基于動(dòng)態(tài)授權(quán)的拜占庭容錯(cuò)共識(shí)算法的區(qū)塊鏈性能改進(jìn)研究.pdf

1、隨著以比特幣為代表的數(shù)字貨幣的風(fēng)靡，區(qū)塊鏈作為其關(guān)鍵底層技術(shù)也越來越受各國(guó)政府和企業(yè)巨頭的關(guān)注。區(qū)塊鏈的去中心化、數(shù)據(jù)不可篡改性、動(dòng)態(tài)靈活的體系特征，使得其在銀行、征信、金融等多領(lǐng)域應(yīng)用前景非常廣泛。但目前區(qū)塊鏈系統(tǒng)在交易吞吐量、時(shí)延等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足大部分應(yīng)用場(chǎng)景的性能需求。
　　以工作量證明(POW)、權(quán)益證明(POS)為主的公有區(qū)塊鏈的TPS只有7不到，一筆交易平均確認(rèn)時(shí)間為10分鐘，交易無法篡改的時(shí)間更是達(dá)到1小時(shí);且PO

2、W、POS等共識(shí)算法效率低下，耗能嚴(yán)重，無法滿足區(qū)塊鏈系統(tǒng)性能需求;而Paxos、Raft為代表的傳統(tǒng)分布式一致性算法沒有考慮拜占庭容錯(cuò)問題，同樣不適用于誠(chéng)實(shí)與惡意節(jié)點(diǎn)共存的區(qū)塊鏈系統(tǒng);實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法設(shè)計(jì)初衷是面向分布式系統(tǒng)消息、系統(tǒng)指令執(zhí)行順序問題而設(shè)計(jì)的的，采用的是C/S的架構(gòu)，三階段的廣播協(xié)議嚴(yán)重浪費(fèi)了帶寬，靜態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，無法符合區(qū)塊鏈動(dòng)態(tài)對(duì)等的系統(tǒng)特征。
　　本文在研究了以上共識(shí)算法的原理后，將DPOS算法的授權(quán)

3、機(jī)制應(yīng)用到PBFT中，對(duì)PBFT加以改進(jìn)，提出了適用于區(qū)塊鏈應(yīng)用的動(dòng)態(tài)授權(quán)拜占庭容錯(cuò)算法。DDBFT相比于PBFT具有以下三方面的優(yōu)勢(shì):
　　1)授權(quán)選舉機(jī)制，共識(shí)記賬節(jié)點(diǎn)專業(yè)化并輔以“升降級(jí)”機(jī)制，動(dòng)態(tài)更新共識(shí)記賬代表;
　　2)精簡(jiǎn)的共識(shí)狀態(tài)，減少PBFT三階段共識(shí)廣播機(jī)制帶來的網(wǎng)絡(luò)開銷;
　　3)去C/S架構(gòu)，純P2P網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，完全符合區(qū)塊鏈系統(tǒng)特征。
　　最后，用Java程序設(shè)計(jì)并測(cè)試基于DDBFT的區(qū)塊