|
|
广西师范大学学报(自然科学版) ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (4): 108-119.doi: 10.16088/j.issn.1001-6600.2024101101
李莉*, 姜淼
LI Li*, JIANG Miao
摘要: 随着区块链技术在金融、医疗等行业的深入应用,其面临的挑战日益凸显。其中,最为关键的便是共识机制的优化与发展。目前,联盟链主要采用的PBFT和Raft共识机制均存在一定局限性。PBFT共识机制通信量会随区块链网络中节点数量的增加而呈指数级别上升,导致效率降低;而Raft共识机制虽然在效率上有所优化,但其抗拜占庭攻击能力弱。针对上述问题,本文提出一种基于Raft的抗拜占庭攻击的共识机制MRBFT。首先,在Raft选举过程中引入信誉值机制,选举信誉值较高的节点来提升当选节点可靠性;在选举Leader的同时,选举出总节点数量中一定比例的Monitor节点。其次,在共识过程中,由Monitor节点对其余节点的行为进行监督,提升算法抗拜占庭攻击的能力,同时对节点的信誉值进行更新,保证每轮选举都能选出最值得信赖的节点,提升算法的安全性。实验结果表明,在与PBFT抗拜占庭攻击能力相同的情况下,随着节点数量的增加,MRBFT通信量更低,通信开销为PBFT的44%,吞吐量为PBFT的1.5倍。对比同类算法,在安全性近似的场景下,吞吐量和共识时延上都具有较为明显的优化效果。
中图分类号: TP311.13
| [1] 代闯闯, 栾海晶, 杨雪莹, 等. 区块链技术研究综述[J]. 计算机科学, 2021,48(增刊2): 500-508. DOI: 10.11896/jsjkx.201200163. [2] RAJASEKARAN A S, AZEES M, AL-TURJMAN F. A comprehensive survey on blockchain technology[J]. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 2022, 52(Part A): 102039. DOI: 10.1016/j.seta.2022.102039. [3] AZBEG K, OUCHETTO O, JAI ANDALOUSSI S, et al. An overview of blockchain consensus algorithms: comparison, challenges and future directions[C]// Advances on Smart and Soft Computing. Singapore: Springer, 2021: 357-369. DOI: 10.1007/978-981-15-6048-4_31. [4] NAKAMOTO S. Bitcoin: a peer-to-peer electronic cash system[EB/OL]. (2008-10-31)[2024-10-11]. https://nakamotoinstitute.org/library/bitcoin/. [5] SALEH F. Blockchain without waste: proof-of-stake[J]. The Review of Financial Studies, 2021, 34(3): 1156-1190. DOI: 10.1093/rfs/hhaa075. [6] WANG B, LI H L, PAN L. Optimized DPoS consensus strategy: credit-weighted comprehensive election[J]. Ain Shams Engineering Journal, 2023, 14(2): 101874. DOI: 10.1016/j.asej.2022.101874. [7] JIANG W X, WU X X, SONG M Y, et al. Improved PBFT algorithm based on comprehensive evaluation model[J]. Applied Sciences, 2023, 13(2): 1117. DOI: 10.3390/app13021117. [8] HUANG X, LIANG Z H, ZHANG Q K, et al. Research on edge cloud data storage method of power operation site in Internet of things environment based on Paxos algorithm[J]. Journal of Testing and Evaluation, 2024, 52(3): 1738-1751. DOI: 10.1520/JTE20220713. [9] YANG S J, TAN P L, FU H W. Improved raft consensus algorithm based on NSGA-II and K-Means++[C]// 2024 10th International Symposium on System Security, Safety, and Reliability (ISSSR). Los Alamitos, CA: IEEE Computer Society, 2024: 383-390. DOI: 10.1109/ISSSR61934.2024.00055. [10] DREYER J, FISHER M, TÖNJES R. Performance analysis of hyperledger fabric 2.0 blockchain platform[C]// Proceedings of the Workshop on Cloud Continuum Services for Smart IoT Systems. New York, NY: Association for Computing Machinery, 2020: 32-38. DOI: 10.1145/3417310.3431398. [11] 陈子豪, 李强. 基于K-medoids的改进PBFT共识机制[J]. 计算机科学, 2019,46(12): 101-107. DOI: 10.11896/jsjkx.181002014. [12] 高娜, 周创明, 杨春晓, 等. 基于网络自聚类的PBFT算法改进[J]. 计算机应用研究, 2021, 38(11): 3236-3242. DOI: 10.19734/j.issn.1001-3695.2021.03.0098. [13] 胡继圆, 于瓅. 基于信誉机制分组的改进PBFT算法[J]. 湖北民族大学学报(自然科学版), 2023,41(1): 85-89, 95. DOI: 10.13501/j.cnki.42-1908/n.2023.03.013. [14] CHEN J H, ZHANG X, SHANGGUAN P F. Improved PBFT algorithm based on reputation and voting mechanism[J]. Journal of Physics: Conference Series, 2020, 1486(3): 032023. DOI: 10.1088/1742-6596/1486/3/032023. [15] TANG S, WANG Z Q, JIANG J, et al. Improved PBFT algorithm for high-frequency trading scenarios of alliance blockchain[J]. Scientific Reports, 2022, 12(1): 4426. DOI: 10.1038/s41598-022-08587-1. [16] GOLAN GUETA G, ABRAHAM I, GROSSMAN S, et al. SBFT: a scalable and decentralized trust infrastructure[C]// 2019 49th Annual IEEE/IFIP International Conference on Dependable Systems and Networks (DSN). Los Alamitos, CA: IEEE Computer Society, 2019: 568-580. DOI: 10.1109/DSN.2019.00063. [17] 陈苏明, 王冰, 陈玉全, 等. 基于节点分组信誉模型的改进PBFT共识算法[J]. 计算机应用研究, 2023,40(10): 2916-2921. DOI: 10.19734/j.issn.1001-3695.2023.03.0091. [18] 翟社平, 廉佳颖, 杨锐, 等. 基于Raft分组的实用拜占庭容错共识算法[J]. 计算机应用研究, 2023,40(11): 3218-3224, 3234. DOI: 10.19734/j.issn.1001-3695.2023.03.0100. [19] 黄冬艳, 李浪, 陈斌, 等. RBFT:基于Raft集群的拜占庭容错共识机制[J]. 通信学报, 2021,42(3): 209-219. DOI: 10.11959/j.issn.1000-436x.2021043. [20] 李淑芝, 邹懿杰, 邓小鸿, 等. RB-Raft:一种抗拜占庭节点的Raft共识算法[J]. 计算机应用研究, 2022, 39(9): 2591-2596. DOI: 10.19734/j.issn.1001-3695.2022.03.0090. [21] 杨州, 周创明. 融合可验证随机函数的改进Raft共识算法[J]. 空军工程大学学报, 2023, 24(6): 104-111. DOI: 10.3969/j.issn.2097-1915.2023.06.014. [22] 李莉, 李昊泽, 李涛. 基于Raft的多主节点拜占庭容错共识机制[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2024,42(3): 121-130. DOI: 10.16088/j.issn.1001-6600.2023100805. [23] 袁昊天, 李飞. 基于改进Raft共识算法和PBFT共识算法的双层共识算法[J]. 计算机应用研究, 2024,41(5): 1314-1320. DOI: 10.19734/j.issn.1001-3695.2023.08.0390. [24] WANG L E, BAI Y, JIANG Q, et al. Beh-raft-chain: a behavior-based fast blockchain protocol for complex networks[J]. IEEE Transactions on Network Science and Engineering, 2021, 8(2): 1154-1166. DOI: 10.1109/TNSE.2020.2984490. |
| [1] | 李莉, 李昊泽, 李涛. 基于Raft的多主节点拜占庭容错共识机制[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2024, 42(3): 121-130. |
| [2] | 王帆, 王灿, 甘友春, 贺旭辉, 张雪菲, 张羽, 喻亚洲. 基于链上链下协同的多元分布式储能交易机制[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2024, 42(1): 39-53. |
| [3] | 于枫, 孟令辉, 彭家辉, 李先贤, 瞿斌. 一种基于区块链的物联网数据安全交易方案[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2023, 41(4): 84-95. |
| [4] | 王涵, 王绪安, 周能, 柳玉东. 基于区块链的可审计数据分享方案[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2020, 38(2): 1-7. |
| [5] | 陈汹, 朱钰, 封科, 于同伟. 基于区块链的电力系统安全稳定控制终端身份认证[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2020, 38(2): 8-18. |
|
|
版权所有 © 广西师范大学学报(自然科学版)编辑部 地址:广西桂林市三里店育才路15号 邮编:541004 电话:0773-5857325 E-mail: gxsdzkb@mailbox.gxnu.edu.cn 本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发 |