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基于通信延迟聚类和节点信誉的PBFT共识算法 被引量:1
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作者 石亦燃 邓小鸿 +2 位作者 张丽 刘力汇 刘勇 《计算机应用研究》 北大核心 2025年第2期344-351,共8页
针对现有基于分组策略的拜占庭容错共识算法中存在的主节点不稳定、延迟高等问题,提出一种基于通信延迟聚类和节点信誉的PBFT共识算法(CD-PBFT)。首先,设计了新的基于通信延迟的聚类算法对网络中节点进行分组,将通信延迟融合进欧氏距离... 针对现有基于分组策略的拜占庭容错共识算法中存在的主节点不稳定、延迟高等问题,提出一种基于通信延迟聚类和节点信誉的PBFT共识算法(CD-PBFT)。首先,设计了新的基于通信延迟的聚类算法对网络中节点进行分组,将通信延迟融合进欧氏距离公式,让系统中的节点根据混合距离进行聚类,最终使各个集群中延迟之和达到最低,减少通信开销,提升共识效率;其次,提出了基于综合评价的信誉模型,综合考虑节点延迟指数、共识行为和历史信誉,对节点进行信誉评估,依据节点行为和延迟差异进行信誉奖惩;最后,优化主节点选取方式,建立了一种基于节点稳定性和信誉模型的主节点选择机制,通过信誉模型获得节点的信誉值后,引入方差来衡量节点的信誉波动,选择信誉高且方差小的节点担任主节点,提高主节点的安全性。实验结果表明,相较于PBFT,该算法平均吞吐量提高了126.8%,平均时延降低了68.3%。同时,与现有基于聚类的PBFT算法相比,CD-PBFT具有较为明显的性能优势,能够更灵活地应用在大规模节点的联盟链场景中。 展开更多
关键词 区块链 通信延迟聚类 共识算法 信誉模型 PBFT
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EG-DPoS:基于演化博弈的DPoS优化共识算法
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作者 刘勇 邓小鸿 +2 位作者 刘力汇 石亦燃 张丽 《计算机科学与探索》 北大核心 2025年第5期1379-1394,共16页
针对委托权益证明算法(DPoS)共识过程中,投票节点积极性不高、恶意节点贿赂拉票和代理节点按序出块易被攻击的问题,提出了一种基于演化博弈的DPoS优化共识算法(EG-DPoS)。引入信用机制构建节点投票激励模型,根据节点的投票情况给予信用... 针对委托权益证明算法(DPoS)共识过程中,投票节点积极性不高、恶意节点贿赂拉票和代理节点按序出块易被攻击的问题,提出了一种基于演化博弈的DPoS优化共识算法(EG-DPoS)。引入信用机制构建节点投票激励模型,根据节点的投票情况给予信用值奖励,有效提高了节点的投票积极性;基于演化博弈的策略制定了一种行为奖惩机制,对投票选举阶段各节点的不同行为策略预设对应的收益函数并实施奖惩,以此来遏制恶意节点的贿赂合谋行为,保证了系统的稳定性和公平性;平衡代理节点选举过程中信用值和投票权重的比例系数,以减少高信用值节点造成的寡头现象,同时利用轮盘选择算法打乱代理节点的出块顺序,避免节点在出块过程中被攻击,提高了系统的安全性。仿真实验结果表明,与DPoS算法相比,EG-DPoS的平均时延降低了36.83%,平均吞吐量提高了19.44%,且参与投票的节点数与总节点数的比值提升约42%。这是由于EG-DPoS中存在投票激励机制和设定了固定的投票时间,以及在演化博弈策略的作用下,节点会随系统的运行表现得更加安全高效,使得代理节点的出块效率和共识效率更高,因此能在降低时延的同时提升吞吐量和投票节点的积极性,并且与其他典型DPoS改进算法相比,EGDPoS也具有明显的性能优势。 展开更多
关键词 演化博弈 委托权益证明(DPoS) 共识算法 区块链 信用激励
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TSD-PBFT:基于信誉和标准差聚类的PBFT共识优化算法
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作者 张丽 邓小鸿 +2 位作者 石亦燃 刘勇 刘力汇 《计算机应用研究》 北大核心 2025年第3期677-686,共10页
针对实用拜占庭容错共识算法中存在缺少对恶意节点的惩罚机制、通信开销大、主节点选取安全性不足等问题,提出了一种基于信誉和标准差聚类的PBFT共识优化算法TSD-PBFT,旨在提高共识效率和安全性。首先,建立节点动态和静态结合的信誉评... 针对实用拜占庭容错共识算法中存在缺少对恶意节点的惩罚机制、通信开销大、主节点选取安全性不足等问题,提出了一种基于信誉和标准差聚类的PBFT共识优化算法TSD-PBFT,旨在提高共识效率和安全性。首先,建立节点动态和静态结合的信誉评估模型,通过实时监测节点投票数和参与度来动态评估节点行为,并剔除恶意节点来提高整体共识效率和可靠性,同时通过周期性地重置高信誉值节点的评分,防止单一节点或小团体长期主导共识过程;其次,提出基于信誉和标准差的聚类算法,引入标准差逐步选取密度高且信誉良好的节点作为聚类中心,避免局部最优解;同时采用改进的K-medoids聚类算法将节点分组并形成两层,实现分层共识来降低共识过程的通信开销;最后,优化主节点选取方式,由聚类中心节点投票产生主节点,通过赋予信誉高且标准差低的节点更高的投票权重来降低恶意节点担任主节点的概率,提高主节点选取的安全性和公正性。实验仿真结果表明,在相同的网络设置和节点数量条件下,与PBFT相比,TSD-PBFT算法平均吞吐量提高了72.1%,平均时延降低了50.2%。与现在类似PBFT改进算法相比,TSD-PBFT也具有明显的性能优势,能更好的适用于大规模联盟链场景。 展开更多
关键词 区块链 共识机制 实用拜占庭容错 信誉机制 标准差聚类
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基于区块链和亲友节点的电子健康记录安全共享方案 被引量:5
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作者 刘惠文 邓小鸿 +1 位作者 熊伟志 拜亚萌 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2024年第5期1321-1327,共7页
区块链技术在电子健康记录安全共享上具有巨大潜力,然而,目前的解决方案存在着如存储空间大和共识效率低等问题。为此,提出了一种基于区块链和亲友节点的新方案。首先,采用分布式文件系统将用户完整的电子健康记录存储在线下服务器,并... 区块链技术在电子健康记录安全共享上具有巨大潜力,然而,目前的解决方案存在着如存储空间大和共识效率低等问题。为此,提出了一种基于区块链和亲友节点的新方案。首先,采用分布式文件系统将用户完整的电子健康记录存储在线下服务器,并构建用户的亲友节点集,每个用户的数据由其亲友节点冗余存储,链上仅存储区块头信息,降低了存储空间;其次,设计了基于多签名技术的数据访问机制,采用Shamir秘密共享机制将用户的私钥分发给其亲友节点,亲友节点中的过半数可以利用自己的私钥重建出用户私钥,解决紧急情况下的数据访问问题;最后提出了基于信用的拜占庭容错共识机制,将信用值排名前10%的节点作为领导者节点集,采用随机算法在领导者节点集中生成主节点,提高了共识安全性。实验结果表明,所提方案所需的链上存储空间是现有方案的1/7,数据访问效率提高了15倍,同时在保证较好时延和吞吐量的情况下,具有更高的共识安全性。该方案可实现电子健康记录的安全高效共享,为区块链在医疗领域应用提供案例。 展开更多
关键词 区块链 亲友节点 电子健康记录 智能合约 共识算法
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基于完美二叉树通信拓扑的拜占庭容错共识算法 被引量:3
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作者 李淑芝 熊伟志 +2 位作者 邓小鸿 王智强 刘惠文 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期2484-2493,共10页
针对实用拜占庭容错(PBFT)算法中主节点可预测、通信复杂度高和作恶节点缺少惩罚机制的问题,该文提出一种基于完美二叉树通信拓扑的联盟链拜占庭容错算法(PBT-BFT)。首先设计了信誉评估模型对节点的行为进行评估,同时提出基于信誉的可... 针对实用拜占庭容错(PBFT)算法中主节点可预测、通信复杂度高和作恶节点缺少惩罚机制的问题,该文提出一种基于完美二叉树通信拓扑的联盟链拜占庭容错算法(PBT-BFT)。首先设计了信誉评估模型对节点的行为进行评估,同时提出基于信誉的可验证随机函数(R-VRF),使得随机抽取概率与信誉值呈正相关,保证了拥有不同信誉值的节点抽签的公平性和随机性。然后,设计了完美二叉树通信拓扑,将通信复杂度降低至线性复杂度,同时提出轮换主节点和流水线工作机制,提高了共识效率。实验结果表明,与PBFT相比,平均吞吐量提高了121.6%,平均时延降低了73.8%,能够很好地适用于大规模网络节点的联盟链。 展开更多
关键词 完美二叉树 通信拓扑 共识机制 拜占庭容错
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ACT-BFT:自适应通信拓扑的拜占庭容错共识机制
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作者 邓小鸿 王智强 +1 位作者 黎康婷 罗志琼 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2023年第21期267-277,共11页
共识机制研究如何在分布式的节点中达成数据的一致性,作为区块链中的核心技术,直接影响着区块链系统的性能。拜占庭容错类共识机制是当前主流的联盟链共识算法,但存在着记账节点选取安全性差和通信的时间复杂度过高的问题。针对上述问题... 共识机制研究如何在分布式的节点中达成数据的一致性,作为区块链中的核心技术,直接影响着区块链系统的性能。拜占庭容错类共识机制是当前主流的联盟链共识算法,但存在着记账节点选取安全性差和通信的时间复杂度过高的问题。针对上述问题,提出一种基于BP神经网络的节点信誉值评估机制,通过训练优化节点信誉值评价指标的权重,更为精确地得到节点信誉值。根据信誉值来挑选记账节点,提高共识效率和减小恶意节点成为记账节点的风险,提高共识的安全性。设计了一种自适应的树型通信拓扑结构,根据节点信誉值的信息熵自适应调整树型结构的叉度,减小传统P2P拓扑结构中的通信的时间复杂度,自由叉度结构增加了通信结构的可扩展性并减小了节点作恶带来的负面影响。通过大量的实验分析验证了提出算法的有效性,在区块链网络中节点数增加到500时,该算法的吞吐量为相似方法的3倍,时延仅为1/7。同时在记账节点连续切换和节点作恶情况下,该算法的吞吐量稳定,并能有效降低节点作恶带来的影响。算法具有较高的吞吐量、低时延和高安全性,适用于在分布式系统中进行共识。 展开更多
关键词 共识机制 拜占庭容错 神经网络 信誉机制 自适应通信拓扑
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