公有区块链共识算法研究与改进.pdf

公有区块链共识算法研究与改进 摘 要 区块链技术从 2008年出现至今短短十年，就已获得全球范围内众多政府、各 界企业团体和个人的广泛关注和参与，因这项技术具备优异的去中心化和防篡改特 性，在数字资产、溯源、鉴权、征信等领域具有广阔应用前景，作为区块链技术的 核心算法，共识算法的研究对于区块链技术应用的落地意义重大。 本文以探索和改进公有区块链共识算法作为研究背景，首先介绍主流共识算法 及对应的适用范围，再对各类算法的优缺点进行对比分析，并从安全性、开放性角 度出发，认为 PoW 算法仍是目前公有区块链系统共识算法的最佳选择。 其次提出，作为被认可度最高的公有链共识算法，PoW 算法存在着交易确认时 间较长，在获得较少确认数时交易存在被篡改风险的问题。针对此问题，提出一种 对原 PoW 算法进行优化改进的方法，创新性地将分叉再共识过程提前到分叉发生 的首个区块，同时增加节点在分叉处于相同长度时主动判断分叉难度的机制，以加 速完成网络分叉的再共识，从而提高被篡改概率的收敛速度。改进后的 PoW 算法 理论上将在以下方面改善区块链网络：1、分叉概率降低，提高用户交易信心，交 易更安全；2 、抑制分叉长度，减少保证交易安全所需的确认次数，提高使用便利 性。 最后，基于比特币源码对所设计的优化算法进行编码实现，并设置对照实验， 测试改进前后算法各分叉长度的概率，实验结果显示：改进后的算法将各长度分叉 平均概率降低约 50%，同时减少了保证交易安全所需的确认累计，即减少交易确认 用时，与理论分析结果吻合。 关键词： 区块链； 去中心化； 共识算法； 工作量证明机制 I Research and Improvement of Public Blockchain Consensus Algorithm Abstract Blockchain technology has been extensive concerned and participated by many governments， organizations and individuals from all over the world in just ten years since its appearance in 2008. Because of its excellent decentralization and tamper-proof properties ， Digital assets ， traceability ， authentication ， credit reporting and other fields have broad application prospects. As the core algorithm of blockchain technology， the study of consensus algorithms is of great significance for the application of blockchain technology. This paper explores and improves the public blockchain consensus algorithm as the research background. Firstly， it introduces the mainstream consensus algorithm and the corresponding scope of application. Then compares the advantages and disadvantages of various algorithms ， and considers