第43卷第5期
2019年10月北 京 交 通 大 学 学 报J O U R N A L O FB E I J I N GJ I A O T O N G U N I V E R S I T Y V o l .43N o .5O c t .2019
收稿日期:2019-05-17基金项目：北京市社会科学基金研究基地项目(18J D G L B 026)；北京市教育委员会科技计划一般项目(KM 201910037003)；北京市智能物流系统协同创新中心开放课题项目(B I L S C I C -2019K F -10)F o u n d a t i o n i t e m s :R e s e a r c hB a s e P r o j e c t o f B e i j i n g M u n i c i p a l S o c i a l S c i e n c e F o u n d a t i o n (18J D G L B 026);S c i e n c e a n dT e c h n i q u eG e n e r a l P r o -g r a mo f B e i j i n g M u n i c i p a l C o mm i s s i o n o f E d u c a t i o n (KM 201910037003);B e i j i n g I n t e l l i g e n t L o g i s t i c s S y s t e mC o l l a b o r a t i v e I n -n o v a t i o nC e n t e rO p e nP r o j e c t (B I L S C I C -2019K F -10)第一作者：方维维(1981 )，男，安徽芜湖人，副教授，博士.研究方向为计算机网络.e m a i l :f a n g w w@b j t u .e d u .c n .引用格式：方维维，王子岳，宋慧丽，等.一种面向区块链的优化P B F T 共识算法[J ].北京交通大学学报,2019,43(5):58-64.F A N G W e i w e i ,WA N GZ i y u e ,S O N G H u i l i ,e t a l .A n o p t i m i z e dP B F Tc o n s e n s u s a l g o r i t h mf o r b l o c k c h a i n [J ].J o u r n a l o f B e i j i n g J i a o t o n g U n i v e r s i t y ,2019,43(5):58-64.(i nC h i n e s e )文章编号:1673-0291(2019)05-0058-07D O I :10.11860/j
.i s s n .1673-0291.20190051一种面向区块链的优化P B F T 共识算法
方维维1，王子岳1，宋慧丽1，王云鹏1，丁 毅2
(1.北京交通大学计算机与信息技术学院，北京100044;2.北京物资学院信息学院，北京101149)摘 要：区块链技术具有去中心化，数据不可篡改和数据透明等特点，使得该技术的应用领域不断扩展，但目前应用于区块链系统的共识算法存在着资源浪费和共识效率较低等问题，限制了区块链
技术的发展.针对此问题，基于实用拜占庭容错算法(P r a c t i c a l B y z a n t i n eF a u l tT o l e r a n c e ,P B F T )，算法的基本思想，提出了一种优化的共识算法.该算法引入积分机制，根据节点积分挑选参与共识
的节点，以降低网络中的通信开销；在不存在拜占庭节点的情况下，优化P B F T 算法的一致性协议；引入升降级机制，动态更新参与共识的节点集合，以保证算法在大部分时间内都执行优化一致
性协议.实验结果表明：与P B F T 算法相比,
本文提出的共识算法将共识过程的时间复杂度从O (N 2)下降到O (N )，有效降低了网络中的通信开销，平均时延从55m s 降到37m s ，平均吞吐量从342T P S 提升到677T P S .关键词：区块链；共识算法;P B F T ;
拜占庭错误中图分类号:T P 311.13 文献标志码:A A no p t i m i z e dP B F Tc o n s e n s u s a l g
o r i t h mf o r b l o c k c h a i n F A N G W e i w e i 1,WA N GZ i y u e 1,S O N G H u i l i 1,WA N GY u n p e n g 1,D I N GY i 2(1.S c h o o l o fC o m p u t e r a n d I n f o r m a t i o nT e c h n o l o g y ,B e i j i n g J i a o t o n g U n i v e r s i t y ,B e i j i n g 100044,C h i n a ;2.S c h o o l o f I n f o r m a t i o n ,B e i j i n g W u z iU n i v e r s i t y ,B e i j i n g 1
01149,C h i n a )A b s t r a c t :B l o c k c h a i n t e c h n o l o g y h a s t h e c h a r a c t e r i s t i c so f d e c e n t r a l i z a t i o n ,d a t a t a m p e r -r e s i s t a n -t a n dd a t a t r a n s p a r e n c y ,w h i c h m a k e s t h e a p p l i c a t i o n f i e l do fb l o c k c h a i nt e c h n o l o g y e x p
a n dc o n -t i n u o u s l y .H o w e v e r ,t h ec o n s e n s u sa l g o r i t h m a p p l i e dt ot h e
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c k c h a i ns y s t e m c u r r e n t l y h a s p r o b l e m s o f r e s o u r c ew a s t e a n
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m e n t o f b l o c k c h a i n t e c h -n o l o g y .A i m i n g a t t h i s p r o b l e m ,t h i s p a p e r p r o p o s e s a no p t i m i z e dc o n s e n s u s a l g o r i t h m b a s e do n t h e b a s i c i d e a o f P B F T (P r a c t i c a l B y z a n t i n e F a u l tT o l e r a n c e )a l g o r i t h m.T h i s a l g o r i t h mi n t r o d u c e s a n i n t e g r a t i o nm e c h a n i s mt os e l e c tn o d e s p a r t i c i p a t i n g i nt h ec o n s e n s u sb a s e do nn o d e p o i n t s t o r e d u c e c o mm u n i c a t i o no v e r h e a di nt h en e t w o r k ,a n do p t i m i z e st h ec o n s i s t e n c yp
r o t o c o lo f t h e P B F Ta l g o r i t h mi n t h e a b s e n c e o f B y z a n t i n e n o d e s .I t a l s o i n t r o d u c e s a l i f t i n g l e v e lm e c h a n i s mt o d y n a m i c a l l y u p d a t e t h en o d e s p a r t i c i p a t i n g i n t h e c o n s e n s u s p r o c e s s t oe n s u r e t h a t t h e a l g o r i t h m p e r f o r m s t h e o p t i m i z e d c o h e r e n c e p r o t o c o lm o s t o f t h e t i m e .T h e e x p e r i m e n t r e s u l t s s h o w
