【摘 要】
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区块链技术是近年来最具变革性的技术,其去中心化、不可篡改和可追溯的特性引起许多国家和企业的关注。共识算法是区块链技术的核心,它决定着区块链系统的账本一致性和系统性能。实用拜占庭容错（PBFT）算法是当前联盟链中应用最广泛的共识算法。然而,目前无论是PBFT算法还是基于PBFT改进的其他共识算法,都只能串行的共识区块,共识效率低下。针对上述问题,本文研究基于并行出块的拜占庭容错共识算法,主要工作如下
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区块链技术是近年来最具变革性的技术,其去中心化、不可篡改和可追溯的特性引起许多国家和企业的关注。共识算法是区块链技术的核心,它决定着区块链系统的账本一致性和系统性能。实用拜占庭容错（PBFT）算法是当前联盟链中应用最广泛的共识算法。然而,目前无论是PBFT算法还是基于PBFT改进的其他共识算法,都只能串行的共识区块,共识效率低下。针对上述问题,本文研究基于并行出块的拜占庭容错共识算法,主要工作如下:1.针对PBFT共识算法只能串行的共识区块,共识吞吐量低的问题,本文提出基于多节点并行出块的实用拜占庭容错算法（MPBFT）,该算法在PBFT算法上改进,提出索引块机制。该机制是通过多节点生成事务块,主节点将多个事务块的哈希值打包成一个索引块确认,减少了事务块在确认阶段的通信次数,同时索引块的共识固定了账本的全局顺序。算法分析表明,MPBFT算法保证了区块链系统的安全性和活性,并且在通信开销上远低于PBFT算法。通过对比实验证明,在相同条件下,MPBFT算法的共识吞吐量始终高于PBFT算法,当节点总数为16时,MPBFT算法的吞吐量是PBFT算法的2.2倍。2.MPBFT算法虽然提高了共识吞吐量,但是并未解决PBFT算法随着节点数目的增多系统性能降低的问题。为了提高MPBFT算法的可扩展性,本文基于MPBFT算法改进,提出基于委员会的并行出块的区块链共识算法（PPBFT）。该算法同样使用MPBFT算法中提出的索引块机制,但只有提议委员会成员节点才可以生成事务块。PPBFT算法使用可验证随机函数（VRF）选择提议委员会节点,并使用BLS门限签名算法减少通信复杂度。算法分析及实验结果表明,PPBFT算法的通信开销远低于SBFT算法、MPBFT算法和PBFT算法,在节点总数为64时,PPBFT算法的共识吞吐量是SBFT算法的2.5倍,是MPBFT算法的8.7倍,是PBFT算法的65倍。图16表5参45
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