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BalChain:一种基于信誉与负载的分片区块链系统
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作者 陈强斌 姚中原 +1 位作者 田浩 斯雪明 《应用科学学报》 北大核心 2025年第5期863-876,共14页
分片技术是提高区块链系统扩展性的重要手段,现有的分片设计往往忽略了分片间负载不均以及节点异质性的问题,从而导致资源浪费和系统性能的下降。为此,本文提出了一种基于信誉与负载的分片区块链系统BalChain,用来提升系统吞吐量和安全... 分片技术是提高区块链系统扩展性的重要手段,现有的分片设计往往忽略了分片间负载不均以及节点异质性的问题,从而导致资源浪费和系统性能的下降。为此,本文提出了一种基于信誉与负载的分片区块链系统BalChain,用来提升系统吞吐量和安全性。BalChain采用双链架构,包括交易链和誉载链,分别使用Raft协议和集体签名的拜占庭容错共识机制,确保交易的高效处理和系统的安全防护。本文还提出了一种誉载相配分片算法,根据分片的负载情况动态分配计算资源,充分利用节点的异质性。同时,系统通过Metis图划分算法减少了跨分片交易的发生,进一步提升了交易处理效率。实验结果表明,BalChain在吞吐量、延迟和跨分片交易处理效率等方面均优于现有的分片区块链系统,证明了该设计在实际应用中的有效性和可扩展性。 展开更多
关键词 区块链 分片技术 信誉系统 负载均衡 跨分片交易 扩展性
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零知识证明赋能区块链的进展与展望 被引量:3
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作者 贾淼 姚中原 +3 位作者 祝卫华 高婷婷 斯雪明 邓翔 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2024年第12期3669-3677,共9页
因为去中心化和不可篡改等特点,区块链技术已经广泛应用于社会治理、教育和医疗等领域。然而,随着应用的不断深入,需求的不断增多,区块链系统面临着安全问题、存储不足以及价值孤岛等一系列挑战。因此,区块链在隐私保护、扩容和跨链互... 因为去中心化和不可篡改等特点,区块链技术已经广泛应用于社会治理、教育和医疗等领域。然而,随着应用的不断深入,需求的不断增多,区块链系统面临着安全问题、存储不足以及价值孤岛等一系列挑战。因此,区块链在隐私保护、扩容和跨链互操作性方面的需求日益凸显。将零知识证明(ZKP)技术赋能区块链,可以使区块链实现高级别的匿名性和事务隐私保护,基于ZKP的有效性证明可取代完整的数据由侧链或链下角色提交给主链,基于ZKP的共识证明可更高效地提升区块链跨链协议的性能。针对ZKP赋能区块链的现状亟待综合对比分析的问题,研究ZKP赋能区块链的进展与展望,而基于ZKP技术赋能区块链的相关进展,系统性地总结了近年来的代表性方案。首先,介绍了零知识技术的发展脉络;其次,分类总结基于ZKP技术的区块链的代表性应用,重点介绍这些应用的实现思路和创新点,并基于典型案例对这些应用在区块大小、证明大小、交易费用等指标上分析性能;最后,展望ZKP技术在区块链隐私保护、扩容和跨链的发展前景中的应用。 展开更多
关键词 区块链 隐私保护 扩容 跨链 零知识证明 非交互零知识证明
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适用于物联网的区块链轻量化技术综述 被引量:1
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作者 陈姿芊 牛科迪 +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3688-3698,共11页
区块链技术凭借去中心化和加密等特性被用于物联网(IoT),然而传统区块链在IoT环境下存在扩展性差、延迟高、密码组件消耗高、共识计算复杂和数据存储规模大等问题。针对传统区块链在IoT设备中性能不佳的问题,对区块链轻量化技术进行综... 区块链技术凭借去中心化和加密等特性被用于物联网(IoT),然而传统区块链在IoT环境下存在扩展性差、延迟高、密码组件消耗高、共识计算复杂和数据存储规模大等问题。针对传统区块链在IoT设备中性能不佳的问题,对区块链轻量化技术进行综述。首先,将区块链架构分为单链结构和有向无环图(DAG)结构,并比较了两类区块链架构中的轻量化操作;其次,从迭代结构、压缩函数和硬件实现方面分析轻量级hash函数;再次,介绍共识算法和存储中的轻量化方案;最后,结合文献调研成果归纳总结区块链轻量化技术的设计思路,展望未来的研究方向。 展开更多
关键词 区块链 物联网 轻量化 HASH函数 共识算法 存储可扩展性
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面向物联网的区块链共识算法综述 被引量:1
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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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链上链下一致性保护技术综述 被引量:1
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作者 高婷婷 姚中原 +1 位作者 贾淼 斯雪明 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2024年第12期3658-3668,共11页
区块链不可篡改的特性保证了链上数据的一致性,而链下数据可能在记录、存储、传输的过程中遭到破坏,这会造成链上和链下数据不一致的问题,进而极大地影响区块链技术的落地发展;因此,需要一些机制保证链上链下数据的一致性。针对链上和... 区块链不可篡改的特性保证了链上数据的一致性,而链下数据可能在记录、存储、传输的过程中遭到破坏,这会造成链上和链下数据不一致的问题,进而极大地影响区块链技术的落地发展;因此,需要一些机制保证链上链下数据的一致性。针对链上和链下数据不一致的问题,总结目前的一些链上链下一致性保护技术。首先,介绍链上链下一致性的基本概念,并指出一致性问题的重要性;其次,从预言机机制、数据完整性机制和链上链下数据协同机制这3个方面综述链上链下一致性保护技术,并对比分析一些链上链下一致性保护方案;最后,从3个方面展望链上链下一致性保护技术,为区块链从业者和研究者们进一步深入探讨和研究链上链下一致性保护方法提供理论参考,进而促进区块链应用的落地。 展开更多
关键词 区块链 一致性 预言机 数据完整性 链上链下数据协同
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基于改进公证人机制的联盟链跨链隐私保护方案 被引量:4
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作者 郭晓涵 姚中原 +3 位作者 张勇 郭尚坤 王超 斯雪明 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2023年第10期3028-3037,共10页
联盟链跨链交互既增强了联盟链应用的功能,又扩展了应用的使用范围,因此对促进联盟链应用推广和产业发展意义重大。然而,目前联盟链跨链交互依然存在着用户身份和资产交易信息隐私泄露的问题,进而阻碍了联盟链跨链交互技术的广泛应用。... 联盟链跨链交互既增强了联盟链应用的功能,又扩展了应用的使用范围,因此对促进联盟链应用推广和产业发展意义重大。然而,目前联盟链跨链交互依然存在着用户身份和资产交易信息隐私泄露的问题,进而阻碍了联盟链跨链交互技术的广泛应用。针对以上问题,提出一个基于改进公证人机制的联盟链资产跨链隐私保护方案。首先,在合约层引入哈希锁定机制来改进传统的单签名公证人跨链方式,从而降低传统公证人机制中心化作恶的风险;其次,利用同态加密的特性在保证交易合法的前提下,实现对交易资产的可用不可见;同时,利用多密钥生成中心(KGC)模式的标识密码算法实现在网络层上的用户身份隐私保护。理论分析和实验结果表明,所提方案对联盟链跨链交互时交易中的用户身份信息和资产信息具有良好的隐私保护效果,且相较于其他同类方案在签名和验证方面的开销更低。 展开更多
关键词 区块链 公证人 哈希锁定 同态加密 标识密码 隐私保护
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跨链综述:机制、协议、应用与挑战 被引量:2
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作者 陈龙飞 姚中原 +2 位作者 潘恒 权高原 斯雪明 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2023年第10期3017-3027,共11页
随着区块链技术及应用的不断发展,人们对区块链之间的交互需求日益增加。然而,区块链技术的孤立性和封闭性以及不同区块链之间的异构性造成了区块链的“价值孤岛”效应,这严重阻碍了区块链技术集成应用的广泛落地和良性发展。区块链跨... 随着区块链技术及应用的不断发展,人们对区块链之间的交互需求日益增加。然而,区块链技术的孤立性和封闭性以及不同区块链之间的异构性造成了区块链的“价值孤岛”效应,这严重阻碍了区块链技术集成应用的广泛落地和良性发展。区块链跨链技术解决了不同区块链之间的数据流通、价值转移和业务协同等问题,也是提升区块链可扩展性和互操作性的重要技术手段。根据跨链技术的实现复杂性和功能丰富性程度,从三个方面分类总结了区块链跨链技术:一是基础的跨链机制,二是基于这些机制构建的跨链协议,三是提供了系统架构的跨链应用。最后,总结了跨链互操作中存在的问题,从而为区块链跨链技术的进一步研究提供了系统性理论参考。 展开更多
关键词 区块链 互操作 跨链机制 跨链协议 跨链应用
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