基于结构化网络和可信执行环境的有效拜占庭容错算法

发布时间：2021-09-19 22:26

　　作为比特币的底层技术,区块链从根本上建立了一种信任和价值传递机制,推动了信息互联网向价值互联网转变。区块链虽起源于比特币,但在十年的发展历程中,区块链已经超越了在金融领域的应用,逐渐进入到各个社会领域,提供更复杂的逻辑处理能力。区块链的瓶颈主要集中在其低吞吐、高延迟的性能问题上,这其实是去中心化与效率权衡之后的结果。Paxos、Raft等经典的分布式一致性算法并不能解决拜占庭容错问题,而Po W、Po S等公链系统的共识算法又因其巨大的能源成本或协议本身的设计缺陷而无法满足特定场景下的性能需求。与之相比,BFT（Byzantine Fault Tolerant）共识算法能够容忍一定数量的节点以任意方式偏离协议,拜占庭错误是分布式系统中最坏情况下的错误。BFT共识算法提供了百分之百而不是概率上的安全性,但因其高资源消耗、低共识效率一直没有被广泛应用。本文提出了Loop-Grouping Tree and TEE BFT（Lg TTBFT）,一种简单高效的拜占庭容错共识策略。Lg TTBFT的核心是一种新的树形拓扑（Lg Tree）和可信执行环境（TEE）。TEE的使用则使系统效率从副本数... 

【文章来源】：青岛理工大学山东省

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

区块链基础架构模型

青岛理工大学工程硕士学位论文81）去中心化。区块链系统最本质的特征就是去中心化，它赋予了区块链良好的可靠性和安全性[21]。2）开放性。区块链技术是开源的，在区块链中，只有交易各方的私有信息被加密外，除此之外，任何人都可以对区块链数据进行查询并开发相关应用，因此整个系统高度透明[21]。3）防篡改性。区块链上的内容都是前后相关的，所有内容都需要采用密码学原理进行复杂的运算、换算之后才能够记录上链，这就使得信息篡改的难度非常大、篡改成本非常高[21]。4）匿名性。区块链上的信息传递可以以匿名的方式进行，各区块节点的身份信息不需要公开或验证。区块链主要采用密码学原理来实现“匿名性”，保证个人隐私安全[21]。5）可追溯性。由于区块链是一个前后相关的“块链式数据结构”，链上的信息依据时间顺序环环相扣，因此在区块链上，任意一条数据都可以进行追溯。2.1.2区块链的网络结构区块链网络是一种去中心化的P2P（Peer-to-Peer）网络，网络中的每一个节点都是对等的，不存在中心化的服务器和各种层次结构。每个节点既是服务端，又是客户端。一个经典的区块链网络如图2.2所示。图2.2区块链网络结构模型没有中心节点的特性赋予了区块链系统可靠的安全性。而这种拓扑结构的缺点也是显而易见的：分布式的节点部署使得节点间的通信效率很低。分布式网络通常可以分成两种结构：无结构的P2P网络和结构化的P2P网络。

区块的结构

【参考文献】：
期刊论文
[1]区块链技术中的共识机制研究[J]. 韩璇,刘亚敏.  信息网络安全. 2017(09)
[2]关于区块链原理及应用的综述[J]. 姚忠将,葛敬国.  科研信息化技术与应用. 2017(02)

博士论文
[1]安全多方计算中若干应用协议的研究[D]. 孙溢.北京邮电大学 2015



本文编号：3402447