低时延区块链共识测试平台的设计与研究

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区块链自诞生以来,一直受到各界的广泛关注,当下已经成为计算机应用、分布式系统、信息安全领域的一个重要部分。但是十几年过去,并没有进入我们的生活,这是因为区块链目前还存在一些难题待我们去解决。吞吐量低下就是区块链所面临的难题之一。针对吞吐量问题,各界提出的解决方案也是各不相同,如:借助更加中心化的节点打包,缩减共识的时间;改变区块结构还有设计一种的新的共识算法等方法。本文提出了一种新的共识算法,根据该算法设计了多链(Multi-chain)以及弹性链(Elastic-chain)模式下的区块链测试平台。本文提出的共识算法是基于时间序列认证的共识算法(Proof of Time Series,Po TS)。该算法主要分为三个部分:基于时间戳序列的节点同步算法、基于可验证延迟函数(Verifiable Delay Function,VDF)的随机数生成算法、基于生成随机数的时间序列投票选举算法。基于时间戳的节点同步算法主要为后续投票提供投票参数,同时还有缩减参与共识节点数,减少网络通信开销的作用;基于VDF的随机数生成算法减少参与投票的节点数,同时为打包节点的公平性提供保障;基于生成随机数的投票选举算法通过时间戳投票的方式来确定最终打包区块的节点,同时投票信息会记录到生成新区块的Coin Base中,保证投票结果的可见性和防篡改性。在此共识算法的基础上,针对区块链的低时延特性,本文提出交易实时性(Real Time Transaction,RTT)的定义,通过RTT可以对区块链性能做出更加准确的评估;设计多链和弹性链模式下的区块链平台,再结合低时延共识算法来提升区块链的吞吐量,增强其可扩展性。经实验测试,通过部署多个树莓派的方式作为区块链的节点,在多链模式下最终出块时间最长链大约8s一个区块,期间能处理的交易能达到20000多笔,交易吞吐量达到2500tx/sec。
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