区块链的拜占庭容错共识机制改进及其排队模型研究
发布时间：2021-06-25 18:10
近年来,随着以比特币为代表的数字货币在全球内的普及与发展,区块链技术作为其关键底层技术和核心支撑结构也越来越受各国政府和互联网金融等各领域的关注。共识算法作为区块链技术的引擎与核心,决定了系统是否能达成分布式共识,同时对系统的吞吐量、交易的确认时间等诸多性能方面都具有非常重要的影响。通过总结相关资料,发现发展共识机制的随机模型等基础理论对于区块链的性能分析和优化极为重要。在此背景下,论文对共识机制进行了深入地研究,主要研究内容如下:首先,概述了区块链及其底层技术原理,介绍了常用的四种共识机制的原理步骤及优缺点,并在联盟链的场景需求下,结合DPoS共识机制,针对PBFT机制中步骤复杂提出一种改进的拜占庭容错共识机制,提供了活性和安全性的容错性证明,通过简化共识步骤、减少额外开销提高共识效率;其次,建立拜占庭容错共识机制改进下的M/M/1排队模型,对共识过程进行分析,并利用拟生灭过程和矩阵几何解计算排队系统的平稳概率向量与稳态队长分布;然后,将共识过程中的投票过程由指数分布推广到更符合实际背景的PH分布,构建了拜占庭容错共识机制改进下的马氏过程,建立为M/PH/1排队模型,计算其稳态队长分...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：50 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１典型的ｇ块链架构吞意图??
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则用户１??将自己要传输的原始消息正文内容进行哈希函数计算，得到消息的摘要，然后用自??已的私钥对摘要进行加密签名，之后同时将原始消息正文内容和数字签名都发送给??用户２。用户２在收到正文内容和数字签名之后，使用用户１的公钥来解密签名，得??到哈希值，通过哈希值得到消息摘要６然后与收到的原始消息内容进行摘要的结果??进行比对。如果比对结果一致，说明该消息确实是用户１发送的，因为其他用户无??法拥有用户１的私钥，而且也可以说明原始消款正文的内容没有被篡改过，因为消??息摘要结果一致。图２－３显．示了数字签名技术的签名流程和验证过程。???用户１??口合希函???????数计顧￣?私钥加密?原始ｆｅ＿息?发＿送??原始倍息?＞?消息摘要??＞?＋??＞用户２??｜?｜?｜数字签名??甩户２?哈希＿??Ｉ?数计黧??原始信息?）消息摘要??１??｜公钥解密??数字签名?＞?消息摘要?１??图２－３数字签名流程与验证过程??２．１．３拜占庭将军冋题??Ｌａｍｐｏｒｔ等人指出拜占庭系统源自拜占庭将军问题，描述了在：Ｓ不信任的网络??中，通信各方达成共识的困难性［４２］。拜占庭将军的经典描述是：在古代，拜点庭将??军们分别带领他们的部队围困一座敌人的城市，每位将军均有撤退和进攻两种行动??策略，将莩们需要在两种方案中选择一种达成致，才可以协心打败敌人或者最大??限度地避免伤亡。拜占庭军队由小部队组成，每个部队由将军指挥，将军通过指挥??官计划一系列行动，将军们之间距离很远，他们沟通的方式只有通过信使传递信件。??一些将军是故意阻止忠诚的将军达成共识计划的叛徒。在作出最终行动策
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于投票机制的拜占庭容错共识算法[J]. 王海勇,郭凯璇,潘启青. 计算机应用. 2019(06)
[2]一种适用于联盟链的共识机制[J]. 曹兆磊. 网络空间安全. 2019(01)
[3]一种随机并联的区块链安全共识算法[J]. 杜江天. 网络安全技术与应用. 2018(11)
[4]区块链综述:技术与挑战[J]. 王锡亮,刘学枫,赵淦森,王欣明,周子衡,莫泽枫. 无线电通信技术. 2018(06)
[5]一种基于层次化聚类学习的区块链共识方法[J]. 尚新,赵鹏. 信息技术与信息化. 2018(09)
[6]区块链P2P网络协议演进过程[J]. 武岳,李军祥. 计算机应用研究. 2019(10)
[7]基于Gossip协议的拜占庭共识算法[J]. 张仕将,柴晶,陈泽华,贺海武. 计算机科学. 2018(02)
[8]区块链技术:架构及进展[J]. 邵奇峰,金澈清,张召,钱卫宁,周傲英. 计算机学报. 2018(05)
[9]比特币区块链扩容技术研究[J]. 喻辉,张宗洋,刘建伟. 计算机研究与发展. 2017(10)
[10]一种改进PBFT算法作为以太坊共识机制的研究与实现[J]. 黄秋波,安庆文,苏厚勤. 计算机应用与软件. 2017(10)
博士论文
[1]可实用的拜占庭容错系统理论研究[D]. 王秀群.浙江大学 2007
硕士论文
[1]基于实用拜占庭共识算法（PBFT）的区块链模型的评估与改进[D]. 戴鹏.北京邮电大学 2019
[2]基于改进PBFT算法的区块链溯源系统设计与实现[D]. 杨绿林.北京邮电大学 2019
[3]基于M/PH/1模型的交通事故对交通流的影响分析[D]. 郭议镁.西安理工大学 2019
[4]基于拜占庭容错机制的区块链共识算法研究与应用[D]. 李剑锋.郑州大学 2018
[5]带有主动恢复的拜占庭容错算法在区块链中的应用[D]. 赵振龙.浙江大学 2018
[6]基于动态授权的拜占庭容错共识算法的区块链性能改进研究[D]. 刘肖飞.浙江大学 2017
[7]可变环境下的M/M/1排队系统研究[D]. 王海涛.四川师范大学 2011
[8]N-策略M/M/1和M/PH/1工作休假排队[D]. 杨顺利.燕山大学 2008
本文编号：3249692
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：50 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１典型的ｇ块链架构吞意图??
图２－２两种网絡梁构暖＿＿意＿??
则用户１??将自己要传输的原始消息正文内容进行哈希函数计算，得到消息的摘要，然后用自??已的私钥对摘要进行加密签名，之后同时将原始消息正文内容和数字签名都发送给??用户２。用户２在收到正文内容和数字签名之后，使用用户１的公钥来解密签名，得??到哈希值，通过哈希值得到消息摘要６然后与收到的原始消息内容进行摘要的结果??进行比对。如果比对结果一致，说明该消息确实是用户１发送的，因为其他用户无??法拥有用户１的私钥，而且也可以说明原始消款正文的内容没有被篡改过，因为消??息摘要结果一致。图２－３显．示了数字签名技术的签名流程和验证过程。???用户１??口合希函???????数计顧￣?私钥加密?原始ｆｅ＿息?发＿送??原始倍息?＞?消息摘要??＞?＋??＞用户２??｜?｜?｜数字签名??甩户２?哈希＿??Ｉ?数计黧??原始信息?）消息摘要??１??｜公钥解密??数字签名?＞?消息摘要?１??图２－３数字签名流程与验证过程??２．１．３拜占庭将军冋题??Ｌａｍｐｏｒｔ等人指出拜占庭系统源自拜占庭将军问题，描述了在：Ｓ不信任的网络??中，通信各方达成共识的困难性［４２］。拜占庭将军的经典描述是：在古代，拜点庭将??军们分别带领他们的部队围困一座敌人的城市，每位将军均有撤退和进攻两种行动??策略，将莩们需要在两种方案中选择一种达成致，才可以协心打败敌人或者最大??限度地避免伤亡。拜占庭军队由小部队组成，每个部队由将军指挥，将军通过指挥??官计划一系列行动，将军们之间距离很远，他们沟通的方式只有通过信使传递信件。??一些将军是故意阻止忠诚的将军达成共识计划的叛徒。在作出最终行动策
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于投票机制的拜占庭容错共识算法[J]. 王海勇,郭凯璇,潘启青. 计算机应用. 2019(06)
[2]一种适用于联盟链的共识机制[J]. 曹兆磊. 网络空间安全. 2019(01)
[3]一种随机并联的区块链安全共识算法[J]. 杜江天. 网络安全技术与应用. 2018(11)
[4]区块链综述:技术与挑战[J]. 王锡亮,刘学枫,赵淦森,王欣明,周子衡,莫泽枫. 无线电通信技术. 2018(06)
[5]一种基于层次化聚类学习的区块链共识方法[J]. 尚新,赵鹏. 信息技术与信息化. 2018(09)
[6]区块链P2P网络协议演进过程[J]. 武岳,李军祥. 计算机应用研究. 2019(10)
[7]基于Gossip协议的拜占庭共识算法[J]. 张仕将,柴晶,陈泽华,贺海武. 计算机科学. 2018(02)
[8]区块链技术:架构及进展[J]. 邵奇峰,金澈清,张召,钱卫宁,周傲英. 计算机学报. 2018(05)
[9]比特币区块链扩容技术研究[J]. 喻辉,张宗洋,刘建伟. 计算机研究与发展. 2017(10)
[10]一种改进PBFT算法作为以太坊共识机制的研究与实现[J]. 黄秋波,安庆文,苏厚勤. 计算机应用与软件. 2017(10)
博士论文
[1]可实用的拜占庭容错系统理论研究[D]. 王秀群.浙江大学 2007
硕士论文
[1]基于实用拜占庭共识算法（PBFT）的区块链模型的评估与改进[D]. 戴鹏.北京邮电大学 2019
[2]基于改进PBFT算法的区块链溯源系统设计与实现[D]. 杨绿林.北京邮电大学 2019
[3]基于M/PH/1模型的交通事故对交通流的影响分析[D]. 郭议镁.西安理工大学 2019
[4]基于拜占庭容错机制的区块链共识算法研究与应用[D]. 李剑锋.郑州大学 2018
[5]带有主动恢复的拜占庭容错算法在区块链中的应用[D]. 赵振龙.浙江大学 2018
[6]基于动态授权的拜占庭容错共识算法的区块链性能改进研究[D]. 刘肖飞.浙江大学 2017
[7]可变环境下的M/M/1排队系统研究[D]. 王海涛.四川师范大学 2011
[8]N-策略M/M/1和M/PH/1工作休假排队[D]. 杨顺利.燕山大学 2008
本文编号：3249692
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