抗局部中心化的权重可调公有链共识算法研究

发布时间：2020-05-15 01:45

【摘要】：区块链是以比特币为代表的数字加密货币系统的底层技术,由于其去中心化、安全可信、不可篡改、集体维护等特性,区块链技术得到了各个领域的重视和研究。共识算法是区块链技术体系中最重要的组成部分,直接决定区块链系统的整体性能。本文在研究众多现有的公有链共识算法的基础上,针对于不同的应用场景需求对传统的POW(Proof of work)共识算法进行了两方面的改进,具体的研究内容暨创新点如下:(1)针对目前公有链环境中局部中心化现象严重的问题,提出基于内存依赖的PMW(Proof of memory work)共识算法,其核心思想是在传统的以算力为核心的POW算法的挖矿过程中加入内存读取数据的步骤,使得挖矿过程由算力和内存两个因素共同决定,降低了挖矿结果与算力的相关性,进而缓解了因节点之间的算力比拼而造成的局部中心化现象。本文对比了PMW共识算法和传统POW共识算法,通过平均出块率变化和区块分布基尼系数等指标,体现出PMW共识算法具有更好的抗局部中心化的优势。(2)针对于现有的公有链环境下交易处理优先级单一化的问题,在PMW共识算法基础上进一步的改进,提出了基于交易权重的PWW(Proof of weight work)共识算法,通过引入“交易权重”的概念,实现对于新区块权重值的精确量化,并根据区块权重值动态调整挖矿难度,使得矿工节点趋向于优先选择权重更高的交易,从而使公有链更加符合真实应用场景的需求。本文通过对比处理四类不同交易数据集的平均出块率,体现出PWW共识算法的权重可调特征。(3)基于上述两类共识算法,本文在医疗数据共享和分布式能源交易场景下进行了应用模型的构建。首先针对传统的中心化医疗数据管理系统中存在的信息孤岛和数据易被篡改等问题,提出了基于PMW共识算法的医疗数据共享方案,藉由PMW算法的抗局部中心化特性,确保数据共享过程的安全性和可追溯性;其次针对能源交易场景中存在的弃风弃光现象,提出了基于PWW共识算法的能源区块链网络模型,藉由PWW算法的权重可调特征,确保清洁能源在分布式能源交易过程中被优先处理,满足环境友好型发电的需求。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：F49;F821;TP311.13

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本文编号：2664265