、安全性、一致性... 共识算法是区块链系统维护数据一致性的核心机制。本文深入调研并分析了具有代表性的共识算法及其演化历程;基于共识过程提出共识算法的分类模型,并对各类型中代表性的共识算法进行详细分析;最后从去中心化、可扩展性、安全性、一致性、可用性、分区容忍性六个方面建立了一套共识算法的评价指标体系,并对代表性的共识算法进行对比分析,给出各类算法综合性的性能评价,希望为共识算法的应用与创新提供参考。 展开更多

关键词 区块链 共识算法 拜占庭容错 评价体系

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区块链共识机制发展与安全性 被引量：11

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作者 王李笑阳 秦波 乔鑫 《中兴通讯技术》 2018年第6期8-12,40,共6页

在总结了共识机制发展的基础上,着重对共识机制当前存在的攻击威胁以及防范策略进行解析,并据此提出了区块链共识机制的4种信任基础即对数学、密码学的信任,对节点注重自身利益的信任,多人信任以及人为信任。指出目前共识机制发展方向... 在总结了共识机制发展的基础上,着重对共识机制当前存在的攻击威胁以及防范策略进行解析,并据此提出了区块链共识机制的4种信任基础即对数学、密码学的信任,对节点注重自身利益的信任,多人信任以及人为信任。指出目前共识机制发展方向之一是同一信任之下的信任对象替换。 展开更多

关键词 共识算法 安全性 区块链 分布式系统 拜占庭容错

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基于树形拓扑网络的实用拜占庭容错共识算法 被引量：14

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作者 包振山 王凯旋 张文博 《应用科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期34-50,共17页

实用拜占庭容错算法在节点数量较多的广域网环境下存在性能瓶颈.为提高该算法的可扩展性,基于树形拓扑网络将全网范围共识拆分为若干子网范围共识;同时引入信誉模型以降低错误节点在共识过程中的影响力,提高系统的安全性、容错性与可靠... 实用拜占庭容错算法在节点数量较多的广域网环境下存在性能瓶颈.为提高该算法的可扩展性,基于树形拓扑网络将全网范围共识拆分为若干子网范围共识;同时引入信誉模型以降低错误节点在共识过程中的影响力,提高系统的安全性、容错性与可靠性.实验结果表明:所提算法的性能明显优于原有算法,表现出良好的可扩展性,可用于大规模许可链系统. 展开更多

关键词 许可链 共识算法 实用拜占庭容错 树形拓扑网络 信誉模型

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一种面向联盟链优化的PBFT共识算法 被引量：3

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作者 王微渊 毕远伟 +1 位作者 陈霄汉 李传彪 《应用科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期577-589,共13页

针对在联盟链中实用拜占庭容错(practical Byzantine fault tolerance,PBFT)算法所存在的通信开销过大、节点信誉度无法保证、算法无法动态地增删节点等问题,提出了基于决策树改进的PBFT(decision tree Byzantine fault tolerance,DTBFT... 针对在联盟链中实用拜占庭容错(practical Byzantine fault tolerance,PBFT)算法所存在的通信开销过大、节点信誉度无法保证、算法无法动态地增删节点等问题,提出了基于决策树改进的PBFT(decision tree Byzantine fault tolerance,DTBFT)算法。首先,针对联盟链的应用场景,简化了PBFT算法的一致性协议,降低了通信开销;其次,考虑到系统安全性的问题,引入信誉积分机制,增加决策树分类算法,在每轮共识完成后,统计节点行为,对节点分类,使得系统可以动态地剔除拜占庭节点,提高系统的安全性;最后,为了防止拜占庭节点当选主节点,视图频繁切换,导致系统运行效率低的问题,改进了视图切换协议,将主节点的选取范围缩小到节点信誉好的高级节点,保证主节点的可信度。实验表明,DTBFT算法在吞吐量、算法安全性等方面较PBFT算法具有一定的提升。 展开更多

关键词 区块链 联盟链 共识算法 实用拜占庭容错 决策树分类

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基于改进实用拜占庭容错算法的认证信息共享技术 被引量：1

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作者 牛建林 任志宇 《信息工程大学学报》 2021年第5期571-576,共6页

在跨域认证过程中,区块链技术的应用提高了系统的安全性和稳定性,但同时影响了认证信息的共享效率。针对认证信息共享速率较慢的问题,提出基于改进实用拜占庭容错算法的认证信息共享技术。首先,在算法中加入投票环节,提高了主节点的可靠... 在跨域认证过程中,区块链技术的应用提高了系统的安全性和稳定性,但同时影响了认证信息的共享效率。针对认证信息共享速率较慢的问题,提出基于改进实用拜占庭容错算法的认证信息共享技术。首先,在算法中加入投票环节,提高了主节点的可靠性;其次,加入对服务质量敏感的信用评价机制,提升服务质量;最后,针对身份认证信息的共享需求对共识阶段做了进一步优化。仿真实验表明,该技术具有较好的拜占庭适应性和较低的通信开销。 展开更多

关键词 实用拜占庭容错算法 认证信息共享 共识机制 区块链

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基于动态信任值的实用拜占庭容错算法的优化 被引量：2

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作者 阎红灿 窦桂梅 +1 位作者 陈子昂 谷建涛 《华北理工大学学报（自然科学版）》 CAS 2023年第1期99-108,共10页

针对实用拜占庭容错(PBFT)共识机制中存在的拜占庭节点和主节点选取简单的问题,提出了一种基于动态信任值的实用拜占庭容错算法的优化方案。首先根据节点历史行为,对节点进行信任值初始化;然后构建信任模型,并在信任模型中引入时间影响... 针对实用拜占庭容错(PBFT)共识机制中存在的拜占庭节点和主节点选取简单的问题,提出了一种基于动态信任值的实用拜占庭容错算法的优化方案。首先根据节点历史行为,对节点进行信任值初始化;然后构建信任模型,并在信任模型中引入时间影响因子,根据时间远近,对节点进行信任值评价;最后引入分级机制,根据信任值结果,将节点分为共识组和拜占庭节点组,共识组节点参与下一轮共识;优化主节点选择方法,选择信任值最高的节点为主节点。通过实验对比表明,改进后的PBFT-TV算法较于PBFT算法在公平性、安全性、容错性、共识效率等方面有一定提升,并降低了通信复杂度。 展开更多

关键词 信任评价模型 实用拜占庭容错算法 信任值 共识机制

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基于积分机制的实用拜占庭容错算法优化

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作者 郭天元 于瓅 黄金炜 《重庆科技学院学报（自然科学版）》 CAS 2023年第5期51-55,共5页

实用拜占庭容错(PBFT)算法是一种广泛应用于联盟链的共识算法,但也存在主节点选举随意、通信复杂度高和可扩展性差等问题。为此,对PBFT算法加以改进,提出一种结合积分机制的PBFT优化算法——OPBFT算法。首先,结合积分机制,基于节点在共... 实用拜占庭容错(PBFT)算法是一种广泛应用于联盟链的共识算法,但也存在主节点选举随意、通信复杂度高和可扩展性差等问题。为此,对PBFT算法加以改进,提出一种结合积分机制的PBFT优化算法——OPBFT算法。首先,结合积分机制,基于节点在共识过程中的表现对其进行评分;然后,根据节点积分随机选择主节点;最后,根据联盟链的环境对一致性协议进行优化,减少了一次全网广播的过程。实验结果表明,相较于PBFT算法,OPBFT算法在共识时延和吞吐量等方面有着更好的表现。 展开更多

关键词 区块链 拜占庭容错 共识算法 积分机制

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基于信誉值的实用拜占庭容错改进算法研究 被引量：1

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作者 王启河 《现代信息科技》 2022年第10期16-20,共5页

共识问题是区块链中的核心问题,针对联盟链常用的实用拜占庭容错算法(PBFT)中主节点选取随意、网络通信量大、公平性较低等问题,提出一种基于信誉值的PBFT改进算法。首先改变信誉值主节点选取方式,然后优化共识流程,节点的累计信誉作为... 共识问题是区块链中的核心问题,针对联盟链常用的实用拜占庭容错算法(PBFT)中主节点选取随意、网络通信量大、公平性较低等问题,提出一种基于信誉值的PBFT改进算法。首先改变信誉值主节点选取方式,然后优化共识流程,节点的累计信誉作为判断达成共识的条件。达成共识时没有参与共识过程的节点或恶意节点的信誉值降低,降低的信誉值均分给成功参与共识的节点。经过多次共识后,故障或恶意节点对共识的影响变小,提高了算法的公平性。 展开更多

关键词 联盟链 实用拜占庭容错算法 共识机制 信誉值 公平性

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