(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210525842.3 (22)申请日 2022.05.16 (71)申请人 中国石油大 学 （华东） 地址 266580 山东省青岛市黄岛区长江西 路66号 (72)发明人 王亚琪　甘鹏　洪延榕　孙浩　 (51)Int.Cl. H04L 9/40(2022.01) H04L 9/30(2006.01) H04L 9/32(2006.01) H04L 67/1042(2022.01) H04L 67/1061(2022.01) (54)发明名称 一种基于信誉值和可验证随机函数的改进 实用拜占庭容 错算法 (57)摘要 针对高度并行的网络设备和频繁的数据交 换使通信开销过大的问题， 本发 明提出了一种基 于信誉值和可验证随机函数的改进实用拜占庭 容错算法。 可验证随机函数对参与节 点进行初步 选择， 实现减少共识过程节点参与数量的目标。 同时， 筛选过程考虑节点的信誉值， 从而保证所 选节点的可靠性。 本发明针对传统PBFT 算法中恶 意节点或低可信度节点与其他节点拥有相同的 被选概率， 且共识算法缺少对节 点可信程度的评 估过程， 使得节点过程存在安全漏洞等问题， 提 出了基于节 点行为的信誉评估机制。 从多维度考 虑节点的行为和角色， 建立基于节 点行为的共识 节点信誉 值评估机制， 同时建立基于节点信誉值 的不可信节 点剔除机制， 进一步保障共识过程的 可靠性。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 114978650 A 2022.08.30 CN 114978650 A 1.一种基于信誉值和可验证随机函数的改进拜占庭容 错算法， 包括以下部分： A、 建立基于节点行为的共识 节点信誉值评估机制； B、 建立基于节点信誉值的不可信节点剔除机制； C、 建立基于信誉值和可验证随机函数的改进实用拜占庭容 错算法。 2.根据权利要求1所述的基于节点行为的共识节点信誉值评估机制， 其特征在于， 所述 的部分A中， 所述的节点信誉值评估机制包括两个方面， 分别是： 节点的直接信任度和间接 信任度； 其中， 直接信任度的计算基于节点的直接交互节点集合的信誉值， 间接信任度的计 算是基于节点的间接交 互节点集合的间接信任度。 3.根据权利要求1所述的基于节点信誉值的不可信节点剔除机制， 其特征在于， 所述的 部分B中， 基于节点信誉值的不可信节点剔除机制是指： 本发 明提出的改进PBFT算法在完成 部分A中的信誉值评估后， 将降低行为异常节点的信誉值， 使其无法加入共识过程， 从而有 效剔除系统中的不可信节点 参与。 4.根据权利要求1所述的基于信誉值和可验证随机函数的改进实用拜占庭容错算法， 其特征在于， 所述的部 分C中， 所述的基于信誉 值和可验证随机函数的改进实用拜占庭容错 算法是指： 通过可验证随机函数VRF根据信誉值随机选择参与共识过程的节 点， 确保节 点选 择的分散性和可验证性。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114978650 A 2一种基于信誉值和可验证随机函数的改进实用拜占庭容 错 算法 技术领域 [0001]本发明涉及 适用于分布式系统的区块链共识方法， 特别涉及一种基于信誉值和可 验证随机函数的共识算法。 背景技术 [0002]随着物联 网， 大数据等技术的进一步发展， 网络系统中接入的设备成千上万。 海量 的数据和智能化应用正在以前所未有的速度填充着人们的生活， 物联网技术逐步被广泛应 用到健康医疗、 教育、 交通、 金融等不同的领域。 在互联网时代， 隐私保护就已经 受到国内外 研究者和产业界人士的高度重视； 但是在物联网中， 隐私安全 又面临新的问题和挑战， 其中 最关键的就是物联网中无处不在的终端设备， 并由此带来的超强的信息捕捉、 获取和共享 能力。 中心 化的系统和应用， 随着数据量的增多和用户需求的提升,尤其是各种安全问题的 频发。 人们越来越意识到， 传统中心化系统管理方式存在安全等级低、 不够高效、 设备间互 信困难的问题。 整个系统对于中心机构过于依赖， 一旦中心 化机构遭遇故障或恶意攻击， 极 可能会导致系统的局部瘫痪或整体无法运行， 进而可能引起数据窃取、 篡改或泄露的信息 安全隐患。 [0003]因此， 急需一种既能满足数据量和用户需求增多的可扩展需求,又能保障数据和 用户隐私安全的新技术。 近年来， 电子货币得到广泛关注。 区块链 技术也逐渐走入人们的视 野。 区块链技术的出现给传统中心化系统的升级带来了新的方向与动力， 其去中心化的账 本技术可以有效保证交易数据的安全性,分布式一致性又能使得系统数据达到全网统一, 防止恶意用户的篡改与破坏。 [0004]而区块链系统是否能高效地达成共识是决定其性能好坏的重要指标。 随着区块链 的发展， 出现了许多共识机制， 其中主要分为证明类以及具有容错性的拜占庭 容错类。 由于 分布式系统中节点之间互不了解， 受到利益驱使产生大量拜占庭节点。 这些恶意节点会主 动向其他节点发送错误信息， 因此有必要使用具有拜占庭容错能力的共识机制 。 实用拜占 庭容错(Practical  Byzantine  fault tolerance,PBFT)算法能够让区块链完全脱离链上 代币的奖励机制， 且不需要 大量算力来 维护， 因此在分布式系统中得到了应用。 PBFT算法的 核心理论是n≥3f+1。 其中， n是系统中的总节点数， f是允许出现故 障的节点数。 也就是说， 如果这个系统允许出现f个故障， 那么这个系统必须有n个节点， 才能解决故障。 PBFT模型 下， 有一个节 点会被当做主节点， 而其他节 点都是备份节 点(副本节 点)。 系统内的所有节 点 都会相互通信， 旨在实现节点能以少数服从多数 的原则达成数据的共识。 而所有节点间的 相互通信意味着大量信息的交互以及较高的通信开销。 不仅在一定程度上降低了系统的吞 吐量， 还导致算法不适用于节点数量过大的区块链， 扩展性差。 其计算效率依赖于参与 协议 的节点数量， 由于每个副本节点都需要和其它节点进行点对点的共识同步， 因此随着节点 的增多， 性能会 下降的很快。 另外， PBFT存在视图切换随机选取主节的安全漏洞以及 共识节 点较多时共识效率变低的问题。 现有对PBFT算法进行改进的研究， 大多基于节点分组或随说　明　书 1/4 页 3 CN 114978650 A 3