基于DPoS算法的区块链共识机制优化
发布时间：2021-01-08 07:42
比特币作为虚拟货币自提出以来就被人们所关注,而区块链技术作为比特币的底层实现,凭借数据透明、防篡改、去中心化等特性,不仅在数字货币中得到应用,在征信、医疗、电子证据等领域也有着广泛的应用前景。目前,公有区块链场景具有节点数目多、自由度高、数据交易量巨大等特点,因此对区块链的效率、安全性和公平性要求更高。共识机制作为区块链分布式网络中数据一致性的达成方案,直接决定区块链的性能瓶颈,是区块链技术的核心内容,也是目前的重要研究热点之一。基于此背景,论文在现有委托权益证明（Delegated Proof of Stake,DPoS）共识算法的基础上,提出了基于节点行为和Borda Count的快速委托权益证明算法（Quick Delegated Proof of Stake Based on Nodes’Behavior and Borda Count,QDPoSB）。论文的主要研究工作包括:首先,针对DPoS算法存在的权利分布不均衡的问题,论文引入了节点出块行为的概念和Borda Count方法,提出了基于节点出块行为的见证人选举模型。该模型通过监控见证人节点的区块产生行为,将节点的恶意行为...
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
区块链分层架构模型
重庆邮电大学硕士学位论文第2章区块链共识机制相关技术12图2.2椭圆曲线示例离散化后的椭圆曲线才能用于加密，区块链技术的最典型应用比特币中所使用的椭圆曲线遵循了一种叫做secp256k1的标准，这个标准所定义的椭圆曲线方程如公式(2.3)所示：23ymodp=(x+7)modp(2.3)其中，p是一个非常非常大的素数：122222224678932256p=，即这是一个由p个点构成的离散椭圆曲线。具体来说，假设节点有一个私钥k，只要将其与椭圆曲线上的一个初始点G相乘，就可以获得曲线上的另一点，也就是相应的公钥K，如公式(2.4)所示：K(公钥)=k(私钥)*G(椭圆曲线上的起始点)(2.4)事实上，初始点G作为secp256k1标准的一部分，是一个固定的点，相当于一个常数。所以，私钥k和公钥K之间的关系是固定的，但这个计算只能单向运算，即节点可以从私钥k得到公钥K，但反过来就做不到了，而这就是可以把公钥与任何人共享而不会泄露私钥的原因。2.数字签名在区块链应用中，为了保证区块内交易数据的正确性，必须要对交易产生的数据进行校验，以确保数据在交易双方的传输过程中是完整且未被更改过。而数字签名这一技术就是为了能保证数据消息的确是由交易发起者签名并发送的，从而达到上述目的。具体的，设定用K、k分别表示公钥和私钥，用M表示传递的数据消息，下面介绍签名和验证的过程。签名指交易发起方使用k对将要发送的交易数据M进行加密，具体流程为：(1)随机选择一个1到N1的整数n；
重庆邮电大学硕士学位论文第2章区块链共识机制相关技术13(2)根据上一节ECC算法的乘法规则，计算R=nG；(3)计算r=xRmodN，以及消息M的消息摘要h=Hash(M)，Hash为哈希函数；(4)取得到的h最左边L位(N的二进制位数长度)，记为Lh；(5)计算s(hrk)modNi+=；(6)sign=(r,s)就是该交易发起者对该消息的签名；交易发起者将数字签名和原始的消息数据一同发送给接收者，同时会把自己的公钥信息广播到全网中，当接收方收到消息和公钥后，开始进行消息M的验证，具体流程如下：(1)验证接收到的sign中的r，s是否处于1,N1之间；(2)计算原始消息的()h=leftLh,Hash(M)；(3)令1amodN,bhamodN,cramodNs===；(4)计算得到曲线上的一个坐标点(x,y)=bG+cK；(5)如果r=(xmodN)，则签名验证成功，反之验证失败；整个过程如图2.3所示。图2.3加密与数字签名示意图2.1.3点对点(P2P)网络P2P网络[50]是Peer-to-PeerNetwork的简称，是一种网络拓扑结构，特点是去中心化和扁平化。相对于传统的C/S（客户端/服务端）结构，P2P网络不需要第三
【参考文献】：
期刊论文
[1]区块链共识机制研究综述[J]. 刘懿中,刘建伟,张宗洋,徐同阁,喻辉. 密码学报. 2019(04)
[2]智能合约:架构及进展[J]. 欧阳丽炜,王帅,袁勇,倪晓春,王飞跃. 自动化学报. 2019(03)
[3]区块链技术对未来我国高等教育的影响[J]. 史强. 高教探索. 2018(10)
[4]许可链多中心动态共识机制[J]. 闵新平,李庆忠,孔兰菊,张世栋,郑永清,肖宗水. 计算机学报. 2018(05)
[5]区块链共识算法研究与趋势分析[J]. 段希楠,延志伟,耿光刚,阎保平. 科研信息化技术与应用. 2017(06)
[6]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)
[7]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)
[8]数字货币中的区块链及其隐私保护机制[J]. 王皓,宋祥福,柯俊明,徐秋亮. 信息网络安全. 2017(07)
[9]区块链技术与应用前瞻综述[J]. 何蒲,于戈,张岩峰,鲍玉斌. 计算机科学. 2017(04)
[10]区块链技术原理、应用领域及挑战[J]. 李董,魏进武. 电信科学. 2016(12)
本文编号：2964207
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
区块链分层架构模型
重庆邮电大学硕士学位论文第2章区块链共识机制相关技术12图2.2椭圆曲线示例离散化后的椭圆曲线才能用于加密，区块链技术的最典型应用比特币中所使用的椭圆曲线遵循了一种叫做secp256k1的标准，这个标准所定义的椭圆曲线方程如公式(2.3)所示：23ymodp=(x+7)modp(2.3)其中，p是一个非常非常大的素数：122222224678932256p=，即这是一个由p个点构成的离散椭圆曲线。具体来说，假设节点有一个私钥k，只要将其与椭圆曲线上的一个初始点G相乘，就可以获得曲线上的另一点，也就是相应的公钥K，如公式(2.4)所示：K(公钥)=k(私钥)*G(椭圆曲线上的起始点)(2.4)事实上，初始点G作为secp256k1标准的一部分，是一个固定的点，相当于一个常数。所以，私钥k和公钥K之间的关系是固定的，但这个计算只能单向运算，即节点可以从私钥k得到公钥K，但反过来就做不到了，而这就是可以把公钥与任何人共享而不会泄露私钥的原因。2.数字签名在区块链应用中，为了保证区块内交易数据的正确性，必须要对交易产生的数据进行校验，以确保数据在交易双方的传输过程中是完整且未被更改过。而数字签名这一技术就是为了能保证数据消息的确是由交易发起者签名并发送的，从而达到上述目的。具体的，设定用K、k分别表示公钥和私钥，用M表示传递的数据消息，下面介绍签名和验证的过程。签名指交易发起方使用k对将要发送的交易数据M进行加密，具体流程为：(1)随机选择一个1到N1的整数n；
重庆邮电大学硕士学位论文第2章区块链共识机制相关技术13(2)根据上一节ECC算法的乘法规则，计算R=nG；(3)计算r=xRmodN，以及消息M的消息摘要h=Hash(M)，Hash为哈希函数；(4)取得到的h最左边L位(N的二进制位数长度)，记为Lh；(5)计算s(hrk)modNi+=；(6)sign=(r,s)就是该交易发起者对该消息的签名；交易发起者将数字签名和原始的消息数据一同发送给接收者，同时会把自己的公钥信息广播到全网中，当接收方收到消息和公钥后，开始进行消息M的验证，具体流程如下：(1)验证接收到的sign中的r，s是否处于1,N1之间；(2)计算原始消息的()h=leftLh,Hash(M)；(3)令1amodN,bhamodN,cramodNs===；(4)计算得到曲线上的一个坐标点(x,y)=bG+cK；(5)如果r=(xmodN)，则签名验证成功，反之验证失败；整个过程如图2.3所示。图2.3加密与数字签名示意图2.1.3点对点(P2P)网络P2P网络[50]是Peer-to-PeerNetwork的简称，是一种网络拓扑结构，特点是去中心化和扁平化。相对于传统的C/S（客户端/服务端）结构，P2P网络不需要第三
【参考文献】：
期刊论文
[1]区块链共识机制研究综述[J]. 刘懿中,刘建伟,张宗洋,徐同阁,喻辉. 密码学报. 2019(04)
[2]智能合约:架构及进展[J]. 欧阳丽炜,王帅,袁勇,倪晓春,王飞跃. 自动化学报. 2019(03)
[3]区块链技术对未来我国高等教育的影响[J]. 史强. 高教探索. 2018(10)
[4]许可链多中心动态共识机制[J]. 闵新平,李庆忠,孔兰菊,张世栋,郑永清,肖宗水. 计算机学报. 2018(05)
[5]区块链共识算法研究与趋势分析[J]. 段希楠,延志伟,耿光刚,阎保平. 科研信息化技术与应用. 2017(06)
[6]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)
[7]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)
[8]数字货币中的区块链及其隐私保护机制[J]. 王皓,宋祥福,柯俊明,徐秋亮. 信息网络安全. 2017(07)
[9]区块链技术与应用前瞻综述[J]. 何蒲,于戈,张岩峰,鲍玉斌. 计算机科学. 2017(04)
[10]区块链技术原理、应用领域及挑战[J]. 李董,魏进武. 电信科学. 2016(12)
本文编号：2964207
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