面向工业互联网的区块链跨链共识研究

来源 :邱丽娟 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aassddff1984
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随着区块链理论及其关键技术飞速发展,工业互联网结合区块链技术推动着人、机、物、系统等实现安全可靠的全面连接,二者日益深度融合,在智慧交通、智慧城市、智慧医疗等众多领域中广泛应用。现实场景中工业互联网系统往往呈现出高复杂性,多个设备之间需要实时数据感知和数据交互,终端用户的高实时性需求无法在单条区块链模式中得到满足,逐渐涌现出多条区块链间计算协作、信息互通的模式,通常被称为多链网络结构。在多链网络结构中,传统单链结构所采用的共识机制方法在工业互联网场景中已经无法适用,亟需部署于多链网络结构的跨链共识技术,用于确认网络中某条区块链的数据是否安全可靠。(1)为解决多条区块链无法直接进行跨链协作、数据交互的难题以及工业互联网场景中多链网络共识效率低下的问题,本文以充分挖掘多条区块链的闲置资源为出发点,利用并行计算和边缘计算资源调度的思路,搭建多公证人边缘计算网络,并提出一种快速跨链共识的方法。具体地说,本文通过边缘计算节点连通多链网络,实现跨链交互,缓解了单链网络的负载压力。同时提出一种基于实用拜占庭容错共识(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)及Zyzzyva共识机制的优化策略,即Reduced PBFT。同时,通过缩短共识流程和优化跨链区块广播机制极大地降低了跨链网络内部的通信复杂度,并对多条区块链公共节点的跨链数据验证实行多任务并行处理。本文提出的多链网络共识将大大降低多条区块链的跨链认证速度,为工业互联网的实时数据交互提供新的解决途径。(2)为解决多链网络中跨链任务密集导致的数据流拥塞问题,本文提出一种基于遗传算法的多链网络任务流动态调度方法,极大地减轻了公证人繁忙和流任务繁忙情境下的网络负载。具体地,本文将跨链任务的数据安全性验证问题转化为边缘计算的任务调度问题,对边缘跨链网络进行数学建模,采用一种启发式算法对大型离散变量进行求解。即对遗传算法进行变换,通过个体选择、交叉、变异等核心遗传算子高效快速地搜索全网最优任务分配策略,以更低通信复杂度、更低计算延迟最大限度地满足工业互联网的实时性要求。实验数据表明,本文提出的Reduced PBFT共识机制结合遗传算法进行跨链任务流冲突调度,无论是在空闲型还是在密集任务流调度情境中,都能够在更低时间复杂度、更少迭代次数的基础上,表现出显著优于传统区块链共识机制或是其优化算法的性能。
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