【摘 要】
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共识算法是区块链节点在分布式环境下达成统一的准则,不同的区块链应用场景所使用的共识算法也不尽相同。Raft算法凭借简单易懂的实现过程和高效共识成为联盟区块链或私有区块链的经典共识算法之一。但Raft算法不具有拜占庭容错能力,无法抵御恶意节点对共识过程的影响,因此Raft算法对应用场景的安全性要求较高,所有加入Raft集群的节点都必须经过严格的身份认证。近几年来,许多研究学者通过融合数字签名技术、分
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共识算法是区块链节点在分布式环境下达成统一的准则,不同的区块链应用场景所使用的共识算法也不尽相同。Raft算法凭借简单易懂的实现过程和高效共识成为联盟区块链或私有区块链的经典共识算法之一。但Raft算法不具有拜占庭容错能力,无法抵御恶意节点对共识过程的影响,因此Raft算法对应用场景的安全性要求较高,所有加入Raft集群的节点都必须经过严格的身份认证。近几年来,许多研究学者通过融合数字签名技术、分组共识方案或者其他共识算法等方式设计了许多具有拜占庭容错的改进Raft算法,但大多数方案的通信复杂度和计算开销都明显增加。针对上述问题,本文提出了一种基于验证组的改进Raft算法——VG-Raft(Verification Group Raft)。VG-Raft算法引入了节点信任值的概念,信任值的计算依据为节点的既往行为。VGRaft要求集群根据节点信任值和通信延迟选出指定数量的节点作为验证节点Verifier一起构成验证组,集群所有的决定都需要验证组的验证通过后才能生效。通过安全性分析可以发现VG-Raft能有效阻止拜占庭节点对算法共识过程的干扰,同时通过性能对比确认VG-Raft算法在领导人选举、算法共识等阶段拥有更高的效率。针对区块链数据的隐私保护和安全共享问题,本文在VG-Raft算法的基础上设计了一种全新的区块链安全存储和共享方案。在共识过程开始前Leader和所有Verifier节点根据基于身份的分布式密钥生成方案生成节点各自的私钥和一个共享公钥,区块链数据必须经过共享公钥加密后才能进行广播和存储。区块链数据只对参与其验证过程的Leader和Verifier节点公开,这种方式能够在确保数据可用性的同时提供隐私保护。此外,为了方便节点从密文数据中找到指定信息,本方案融合了基于SHA256算法的可搜索加密方案,通过关键字密文比对定位指定信息所在区块,同时SHA256算法能够保证关键字的隐私性。通过安全性分析和性能分析证明本方案能够有效保障数据的完整性和隐私性,并且本方案在数据加密和解密阶段的计算用时明显低于其他方案。
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