發(fā)布時(shí)間：2021-03-25 04:43

　　區(qū)塊鏈?zhǔn)怯煞植际焦?jié)點(diǎn)維護(hù)而不是中心化組織維護(hù)的僅增量更新的賬本。區(qū)塊鏈技術(shù)的前景十分美好并且受到所有行業(yè)的熱捧,例如比特幣,以太坊和Hyperledger Fabric等項(xiàng)目,但當(dāng)前的區(qū)塊鏈解決方案仍面臨可擴(kuò)展性問(wèn)題,該問(wèn)題包括兩個(gè)方面:交易吞吐量低和存儲(chǔ)容量成本高。衡量區(qū)塊鏈交易吞吐量性能的主要指標(biāo)是每秒交易量（Transaction per Second,TPS）,傳統(tǒng)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的吞吐量不會(huì)隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增加而擴(kuò)展。由于存儲(chǔ)于區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)只能增量更新,不能刪除,而每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要維護(hù)整個(gè)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù),這極大浪費(fèi)了存儲(chǔ)空間。目前為止,研究者們已經(jīng)提出了許多方法解決此問(wèn)題,例如鏈下交易和有向無(wú)環(huán)圖（Directed Acyclic Graph,DAG）解決方案。但是,它們不僅具有諸如形成寄生鏈等缺點(diǎn),還無(wú)法解決存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)問(wèn)題。分片技術(shù)是最有前景的擴(kuò)展區(qū)塊鏈解決方案之一,該方案將有效解決區(qū)塊鏈性能問(wèn)題。本文研究基于分片技術(shù)的區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu),用以解決不可擴(kuò)展性問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)分片,交易分片和狀態(tài)分片方案,并提出網(wǎng)絡(luò)分片規(guī)模預(yù)測(cè)算法,用于預(yù)測(cè)最優(yōu)的分片大小,使區(qū)塊鏈具有高吞... 

【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：99 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

包含四個(gè)分片的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)分片示意圖

第三章區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)分片技術(shù)研究33易）的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。圖3-8分片大小與P2P網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)的關(guān)系圖圖3-8表示式（3-8）在不同拜占庭限制下，每個(gè)分片的節(jié)點(diǎn)數(shù)量與網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)的關(guān)系。圖3-8中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量即為一級(jí)節(jié)點(diǎn)數(shù)量，因?yàn)橹挥幸患?jí)節(jié)點(diǎn)才在本文提到的區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)中進(jìn)行共識(shí)協(xié)議，因此只有一級(jí)節(jié)點(diǎn)才能威脅到整個(gè)區(qū)塊鏈的安全性。從圖3-8中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)行共識(shí)算法的節(jié)點(diǎn)數(shù)越多時(shí)，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)延時(shí)也會(huì)增大，趨近于指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。圖3-8中有兩條趨勢(shì)線(xiàn)，趨勢(shì)線(xiàn)的交點(diǎn)表示具體的節(jié)點(diǎn)數(shù)對(duì)應(yīng)的通信時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。假設(shè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)每隔10秒發(fā)布一個(gè)區(qū)塊，即F(s,0.25)≤10000，那么sslogs0.25≤10000(3-10)計(jì)算（3-10）式得到結(jié)果s≈80，s為80具有兩種含義，含義一：在拜占庭限制值為0.25和區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)出塊限制為10秒的條件下，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中允許每個(gè)分片的最大一級(jí)節(jié)點(diǎn)數(shù)為80個(gè)，假設(shè)選舉一級(jí)節(jié)點(diǎn)的概率為0.3，那么每個(gè)分片可容納的最小驗(yàn)證者數(shù)量是267個(gè)；含義二：在拜占庭限制值為0.25和區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)出塊限制為10秒的條件下，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)分片中每個(gè)一級(jí)節(jié)點(diǎn)能處理處理80條消息（交易），即每個(gè)網(wǎng)絡(luò)分片能處理6400條消息（交易），每個(gè)網(wǎng)絡(luò)分片的TPS為640筆交易每秒，整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的吞吐量為640*m筆交易每秒。本文計(jì)算得到分片規(guī)模為80與AbdelatifHafid[61]文獻(xiàn)中利用邊界概率計(jì)算每個(gè)分片發(fā)生故障的概率得到的分片大小一致。AbdelatifHafid提到：如果委員會(huì)（完成共識(shí)的節(jié)點(diǎn)，與本文的一級(jí)節(jié)點(diǎn)功能相同）拜占庭限制低于1/2，則每個(gè)委員會(huì)

第三章區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)分片技術(shù)研究37內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)量越少，惡意節(jié)點(diǎn)占據(jù)的比例就越大，即分片被攻擊的可能性會(huì)更高。但是，當(dāng)全網(wǎng)的惡意節(jié)點(diǎn)總數(shù)少于1/3時(shí)，如圖3-11所示，當(dāng)n=400，此時(shí)約120個(gè)惡意節(jié)點(diǎn)，因此分片數(shù)量越大，某個(gè)分片被攻擊的可能性越低且區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的吞吐量越高。所有分片的安全性，最終保證了整個(gè)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的安全。圖3-11惡意節(jié)點(diǎn)數(shù)與某個(gè)分片被攻擊的概率分布圖2.抵御女巫攻擊女巫攻擊是在P2P網(wǎng)絡(luò)中的一種攻擊形式，攻擊者利用單個(gè)節(jié)點(diǎn)偽裝多個(gè)身份存在于P2P網(wǎng)絡(luò)中，從而破壞區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的目的。本文利用VRF隨機(jī)抽簽的方式且與PoS思想相結(jié)合的VRF_POS算法抵御女巫攻擊，即參與區(qū)塊鏈打包工作的節(jié)點(diǎn)是隨機(jī)選舉并且節(jié)點(diǎn)必須擁有一定的權(quán)益，并且在每一輪的打包工作完成后，該節(jié)點(diǎn)權(quán)益的某些屬性，例如權(quán)益的時(shí)間會(huì)清零。其他身份的節(jié)點(diǎn)也是隨機(jī)選舉產(chǎn)生但是并不會(huì)進(jìn)行共識(shí)操作，因此，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)偽裝多個(gè)身份，但是該節(jié)點(diǎn)的其它身份并不持有資本就一定不會(huì)對(duì)整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成威脅。3.網(wǎng)絡(luò)分片性能對(duì)于傳統(tǒng)的區(qū)塊鏈來(lái)講，區(qū)塊鏈的吞吐量不存在可擴(kuò)展性，即n個(gè)挖礦節(jié)點(diǎn)組成的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的吞吐量與100n個(gè)挖礦節(jié)點(diǎn)組成的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的吞吐量是旗鼓相當(dāng)。在本文所描述的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，假設(shè)整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)共有n個(gè)節(jié)點(diǎn)在線(xiàn)，整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)由m個(gè)分片組成，每一個(gè)分片單位時(shí)間內(nèi)能處理的交易數(shù)量為tx，每個(gè)分片的共識(shí)時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)為t0，網(wǎng)絡(luò)分片時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)為t1，則本文所描述的區(qū)塊鏈結(jié)

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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