基于信誉机制的改进PBFT共识算法 被引量：4

1

作者 李俊吉 张佳琦 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2024年第6期1628-1634,共7页

针对实用拜占庭容错共识算法(practical Byzantine fault tolerant,PBFT)通信开销大和缺乏奖惩机制的问题,提出一种基于信誉机制的改进PBFT共识算法RPBFT(reputed practical Byzantine fault tolerance)。首先,引入信誉机制对节点评分,... 针对实用拜占庭容错共识算法(practical Byzantine fault tolerant,PBFT)通信开销大和缺乏奖惩机制的问题,提出一种基于信誉机制的改进PBFT共识算法RPBFT(reputed practical Byzantine fault tolerance)。首先,引入信誉机制对节点评分,将参与共识的节点分为收集器节点和普通共识节点,并对恶意节点进行惩罚。其次,收集器节点负责收集普通共识节点的投票消息,避免普通共识节点之间的通信,从而降低通信开销。最后,当普通共识节点中的拜占庭节点均无恶意行为时,通过增加收集所需的投票数量,减少一次投票收集过程,实现快速共识。实验结果表明,RPBFT能够有效地发现恶意节点并对其作出惩罚,同时具有更低的通信开销、平均共识时延以及更高的共识吞吐量。当节点总数为37时,与SBFT相比,RPBFT将平均共识时延降低25.2%以上,并将共识吞吐量提高39%以上。 展开更多

关键词 共识算法 信誉机制 实用拜占庭容错

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检测型的联盟区块链共识算法d-PBFT 被引量：6

2

作者 刘宇 朱朝阳 +2 位作者 李金泽 劳源基 覃团发 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2021年第3期756-762,共7页

联盟区块链通常都会采用严格的身份准入机制,但然而该机制不能完全保证联盟网络中不会混入拜占庭恶意节点,也不能担保现有的联盟成员节点一定不会被第三方敌手劫持利用。针对这类问题,提出了一种能够监控节点状态的检测型实用拜占庭容错... 联盟区块链通常都会采用严格的身份准入机制,但然而该机制不能完全保证联盟网络中不会混入拜占庭恶意节点,也不能担保现有的联盟成员节点一定不会被第三方敌手劫持利用。针对这类问题,提出了一种能够监控节点状态的检测型实用拜占庭容错(d-PBFT)共识算法。首先,选举主节点并校验主节点的其状态,以保证选举出来的主节点从未有过作恶历史;然后,经历"预准备—准备—提交"的共识三阶段过程,尝试来完成客户端提交的共识请求;最后,会根据三阶段完成的情况对主节点的状态进行评估,将有故障或作恶行为的主节点标记出来,并将作恶的主节点加入到隔离区等待处理。该算法在容忍一定数量拜占庭节点的基础上还能随时监控各个节点的状态,并对恶意节点能够进行隔离,从而降低恶意节点对整个联盟系统的不良影响。实验结果表明,采用d-PBFT算法的网络拥有较高的吞吐量和较低的共识时延,并且在联盟网络中有拜占庭节点的情况下相较原实用拜占庭容错(PBFT)算法的共识生成量提升了26.1%。d-PBFT算法不仅提高了联盟网络的健壮性,还进一步提升了网络的吞吐量。 展开更多

关键词 联盟区块链 拜占庭错误 节点监控 检测型实用拜占庭容错共识算法 吞吐量

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基于分组和信用分级的PBFT共识算法改进方案 被引量：4

3

作者 刘陕南 张荣华 刘长征 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期143-149,共7页

针对联盟链的实用拜占庭容错(PBFT)共识算法通信复杂度高、主节点选择随机、支持的网络规模有限等问题,提出一种基于分组和信用分级的改进拜占庭容错(CBFT)算法优化大规模联盟链的节点结构。优化一致性过程,将网络节点按照对管理节点的... 针对联盟链的实用拜占庭容错(PBFT)共识算法通信复杂度高、主节点选择随机、支持的网络规模有限等问题,提出一种基于分组和信用分级的改进拜占庭容错(CBFT)算法优化大规模联盟链的节点结构。优化一致性过程,将网络节点按照对管理节点的响应速度划分为不同的共识集分别进行共识集内外共识,各共识集的管理节点携带共识集内的共识结果参与共识集外的全局共识,从而减少节点间的通信频率。在此基础上,提出信用分级机制,将节点划分为管理节点、候选节点、普通节点等3种类型,使信用值高的节点成为主节点的概率较高,减少恶意节点对系统的破坏,提高整个网络的效率。搭建基于该改进方案的仿真模拟与性能测试系统.实验结果表明,当网络节点数量为30个(4个分组)时,CBFT算法的吞吐量为PBFT的3.2倍,共识时延降低90.6%,通信开销减少53.2%,能够容忍的最大恶意节点数为PBFT算法的1.9倍,且随着节点数的增加提升更明显,符合大型联盟链的需求。 展开更多

关键词 区块链 大型联盟链 实用拜占庭容错算法 节点分组 信用分级

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主节点随机选取的改进PBFT共识算法 被引量：11

4

作者 王森 李志淮 贾志鹏 《计算机应用与软件》 北大核心 2022年第10期299-306,共8页

针对区块链中的实用拜占庭容错(PBFT)共识算法存在的主节点选取随意、三阶段流程通信开销大、节点不能动态加入、退出等问题,提出一种主节点随机选取的改进拜占庭容错(RPBFT)共识算法。提出一种随机数生成方案,根据随机数选取主节点,提... 针对区块链中的实用拜占庭容错(PBFT)共识算法存在的主节点选取随意、三阶段流程通信开销大、节点不能动态加入、退出等问题,提出一种主节点随机选取的改进拜占庭容错(RPBFT)共识算法。提出一种随机数生成方案,根据随机数选取主节点,提高系统的安全性;引入聚合签名方案对PBFT共识算法中的三段式流程进行改进,降低通信开销,提高系统共识阶段的效率;给节点加入一个待同步状态,使节点可以动态加入、退出,提高系统的可用性。通过实验表明,RPBFT共识算法较PBFT共识算法和AlgoRand共识算法有更高的性能和可用性,可以达到改进的目的。 展开更多

关键词 共识算法 实用拜占庭容错 聚合签名 随机数

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基于信誉值投票与随机数选举的PBFT共识算法 被引量：9

5

作者 陈润宇 王伦文 朱然刚 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期42-49,56,共9页

实用拜占庭容错(PBFT)算法在Raft和Paxos共识算法的基础上,解决了分布式系统中恶意节点向其他节点发送错误消息以扰乱系统正常运行的问题,但PBFT算法由于主节点选举随意导致共识效率低下,而现有PBFT改进算法普遍通信复杂度较高且容易出... 实用拜占庭容错(PBFT)算法在Raft和Paxos共识算法的基础上,解决了分布式系统中恶意节点向其他节点发送错误消息以扰乱系统正常运行的问题,但PBFT算法由于主节点选举随意导致共识效率低下,而现有PBFT改进算法普遍通信复杂度较高且容易出现系统集中化趋势。针对上述问题,提出一种基于信誉值投票与随机数选举的RN-VPBFT共识算法。通过增设监督节点,实现权力分散和信息中转,保证系统安全运行。在投票确定初始信誉值的过程中,引入随机参数使得满足条件的节点均有机会当选主节点,缓解系统集中化趋势。建立节点动态信誉模型,区分系统中的诚实节点与恶意节点,简化共识算法的一致性协议,降低算法通信复杂度。实验结果表明,与PBFT算法和基于信誉投票的PBFT改进算法相比,RN-VPBFT算法将通信复杂度由O(N2)降至O(N),并且所有诚实节点的信誉值之差仅为0.02,具有更低的通信复杂度及更好的去中心化特性。 展开更多

关键词 区块链 共识算法 实用拜占庭容错算法 信誉值投票 随机数选举

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一种面向联盟链优化的PBFT共识算法 被引量：5

6

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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面向物联网的区块链共识算法综述 被引量：2

7

作者 牛科迪 李敏 +1 位作者 姚中原 斯雪明 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2024年第12期3678-3687,共10页

目前大多数共识算法都需要较高的计算能力或特定的通信环境,不适合用于资源受限的物联网(IoT)。针对传统的区块链中的共识算法应用到IoT时的局限性,综述了面向IoT的区块链共识算法。首先,从基于实用拜占庭容错算法(PBFT)的改进共识算法... 目前大多数共识算法都需要较高的计算能力或特定的通信环境,不适合用于资源受限的物联网(IoT)。针对传统的区块链中的共识算法应用到IoT时的局限性,综述了面向IoT的区块链共识算法。首先,从基于实用拜占庭容错算法(PBFT)的改进共识算法、基于其他共识算法的改进算法和适用IoT的新型区块链共识算法这3个类别的方向介绍和总结归纳面向IoT的共识算法;其次,建立共识算法的基本评价指标体系,并从去中心化、可扩展性、安全性、延迟和能耗等5个方面对比共识算法;最后,分析面向IoT的共识算法面临的挑战与未来研究方向。基本评价指标体系分析表明,新型共识算法比基于传统共识算法进行改进的共识算法更适配IoT,为面向IoT的区块链共识算法研究提供了参考。 展开更多

关键词 区块链 共识算法 物联网 实用拜占庭容错算法 基本评价指标体系

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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：7

8

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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基于有向无环图的高效区块链共识算法 被引量：11

9

作者 王壹铭 初剑峰 +1 位作者 王永军 陈彦东 《吉林大学学报（理学版）》 CAS 北大核心 2020年第5期1167-1172,共6页

针对传统区块链共识算法存在效率低和大量资源浪费的问题,提出一种使用基于ID分类的有向无环图数据结构取代传统区块链链式数据结构的算法,解决了传统区块链项目无法在短时间内确认大量交易的问题.该算法使用基于ID分类的有向无环图数... 针对传统区块链共识算法存在效率低和大量资源浪费的问题,提出一种使用基于ID分类的有向无环图数据结构取代传统区块链链式数据结构的算法,解决了传统区块链项目无法在短时间内确认大量交易的问题.该算法使用基于ID分类的有向无环图数据结构能更简单地达成共识,适用于多用户在同一时间进行交易确认.该共识算法与传统区块链项目相比能在更短的时间内确认交易,从而可节省大量的硬件资源,且提升区块链对交易的处理效率. 展开更多

关键词 区块链 共识算法 工作量证明(PoW) 股权证明(PoS) 实用拜占庭容错(pbft)

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改进SM2签名方法的区块链数字签名方案 被引量：6

10

作者 杨龙海 王学渊 蒋和松 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2021年第7期1983-1988,共6页

为了提高联盟链实用拜占庭容错(PBFT)算法共识过程中数字签名密钥保存安全性和签名效率问题,结合联盟链PBFT共识算法的实际运用环境提出了一种基于密钥分割和国家标准SM2签名算法的可信第三方证明签名方案。该方案中由可信第三方产生和... 为了提高联盟链实用拜占庭容错(PBFT)算法共识过程中数字签名密钥保存安全性和签名效率问题,结合联盟链PBFT共识算法的实际运用环境提出了一种基于密钥分割和国家标准SM2签名算法的可信第三方证明签名方案。该方案中由可信第三方产生和分割密钥并将子分割私钥分发给共识节点,每次共识须先向可信第三方证明身份后,获取另一半子分割私钥来进行身份签名验证。该签名方案结合联盟链的特性实现了私钥的分割保存,利用共识特性结合哈希摘要消去了传统SM2算法中的模逆的过程。通过理论分析证明了该方案可抗数据篡改和签名伪造,同时借助Java开发工具包(JDK1.8)和TIO网络框架模拟共识中的签名过程。实验结果表明所提方案比传统SM2签名算法效率更高,并且共识节点越多效率差距越明显,在节点数达到30时,其效率较传统SM2算法可以提升27.56%,表明该方案可以满足当前联盟链PBFT共识的应用环境。 展开更多

关键词 数字签名 区块链 密钥分割 实用拜占庭容错 国家标准SM2签名算法

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基于联盟区块链的农产品质量安全高效追溯体系 被引量：44

11

作者 王可可 陈志德 徐健 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2019年第8期2438-2443,共6页

针对农产品追溯系统中的安全和效率问题,依据区块链的去中心化安全特性,提出一种基于联盟区块链的高效解决办法。首先,通过星际文件系统(IPFS)对农产品数据进行hash转变,从而减小区块中单条事务数据量,并利用IPFS数据的不可逆原理,达到... 针对农产品追溯系统中的安全和效率问题,依据区块链的去中心化安全特性,提出一种基于联盟区块链的高效解决办法。首先,通过星际文件系统(IPFS)对农产品数据进行hash转变,从而减小区块中单条事务数据量,并利用IPFS数据的不可逆原理,达到数据的初步保障;其次,建立联盟区块链模型进行数据验证,区块链数据验证的共识算法采用实用拜占庭容错(PBFT)算法来减少全网共识时间;最后,根据仿真实验中参与节点数、区块大小和网络带宽,来拟合验证交易的时间曲线,进而计算出不同带宽下的区块链交易效率,并结合数以万计的传感器参与下的农产品追溯系统的实际情况,对比区块链双链结构,给出分析结果。实验结果表明,在低于1000个验证节点的条件下,区块链最大共识时长为32min,联盟链系统可支持35~40万条传感器数据,可适用于大范围、多数据的农产品追溯。 展开更多

关键词 联盟区块链 农产品追溯 星际文件系统 实用拜占庭容错算法 交易效率

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基于Raft算法改进的实用拜占庭容错共识算法 被引量：14

12

作者 王谨东 李强 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2023年第1期122-129,共8页

针对应用于联盟链的实用拜占庭容错(PBFT)共识算法可扩展性不足、通信开销大等问题,提出了一种基于Raft算法改进的实用拜占庭容错共识算法K-RPBFT。首先,将区块链分片,使用K-medoids聚类算法将所有节点划分为多个节点簇,每个节点簇构成... 针对应用于联盟链的实用拜占庭容错(PBFT)共识算法可扩展性不足、通信开销大等问题,提出了一种基于Raft算法改进的实用拜占庭容错共识算法K-RPBFT。首先,将区块链分片,使用K-medoids聚类算法将所有节点划分为多个节点簇,每个节点簇构成一个分片,从而将全局共识改进为分层次的多中心共识;然后,每个分片的聚类中心节点之间使用PBFT算法进行共识,而在分片内部使用基于监督节点改进的Raft算法进行共识。K-RPBFT算法的片内监督机制赋予了Raft算法一定的拜占庭容错能力,并提升了算法的安全性。实验分析表明,相较于PBFT算法,K-RPBFT算法在具备拜占庭容错能力的同时能够大幅降低共识的通信开销与共识时延,提升共识效率与吞吐量,并且具有良好的可扩展性与动态性,使联盟链能够应用于更广泛的场景中。 展开更多

关键词 区块链 共识算法 实用拜占庭容错 Raft算法 K中心点聚类算法

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基于联盟链的工业物联网数据存储模型 被引量：6

13

作者 翟社平 刘法鑫 +1 位作者 杨锐 廉佳颖 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2023年第5期1318-1323,1329,共7页

由于工业物联网数据具备较强的私密性,数据是否能够安全存储成为工业物联网发展的关键问题。针对这一问题,提出一种基于联盟链的工业物联网数据存储模型。为保证数据存储的效率与安全,首先,在原有PBFT算法的基础上搭建节点状态信用评估... 由于工业物联网数据具备较强的私密性,数据是否能够安全存储成为工业物联网发展的关键问题。针对这一问题,提出一种基于联盟链的工业物联网数据存储模型。为保证数据存储的效率与安全,首先,在原有PBFT算法的基础上搭建节点状态信用评估模型同时增加投票机制;其次,结合节点状态在SM9数字签名算法中设置多密钥生成中心共同参与密钥生成。对模型的吞吐量、共识时延及通信开销进行实验分析,结果表明,该模型相较于传统模型在数据存储、安全性方面得到了进一步保障,降低了黑客攻击并防止数据泄露或被窜改,并在通信开销方面提升了40%。 展开更多

关键词 区块链 工业物联网数据 数字签名 实用拜占庭容错算法 SM9算法

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基于区块链的电子病历共享模型研究 被引量：6

14

作者 翟社平 白喜芳 童彤 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2023年第12期2765-2772,共8页

针对现有电子病历在各医疗机构共享过程中易出现患者隐私泄露以及通信量较大等问题,提出一种基于区块链的电子病历共享模型.首先构建私有链和联盟链,将电子病历密文和关键字密文存储到区块链上,结合属性加密和可搜索加密对用户访问权限... 针对现有电子病历在各医疗机构共享过程中易出现患者隐私泄露以及通信量较大等问题,提出一种基于区块链的电子病历共享模型.首先构建私有链和联盟链,将电子病历密文和关键字密文存储到区块链上,结合属性加密和可搜索加密对用户访问权限进行限制,只有满足患者设置的访问策略可以对电子病历进行搜索,实现细粒度访问.其次对PBFT共识算法进行改进,将网络中共识节点聚类划分,通过权威节点组成骨干共识集群向医院节点组成子共识集群发送消息,减少节点间通信次数.最后从安全性和算法性能等方面进行实验分析,结果表明在整个网络中,攻击者破解密文难度增大,同时通信开销随节点数量增加而减少,实现大规模网络下各医疗机构对电子病历的安全共享. 展开更多

关键词 区块链 电子病历 属性加密 可搜索加密 实用拜占庭容错算法(pbft)

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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

15

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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基于时间权重值的共识算法研究 被引量：3

16

作者 王日宏 袁杉杉 +1 位作者 徐泉清 安良玉 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2021年第11期3243-3248,共6页

针对联盟链中广泛应用的PBFT算法网络复杂度高、共识速度慢以及查询速度上的不足进行了研究,并提出了一种基于时间权重值(time-weighted value,TWV)的共识算法。首先,针对网络复杂度高和共识速度慢的问题,TWV共识算法通过节点的时间权... 针对联盟链中广泛应用的PBFT算法网络复杂度高、共识速度慢以及查询速度上的不足进行了研究,并提出了一种基于时间权重值(time-weighted value,TWV)的共识算法。首先,针对网络复杂度高和共识速度慢的问题,TWV共识算法通过节点的时间权重值选择合适的共识节点缩小了共识节点的规模,并且结合PBFT算法中的视图更换协议,将此时的共识节点替换为具有较高时间权重值的节点;其次利用共识节点延迟低、在线时间长以及数据存储量的特点,提升了数据查询和同步的效率;最后,通过本地多节点的仿真对比实验证明,TWV共识算法的数据查询效率以及吞吐量较PBFT共识算法有所提升,并且有效降低了节点达成共识的时间。 展开更多

关键词 实用拜占庭容错 时间权重值 共识算法 TWV-consensus 吞吐量

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多层次实用拜占庭容错算法改进 被引量：1

17

作者 王春东 王翔宇 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期29-36,共8页

应用于联盟链的实用拜占庭容错(PBFT)共识算法存在共识节点选择和多节点共识效率较差的问题,为此,提出一种多层次实用拜占庭优化共识算法MS-PBFT。根据节点所属机构的不同对节点进行分组,并将各组内的节点划分为主网层和次网层。引入一... 应用于联盟链的实用拜占庭容错(PBFT)共识算法存在共识节点选择和多节点共识效率较差的问题,为此,提出一种多层次实用拜占庭优化共识算法MS-PBFT。根据节点所属机构的不同对节点进行分组,并将各组内的节点划分为主网层和次网层。引入一种积分机制,根据各节点自身的性能以及在系统中的表现为其赋予初始积分和信誉值,以监督节点在共识过程中的行为,根据初始积分与信誉值对节点进行分类,使其加入不同的层次中。改进上层节点和主节点的选取方式并增加一种弹劾机制,及时更换掉线或存在恶意行为的领导节点,从而保证节点的可靠性同时提高共识效率。通过先在次网层达成局部共识进而在主网层实现全局共识的方式,降低节点的通信复杂度。实验结果表明,与DGPBFT、PBFT、RAFT算法相比,MS-PBFT算法可以提高数据吞吐量并降低共识时延,利用所提节点选举机制,节点的共识成功率可以达到98.6%,且共识效率比PBFT算法平均提高33%。 展开更多

关键词 联盟链 实用拜占庭容错算法 信誉值 全局共识 局部共识

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