基于联盟区块链的PBFT共识机制研究

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共识算法作为区块链的底层核心技术,用于去中心化的区块链系统中保障各节点存储数据的一致性,是当前区块链领域研究的热点内容。其中实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)算法可以达到较好的运行效果,广泛应用于联盟区块链中,但算法缺乏节点行为管理且共识过程通信量过大,具有较大的优化空间。本文对PBFT算法中存在的问题开展深入地研究,探索可行的改进措施,具体工作概述如下:1.针对PBFT算法缺乏节点共识行为管理,使得属性不同的节点地位相同,导致联盟链系统公平性及安全性较差的问题,提出一种基于信誉模型的节点管控机制。该方案首先根据共识过程中的行为表现对各节点进行可信度量化处理,按照可信度评估结果将节点标记为不同信任状态,限制不可信节点参与到共识过程;接着优化主节点选取方式,并为主节点分配较大的投票权重;最后制定针对性节点管控机制,监管节点行为。实验结果表明,相较于原方案,改进方案能够有效地减少参与到共识过程的拜占庭节点数量,在保障公平性的前提下,提高了系统安全性。2.针对PBFT算法共识过程通信复杂度高,节点间通信量大,导致共识时延高的问题,提出一种基于分组的改进PBFT算法。该算法首先综合评估节点可靠性,依据可靠性差异将节点划分到权限不同的群组中;接着简化一致性共识协议,将全局通信方式优化为主从交互形式来降低通信复杂度,并设计协议切换方法用以在不同场景下选择适当的共识协议;最后为满足节点动态性变化需求,设计新节点加入及旧节点退出的方法。仿真实验结果证实,改进算法可以有效地减少共识过程中节点间的通信量,缩短共识延迟,并在拜占庭容错性方面有良好表现。
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