區(qū)塊鏈實質上是包含多種底層技術的分布式賬本,這種分布式賬本無中心節(jié)點,所有節(jié)點都處于平等的地位。分布式系統(tǒng)中的節(jié)點需要維持數據的一致性,在區(qū)塊鏈技術中,共識機制決定了系統(tǒng)中的節(jié)點之間如何達成共識,也是區(qū)塊鏈中非常重要的核心技術,它能夠使系統(tǒng)中的所有節(jié)點共同維護同一份數據。與傳統(tǒng)分布式系統(tǒng)不同,區(qū)塊鏈系統(tǒng)需要考慮拜占庭容錯(Byzantine Fault Tolerance,BFT)問題,因此主要使用拜占庭容錯類共識機制。尤其當比特幣等公有鏈系統(tǒng)出現后,拜占庭容錯類共識機制逐漸得到廣泛應用。近年來,隨著對區(qū)塊鏈技術的研究不斷增多,這項技術也被應用到醫(yī)療、物聯網、數據隱私保護等各種不同的領域,不同的應用領域對共識機制的性能需求不盡相同�，F有的共識機制由于在安全性和擴展性等方面存在一些不足之處,因此需要對其進行改進以適應不同應用場景的需求。本文研究了區(qū)塊鏈系統(tǒng)中幾種主流的拜占庭容錯類共識機制,重點分析了該類共識機制中的授權股份證明(Delegated Proof of Stake,DPoS)機制,發(fā)現了該共識機制中存在的不足并對其進行了改進。具體工作如下:針對DPoS機制中存在的節(jié)點投票不積極和無法及時識別惡意節(jié)點的情況提出了基于獎勵機制的DPoS算法RM-DPoS(Reward Mechanism Delegated Proof of Stake)。該算法通過設置新的獎勵分配方案激發(fā)節(jié)點的投票積極性,在獎勵分配方案中,通過在基于沙普利值的收益分配算法中加入時間因素并限制節(jié)點的投票次數,不僅可以使節(jié)點得到的收益更加合理,而且可以改善系統(tǒng)中節(jié)點之間貧富不均的情況。為了讓選民將票投給更加可靠的節(jié)點,本文建立了針對區(qū)塊鏈系統(tǒng)中節(jié)點的信任度評價模型,通過該模型能有效識別系統(tǒng)中的惡意節(jié)點,降低惡意節(jié)點成為見證人節(jié)點的概率。實驗結果表明,該算法能夠更快速地識別出系統(tǒng)中的惡意節(jié)點,提高了系統(tǒng)的安全性。針對DPoS機制中代幣數量多的節(jié)點影響見證人節(jié)點選舉結果和不能及時處理出現的節(jié)點故障問題提出了基于動態(tài)分組的DPoS算法DG-DPoS(Dynamic Group Delegated Proof of Stake)。該算法首先根據節(jié)點的位置對節(jié)點進行動態(tài)分組,之后在每個分組內進行見證人節(jié)點的選舉過程,一定程度上降低了持幣量多的節(jié)點對選舉結果的影響程度。針對出現的節(jié)點故障問題,在共識階段中增加了見證人節(jié)點更換協議,提高了系統(tǒng)的健壯性,并通過分組廣播區(qū)塊信息的方式完成區(qū)塊的同步過程,提升了系統(tǒng)的性能。同時,該算法在整個流程中采用了RM-DPoS算法中提出的獎勵分配方案和節(jié)點信任度評價模型保證了見證人節(jié)點的可靠性。實驗結果表明,DG-DPoS機制相比原DPoS機制在安全性、時延性及吞吐量等方面具有一定的優(yōu)勢。
【學位單位】：山東建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：TP311.13
【部分圖文】：

山東建筑大學碩士學位論文22開始投票節(jié)點根據候選節(jié)點的信任度進行投票得票數排名前N位的節(jié)點成為見證人節(jié)點見證人節(jié)點進行區(qū)塊生產過程節(jié)點獲得區(qū)塊獎勵節(jié)點是否成功出塊節(jié)點是否合理分配獎勵結束扣除節(jié)點保證金指定下一出塊節(jié)點是否是否主節(jié)點向其它見證人節(jié)點發(fā)起計算信任度的請求主節(jié)點更新其它見證人節(jié)點的信任度并將其在全網進行廣播其它節(jié)點將計算完成的信任度作為消息發(fā)送給主節(jié)點圖3.1算法流程圖3.3算法分析與討論（1）模型合理性分析本文提出的節(jié)點信任度評價模型對作惡的節(jié)點進行了懲罰，假設節(jié)點i在共識過程中存在作惡行為，則()()()()111nnxxsxfxnfxtrustieα==×+∑∑=(3.5)

山東建筑大學碩士學位論文25圖3.2信任度增長曲線圖從圖3.2可以看出，β值不同對應的節(jié)點信任度的增長率是不同的，β值越大，節(jié)點的信任度增長越快，說明節(jié)點信任度的增長主要依賴當前信任度。同時隨著共識輪數的增加，信任度的增長率逐漸變小，因此不會產生節(jié)點因參與共識過程較多造成的信任度中心化的現象。3.4.2投票節(jié)點所得收益的分配方式比較由于每個投票者手中的代幣數量是不一樣的，因此它們?yōu)橥粋�見證人節(jié)點投票后的票權占比也是不同的。按照每個投票者的票權占比分配收益的方式看似是一種合理的分配策略，但實際上會讓系統(tǒng)中代幣越多的節(jié)點越有錢，加劇貧富差距。我們的實驗主要分析在時間間隔T固定的情況下（本文令T=1），系統(tǒng)中存在兩個大節(jié)點（每個大節(jié)點擁有1/3的票權且只能投票一次）時，隨著小節(jié)點的數目逐漸增多，按沙普利值再分配和按票權占比再分配兩種方式中小節(jié)點所得收益的情況。實驗結果如圖3.3所示：圖3.3小節(jié)點最終收益情況

山東建筑大學碩士學位論文25圖3.2信任度增長曲線圖從圖3.2可以看出，β值不同對應的節(jié)點信任度的增長率是不同的，β值越大，節(jié)點的信任度增長越快，說明節(jié)點信任度的增長主要依賴當前信任度。同時隨著共識輪數的增加，信任度的增長率逐漸變小，因此不會產生節(jié)點因參與共識過程較多造成的信任度中心化的現象。3.4.2投票節(jié)點所得收益的分配方式比較由于每個投票者手中的代幣數量是不一樣的，因此它們?yōu)橥粋�見證人節(jié)點投票后的票權占比也是不同的。按照每個投票者的票權占比分配收益的方式看似是一種合理的分配策略，但實際上會讓系統(tǒng)中代幣越多的節(jié)點越有錢，加劇貧富差距。我們的實驗主要分析在時間間隔T固定的情況下（本文令T=1），系統(tǒng)中存在兩個大節(jié)點（每個大節(jié)點擁有1/3的票權且只能投票一次）時，隨著小節(jié)點的數目逐漸增多，按沙普利值再分配和按票權占比再分配兩種方式中小節(jié)點所得收益的情況。實驗結果如圖3.3所示：圖3.3小節(jié)點最終收益情況
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本文編號：2892018