【摘 要】
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区块链是目前分布式系统研究中最具潜力的技术之一。区块链分为公链、私链、联盟链,联盟链具有自主可控能力且内部信息开放,可以实现链上权限分级功能。目前,商业化区块链系统要求保证自主可控能力的同时,兼具区块链去中心化、不可篡改等技术特征,联盟链非常适合这种应用场景,是商业化应用的最佳落地方案。在联盟链中,共识算法通常选用实用拜占庭容错算法（PBFT）,它是由旧的拜占庭一般问题衍生而来。系统可以在恶意节点
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区块链是目前分布式系统研究中最具潜力的技术之一。区块链分为公链、私链、联盟链,联盟链具有自主可控能力且内部信息开放,可以实现链上权限分级功能。目前,商业化区块链系统要求保证自主可控能力的同时,兼具区块链去中心化、不可篡改等技术特征,联盟链非常适合这种应用场景,是商业化应用的最佳落地方案。在联盟链中,共识算法通常选用实用拜占庭容错算法（PBFT）,它是由旧的拜占庭一般问题衍生而来。系统可以在恶意节点低于三分之一总节点数的前提下达成共识。但是,该方法具有吞吐量低、时延高、性能不稳定等缺点。研究者在PBFT的基础上提出了基于信誉值的拜占庭容错算法（RBFT）,该算法取消主节点并加入了节点信誉值筛选机制。这种改进对PBFT算法的提升较小且算法适用范围有限。为了解决PBFT和RBFT存在的问题,本文做出以下工作:（1）提出基于加权拜占庭容错机制的区块链共识算法WBFT。该算法在共识节点的共识流程前引入权值机制,在共识完成后根据节点行为对权值进行动态调整,权值较低的恶意节点会被限制参与共识过程,从整体上削弱恶意节点的影响,降低恶意行为发生的概率,提高了系统吞吐量,降低了共识时延,增强了区块链系统的安全性。（2）基于WBFT共识算法设计搭建了联盟链系统,该系统具有较高的可扩展能力和稳定性,可适用于多种应用场景。在搭建的联盟链系统上对PBFT、RBFT和WBFT进行了对比实验。实验结果显示,WBFT比PBFT的平均时延降低了18.01%,比RBFT的平均时延降低了12.22%。在平均吞吐量方面,WBFT比PBFT提高了17.18%,比RBFT提高了8.54%。在安全可靠性方面,PBFT、RBFT和WBFT的恶意行为率分别为30%、18.72%和15.65%。本文提出的WBFT算法在系统吞吐量、共识时延和安全性方面都优于现有的两种算法。
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