【摘 要】
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随着比特币等各种加密货币以及应用技术的发展,区块链开始在诸多领域中受到越来越多的关注。区块链作为一种分布式账本系统,如何确保在互不信任的节点之间达成一致是它的一个关键问题。而作为区块链的一个重要组成构件,共识算法可以解决一致性问题,且其效率将直接决定了区块链系统的性能。DPoS共识算法因其相对较高的共识效率更易进行优化以满足商业应用环境的要求,从而拥有实际的应用价值与良好的发展前景。然而,在现有的
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随着比特币等各种加密货币以及应用技术的发展,区块链开始在诸多领域中受到越来越多的关注。区块链作为一种分布式账本系统,如何确保在互不信任的节点之间达成一致是它的一个关键问题。而作为区块链的一个重要组成构件,共识算法可以解决一致性问题,且其效率将直接决定了区块链系统的性能。DPoS共识算法因其相对较高的共识效率更易进行优化以满足商业应用环境的要求,从而拥有实际的应用价值与良好的发展前景。然而,在现有的DPoS共识算法中,证人节点轮流生成块的机制使得区块链系统将面临一些威胁,如证人节点相互勾结发起串通攻击、节点投票不积极以及选举过程不考虑节点的偏好等。因此,为了解决目前基于以太坊的共识算法中所存在的各种弊端,本文将结合密码学等相关技术,针对DPoS共识算法中所面临的不同威胁,寻找解决方案并对DPoS共识算法进行优化研究,主要研究内容包含以下两个方面:（1）针对DPoS共识算法中证人节点容易相互勾结发起串通攻击的问题,提出了一种基于动态信任的委托权益证明共识算法（DT-DPoS,Delegated Proof of Stake with Dynamic Trust）。该算法通过设计信任模型来计算节点的信任值,从而可以有效地衡量各节点的信任度。在选举证人节点阶段,为了提高选举出节点的可靠性,构建了一种基于权益投票和信任值的评估准则。同时,由于证人节点列表的相对固定性,在达成共识阶段,设计了一种环签名方案,提高了证人节点的隐私性与无条件匿名性。通过理论分析与仿真结果验证,该算法降低了不可靠节点被选举为证人节点的概率,提高了证人节点的可靠性与隐私性,从而相对降低了证人节点进行串通攻击的风险,提高了区块链系统的安全性。（2）针对DPoS共识算法中节点投票不积极以及选举偏离现实的问题,提出了 一种具有奖惩机制和节点偏好的委托权益证明共识算法（RPMNP-DPoS,Delegated Proof of Stake with Reward and Punishment Mechanism and Node Preference）。该算法通过设计信誉机制对节点的状态进行划分,从而可以结合结合投票值对候选节点进行选举,这将促使节点期望自己拥有较高的信誉值。并依据节点的出块行为与投票行为,设计了基于角色的奖惩机制,从而激励节点积极参与投票和有效出块。同时,在选举证人节点阶段,利用Borda计数来选择更符合投票节点偏好的证人节点,这将更加符合实际选举的情况。通过理论分析与仿真结果验证,该算法可以考虑到节点的偏好选择,并可以快速剔除异常节点,激励节点进行有效出块与有效投票,从而确保了节点和区块链系统的利益。
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