發(fā)布時(shí)間：2020-11-20 21:27

　　 區(qū)塊鏈實(shí)質(zhì)上是包含多種底層技術(shù)的分布式賬本,這種分布式賬本無(wú)中心節(jié)點(diǎn),所有節(jié)點(diǎn)都處于平等的地位。分布式系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)需要維持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性,在區(qū)塊鏈技術(shù)中,共識(shí)機(jī)制決定了系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)之間如何達(dá)成共識(shí),也是區(qū)塊鏈中非常重要的核心技術(shù),它能夠使系統(tǒng)中的所有節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)同一份數(shù)據(jù)。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(cuò)(Byzantine Fault Tolerance,BFT)問(wèn)題,因此主要使用拜占庭容錯(cuò)類共識(shí)機(jī)制。尤其當(dāng)比特幣等公有鏈系統(tǒng)出現(xiàn)后,拜占庭容錯(cuò)類共識(shí)機(jī)制逐漸得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái),隨著對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)的研究不斷增多,這項(xiàng)技術(shù)也被應(yīng)用到醫(yī)療、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)隱私保護(hù)等各種不同的領(lǐng)域,不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)沧R(shí)機(jī)制的性能需求不盡相同�，F(xiàn)有的共識(shí)機(jī)制由于在安全性和擴(kuò)展性等方面存在一些不足之處,因此需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)以適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)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(cuò)類共識(shí)機(jī)制,重點(diǎn)分析了該類共識(shí)機(jī)制中的授權(quán)股份證明(Delegated Proof of Stake,DPoS)機(jī)制,發(fā)現(xiàn)了該共識(shí)機(jī)制中存在的不足并對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。具體工作如下:針對(duì)DPoS機(jī)制中存在的節(jié)點(diǎn)投票不積極和無(wú)法及時(shí)識(shí)別惡意節(jié)點(diǎn)的情況提出了基于獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制的DPoS算法RM-DPoS(Reward Mechanism Delegated Proof of Stake)。該算法通過(guò)設(shè)置新的獎(jiǎng)勵(lì)分配方案激發(fā)節(jié)點(diǎn)的投票積極性,在獎(jiǎng)勵(lì)分配方案中,通過(guò)在基于沙普利值的收益分配算法中加入時(shí)間因素并限制節(jié)點(diǎn)的投票次數(shù),不僅可以使節(jié)點(diǎn)得到的收益更加合理,而且可以改善系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)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(diǎn),本文建立了針對(duì)區(qū)塊鏈系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的信任度評(píng)價(jià)模型,通過(guò)該模型能有效識(shí)別系統(tǒng)中的惡意節(jié)點(diǎn),降低惡意節(jié)點(diǎn)成為見(jiàn)證人節(jié)點(diǎn)的概率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該算法能夠更快速地識(shí)別出系統(tǒng)中的惡意節(jié)點(diǎn),提高了系統(tǒng)的安全性。針對(duì)DPoS機(jī)制中代幣數(shù)量多的節(jié)點(diǎn)影響見(jiàn)證人節(jié)點(diǎn)選舉結(jié)果和不能及時(shí)處理出現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)故障問(wèn)題提出了基于動(dòng)態(tài)分組的DPoS算法DG-DPoS(Dynamic Group Delegated Proof of Stake)。該算法首先根據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分組,之后在每個(gè)分組內(nèi)進(jìn)行見(jiàn)證人節(jié)點(diǎn)的選舉過(guò)程,一定程度上降低了持幣量多的節(jié)點(diǎn)對(duì)選舉結(jié)果的影響程度。針對(duì)出現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)故障問(wèn)題,在共識(shí)階段中增加了見(jiàn)證人節(jié)點(diǎn)更換協(xié)議,提高了系統(tǒng)的健壯性,并通過(guò)分組廣播區(qū)塊信息的方式完成區(qū)塊的同步過(guò)程,提升了系統(tǒng)的性能。同時(shí),該算法在整個(gè)流程中采用了RM-DPoS算法中提出的獎(jiǎng)勵(lì)分配方案和節(jié)點(diǎn)信任度評(píng)價(jià)模型保證了見(jiàn)證人節(jié)點(diǎn)的可靠性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,DG-DPoS機(jī)制相比原DPoS機(jī)制在安全性、時(shí)延性及吞吐量等方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。
【學(xué)位單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TP311.13
【部分圖文】：

山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文22開(kāi)始投票節(jié)點(diǎn)根據(jù)候選節(jié)點(diǎn)的信任度進(jìn)行投票得票數(shù)排名前N位的節(jié)點(diǎn)成為見(jiàn)證人節(jié)點(diǎn)見(jiàn)證人節(jié)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)塊生產(chǎn)過(guò)程節(jié)點(diǎn)獲得區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)節(jié)點(diǎn)是否成功出塊節(jié)點(diǎn)是否合理分配獎(jiǎng)勵(lì)結(jié)束扣除節(jié)點(diǎn)保證金指定下一出塊節(jié)點(diǎn)是否是否主節(jié)點(diǎn)向其它見(jiàn)證人節(jié)點(diǎn)發(fā)起計(jì)算信任度的請(qǐng)求主節(jié)點(diǎn)更新其它見(jiàn)證人節(jié)點(diǎn)的信任度并將其在全網(wǎng)進(jìn)行廣播其它節(jié)點(diǎn)將計(jì)算完成的信任度作為消息發(fā)送給主節(jié)點(diǎn)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(diǎn)信任度評(píng)價(jià)模型對(duì)作惡的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了懲罰，假設(shè)節(jié)點(diǎn)i在共識(shí)過(guò)程中存在作惡行為，則()()()()111nnxxsxfxnfxtrustieα==×+∑∑=(3.5)

山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文25圖3.2信任度增長(zhǎng)曲線圖從圖3.2可以看出，β值不同對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)信任度的增長(zhǎng)率是不同的，β值越大，節(jié)點(diǎn)的信任度增長(zhǎng)越快，說(shuō)明節(jié)點(diǎn)信任度的增長(zhǎng)主要依賴當(dāng)前信任度。同時(shí)隨著共識(shí)輪數(shù)的增加，信任度的增長(zhǎng)率逐漸變小，因此不會(huì)產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)因參與共識(shí)過(guò)程較多造成的信任度中心化的現(xiàn)象。3.4.2投票節(jié)點(diǎn)所得收益的分配方式比較由于每個(gè)投票者手中的代幣數(shù)量是不一樣的，因此它們?yōu)橥粋�(gè)見(jiàn)證人節(jié)點(diǎn)投票后的票權(quán)占比也是不同的。按照每個(gè)投票者的票權(quán)占比分配收益的方式看似是一種合理的分配策略，但實(shí)際上會(huì)讓系統(tǒng)中代幣越多的節(jié)點(diǎn)越有錢，加劇貧富差距。我們的實(shí)驗(yàn)主要分析在時(shí)間間隔T固定的情況下（本文令T=1），系統(tǒng)中存在兩個(gè)大節(jié)點(diǎn)（每個(gè)大節(jié)點(diǎn)擁有1/3的票權(quán)且只能投票一次）時(shí)，隨著小節(jié)點(diǎn)的數(shù)目逐漸增多，按沙普利值再分配和按票權(quán)占比再分配兩種方式中小節(jié)點(diǎn)所得收益的情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3.3所示：圖3.3小節(jié)點(diǎn)最終收益情況

山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文25圖3.2信任度增長(zhǎng)曲線圖從圖3.2可以看出，β值不同對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)信任度的增長(zhǎng)率是不同的，β值越大，節(jié)點(diǎn)的信任度增長(zhǎng)越快，說(shuō)明節(jié)點(diǎn)信任度的增長(zhǎng)主要依賴當(dāng)前信任度。同時(shí)隨著共識(shí)輪數(shù)的增加，信任度的增長(zhǎng)率逐漸變小，因此不會(huì)產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)因參與共識(shí)過(guò)程較多造成的信任度中心化的現(xiàn)象。3.4.2投票節(jié)點(diǎn)所得收益的分配方式比較由于每個(gè)投票者手中的代幣數(shù)量是不一樣的，因此它們?yōu)橥粋�(gè)見(jiàn)證人節(jié)點(diǎn)投票后的票權(quán)占比也是不同的。按照每個(gè)投票者的票權(quán)占比分配收益的方式看似是一種合理的分配策略，但實(shí)際上會(huì)讓系統(tǒng)中代幣越多的節(jié)點(diǎn)越有錢，加劇貧富差距。我們的實(shí)驗(yàn)主要分析在時(shí)間間隔T固定的情況下（本文令T=1），系統(tǒng)中存在兩個(gè)大節(jié)點(diǎn)（每個(gè)大節(jié)點(diǎn)擁有1/3的票權(quán)且只能投票一次）時(shí)，隨著小節(jié)點(diǎn)的數(shù)目逐漸增多，按沙普利值再分配和按票權(quán)占比再分配兩種方式中小節(jié)點(diǎn)所得收益的情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3.3所示：圖3.3小節(jié)點(diǎn)最終收益情況
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本文編號(hào)：2892018