基于链上扩展的区块链性能优化方案研究
发布时间：2021-04-05 22:18
2008年中本聪发表比特币白皮书,比特币诞生,引发了研究人员从事区块链技术研究的热潮。区块链作为分布式数据存储、P2P网络、共识机制、加密算法等多种计算机技术的新型应用范式,具有去中心化、不可篡改、可追溯等特点,在金融、数字版权、公证、商品溯源等领域获得越来越多的关注,具备广阔的应用前景。区块链系统目前的实现方案普遍存在性能和容量上的缺陷,使其无法取得更深度化的普及和应用。为了解决这些问题,研究者们相继提出了增大区块容量、见证隔离、闪电网络、DAG、分片等多种解决方案,这些方案按照设计层次的差异划分为链下（Off-chain）解决方案和链上（On-chain）解决方案。链下解决方案允许小型和频繁的交易发生在与主链并行并由主链信用背书的侧链实例上;链上解决方案直接修改区块链设计以支持更高性能,具有更高的研究价值。分片机制通过将交易划分到多个分片并行处理来提升系统整体的交易性能,被视为最有可能解决区块链瓶颈的链上方案。采用分片机制的区块链项目有Ethereum 2.0、Zilliqa和QuarkChain等。由于区块链分片技术的研究还处于起步阶段,以及分片技术本身的复杂性,目前的分片设计仍...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
WoS历年搜索区块链论文数目Figure1-1.NumberofblockchainpapersonWoSperyear
基于链上扩展的区块链性能优化方案研究7第二章区块链关键技术本章将详细介绍区块链技术的系统框架和底层技术，进一步加深对区块链技术的认识，为理解区块链存在的缺陷和各类改进方案提供基矗2.1区块链模型区块链系统框架从下到上可分为6层[15]，分别为数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层，如图2-1所示。图2-1区块链系统6层模型Figure2-1.Blockchainsystem6-layermodel1)数据层：封装了底层数据区块的链式结构，使用了非对称公私钥数据加密(RSA、ECC等)、数字签名和时间戳等多种技术；2)网络层：采用P2P网络进行分布式组网、数据传播和数据验证，具备自动组网的能力；3)共识层：封装了协调网络节点运作的各类共识算法：PoW(工作量证明)、PoS(权益证明)、DPoS(股份授权证明)和BFT(拜占庭容错)等。共识算法决定记账方式和奖励规则，共识算法的选择直接影响到整个系统的安全性。4)激励层：主要出现在公链中，激励参与遵守规则参与记账的节点，惩罚不遵守规则的节点，维持区块链的可持续运行；5)合约层：封装智能合约，通过脚本代码来编程控制交易过程，实现各种商
浙江工业大学硕士学位论文8业逻辑和算法，实现区块链可编程的特性；6)应用层：封装了区块链的各种应用场景，包括可编程货币、可编程金融工具等，统称为DApps。在区块链的6层模型中，基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识机制的经济激励策略和可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新。数据层、网络层和共识层是区块链的最根本的组成部分，缺少任意一层都不能称为真正意义上的区块链；激励层、合约层和应用层是在构建去中心化应用时包含的，非区块链设计的必要因素。2.2数据层数据层是区块链的最底层，主要有两个功能：账户和交易的创建、数据的安全存储。区块链将网络中多笔未被打包的交易采用Merkle树[14]的方式组织起来，并打包成一个区块的区块体，矿工成功挖矿后填充区块头信息，组成一个完整的区块，所有的区块按照时间顺序连接成一条链式的结构，最后以Key-Value数据库的方式实现持久化存储在节点中。创建账户和交易使用到数字签名、哈希函数、非对称加密等多种密码学算法和技术，保证交易在去中心化的网络中安全进行。2.2.1区块结构区块数据主要用于保存交易信息，不同的系统有不同的区块结构，以比特币系统为例，区块结构分为区块头和区块体两部分，如图2-2所示。图2-2比特币系统区块结构Figure2-2.BlockstructureofBitcoinsystem
【参考文献】：
期刊论文
[1]区块链可扩展性研究:问题与方法[J]. 潘晨,刘志强,刘振,龙宇. 计算机研究与发展. 2018(10)
[2]平行区块链:概念、方法与内涵解析[J]. 袁勇,王飞跃. 自动化学报. 2017(10)
[3]区块链和比特币相关主题的知识结构分析:共被引和耦合聚类分析视角[J]. 李牧南. 自动化学报. 2017(09)
[4]PoW共识算法中的博弈困境分析与优化[J]. 唐长兵,杨珍,郑忠龙,陈中育,李翔. 自动化学报. 2017(09)
[5]区块链技术发展现状与展望[J]. 袁勇,王飞跃. 自动化学报. 2016(04)
本文编号：3120205
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
WoS历年搜索区块链论文数目Figure1-1.NumberofblockchainpapersonWoSperyear
基于链上扩展的区块链性能优化方案研究7第二章区块链关键技术本章将详细介绍区块链技术的系统框架和底层技术，进一步加深对区块链技术的认识，为理解区块链存在的缺陷和各类改进方案提供基矗2.1区块链模型区块链系统框架从下到上可分为6层[15]，分别为数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层，如图2-1所示。图2-1区块链系统6层模型Figure2-1.Blockchainsystem6-layermodel1)数据层：封装了底层数据区块的链式结构，使用了非对称公私钥数据加密(RSA、ECC等)、数字签名和时间戳等多种技术；2)网络层：采用P2P网络进行分布式组网、数据传播和数据验证，具备自动组网的能力；3)共识层：封装了协调网络节点运作的各类共识算法：PoW(工作量证明)、PoS(权益证明)、DPoS(股份授权证明)和BFT(拜占庭容错)等。共识算法决定记账方式和奖励规则，共识算法的选择直接影响到整个系统的安全性。4)激励层：主要出现在公链中，激励参与遵守规则参与记账的节点，惩罚不遵守规则的节点，维持区块链的可持续运行；5)合约层：封装智能合约，通过脚本代码来编程控制交易过程，实现各种商
浙江工业大学硕士学位论文8业逻辑和算法，实现区块链可编程的特性；6)应用层：封装了区块链的各种应用场景，包括可编程货币、可编程金融工具等，统称为DApps。在区块链的6层模型中，基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识机制的经济激励策略和可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新。数据层、网络层和共识层是区块链的最根本的组成部分，缺少任意一层都不能称为真正意义上的区块链；激励层、合约层和应用层是在构建去中心化应用时包含的，非区块链设计的必要因素。2.2数据层数据层是区块链的最底层，主要有两个功能：账户和交易的创建、数据的安全存储。区块链将网络中多笔未被打包的交易采用Merkle树[14]的方式组织起来，并打包成一个区块的区块体，矿工成功挖矿后填充区块头信息，组成一个完整的区块，所有的区块按照时间顺序连接成一条链式的结构，最后以Key-Value数据库的方式实现持久化存储在节点中。创建账户和交易使用到数字签名、哈希函数、非对称加密等多种密码学算法和技术，保证交易在去中心化的网络中安全进行。2.2.1区块结构区块数据主要用于保存交易信息，不同的系统有不同的区块结构，以比特币系统为例，区块结构分为区块头和区块体两部分，如图2-2所示。图2-2比特币系统区块结构Figure2-2.BlockstructureofBitcoinsystem
【参考文献】：
期刊论文
[1]区块链可扩展性研究:问题与方法[J]. 潘晨,刘志强,刘振,龙宇. 计算机研究与发展. 2018(10)
[2]平行区块链:概念、方法与内涵解析[J]. 袁勇,王飞跃. 自动化学报. 2017(10)
[3]区块链和比特币相关主题的知识结构分析:共被引和耦合聚类分析视角[J]. 李牧南. 自动化学报. 2017(09)
[4]PoW共识算法中的博弈困境分析与优化[J]. 唐长兵,杨珍,郑忠龙,陈中育,李翔. 自动化学报. 2017(09)
[5]区块链技术发展现状与展望[J]. 袁勇,王飞跃. 自动化学报. 2016(04)
本文编号：3120205
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