區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化,數(shù)據(jù)不可篡改和數(shù)據(jù)透明等特點,使得該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展,但目前應(yīng)用于區(qū)塊鏈系統(tǒng)的共識算法存在著資源浪費和共識效率較低等問題,限制了區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展.針對此問題,基于實用拜占庭容錯算法（Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT）,算法的基本思想,提出了一種優(yōu)化的共識算法.該算法引入積分機(jī)制,根據(jù)節(jié)點積分挑選參與共識的節(jié)點,以降低網(wǎng)絡(luò)中的通信開銷;在不存在拜占庭節(jié)點的情況下,優(yōu)化PBFT算法的一致性協(xié)議;引入升降級機(jī)制,動態(tài)更新參與共識的節(jié)點集合,以保證算法在大部分時間內(nèi)都執(zhí)行優(yōu)化一致性協(xié)議.實驗結(jié)果表明:與PBFT算法相比,本文提出的共識算法將共識過程的時間復(fù)雜度從O（N²）下降到O（N）,有效降低了網(wǎng)絡(luò)中的通信開銷,平均時延從55ms降到37ms,平均吞吐量從342TPS提升到677TPS. 

【文章來源】：北京交通大學(xué)學(xué)報. 2019,43(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖１ＰＢＦＴ算法一致性協(xié)議執(zhí)行過程

概率都為誠實節(jié)點，ＳＰＢＦＴ算法將繼續(xù)執(zhí)行優(yōu)化一致性協(xié)議完成接下來的共識操作．２．２優(yōu)化一致性協(xié)議設(shè)計ＰＢＦＴ共識算法的一致性協(xié)議在運行過程中需要完成兩次復(fù)雜度為Ｏ（Ｎ２）的節(jié)點通信，這樣設(shè)計是為了在網(wǎng)絡(luò)中存在拜占庭節(jié)點的情況下，算法仍能夠完成共識．ＳＰＢＦＴ算法在不存在拜占庭節(jié)點的情況下，對一致性協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化，使其在完成復(fù)雜度為Ｏ（Ｎ）的節(jié)點通信后，算法就能夠完成共識．本文參考文獻(xiàn)［１２］中提出的一種簡化一致性協(xié)議，并結(jié)合本文的改進(jìn)思路，設(shè)計了如圖２所示的優(yōu)化一致性協(xié)議．圖２優(yōu)化一致性協(xié)議執(zhí)行過程Ｆｉｇ．２Ｅｘｅｃｕｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙｐｒｏｔｏｃｏｌ協(xié)議的具體執(zhí)行過程如下：１）優(yōu)化一致性協(xié)議發(fā)送請求階段（Ｓｒｅｑｕｅｓｔ）：同ＰＢＦＴ算法的請求階段一樣，客服端向主節(jié)點發(fā)送請求消息，消息格式為＜ＳＲＥＱＵＥＳＴ，ｏ，ｔ，ｃ＞，其中ｏ為請求執(zhí)行狀態(tài)機(jī)，ｔ為時間戳，ｃ表示客戶端編號．２）優(yōu)化一致性協(xié)議預(yù)準(zhǔn)備階段（Ｓｐｒｅ－ｐｒｅｐａｒｅ）：主節(jié)點接收客戶端發(fā)送的請求后會生成預(yù)準(zhǔn)備消息，并將預(yù)準(zhǔn)備消息廣播到所有共識節(jié)點，消息格式如下＜＜ＳＰＲＥ－ＰＲＥＰＡＲＥ，ｖ，ｎ，ｄ，ｇ＞，ｗ，ｍ＞．其中ｗ為節(jié)點積分信息，此信息用于對節(jié)點進(jìn)行升降級處理，ｇ為ｗ進(jìn)行Ｈａｓｈ計算的結(jié)果．３）優(yōu)化一致性協(xié)議反饋階段（Ｓｂａｃｋ）：共識節(jié)點接收到主節(jié)點發(fā)送的預(yù)準(zhǔn)備消息后，首先會判斷預(yù)準(zhǔn)備消息中的ｇ值和本地的ｇ值是否相同，如果不同，則更新本地的積分信息ｓ；之后會生成

確認(rèn)消息并廣播到網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點，消息格式為＜ＳＣＯＭＭＩＴ，ｖ，ｎ，ｄ，ａ＞，其中ａ為確定添加信息，表示主節(jié)點已經(jīng)確認(rèn)添加．所有的節(jié)點接收到確認(rèn)消息后，將次交易信息添加都本地內(nèi)存中．２．３算法的實現(xiàn)ＳＰＢＦＴ算法是在ＰＢＦＴ算法上進(jìn)行改進(jìn)，其也是通過網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點之間的互相通信來完成共識操作，其通信過程根據(jù)一致性協(xié)議來執(zhí)行．本算法對ＰＢＦＴ算法的一致性協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計了一種優(yōu)化一致性協(xié)議，以減少共識過程中節(jié)點間的通信量．ＳＰＢＦＴ算法的流程圖如圖３所示．圖３ＳＰＢＦＴ算法流程Ｆｉｇ．３ＦｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｔｈｅＳＰＢＦＴａｌｇｏｒｉｔｈｍＳＰＢＦＴ算法的具體執(zhí)行過程：１）進(jìn)行節(jié)點的初始化工作．首先，用｛０，１，２，…，｜Ｓ｜－１｝共Ｎ個整數(shù)對網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點進(jìn)行編號，將節(jié)點的積分初始化為１００分，設(shè)置ｆ＝（Ｎ－１）／３；其次，初始化共識節(jié)點集合ＣＳ和候選節(jié)點集合ＤＳ，ＣＳ＝｛０，１，２，…，（Ｎ－ｆ－１）｝，ＤＳ＝｛（Ｎ－ｆ），１６第５期方維維等：一種面向區(qū)塊鏈的優(yōu)化ＰＢＦＴ共識算法

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]一種基于信用的改進(jìn)PBFT高效共識機(jī)制[J]. 徐治理,封化民,劉飚.  計算機(jī)應(yīng)用研究. 2019(09)
[2]區(qū)塊鏈技術(shù):架構(gòu)及進(jìn)展[J]. 邵奇峰,金澈清,張召,錢衛(wèi)寧,周傲英.  計算機(jī)學(xué)報. 2018(05)
[3]區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]. 袁勇,王飛躍.  自動化學(xué)報. 2016(04)



本文編號：3043810