【摘 要】
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近几年来,区块链技术蓬勃发展,不仅是公开密码货币(例如,比特币)的核心机制,还广泛应用于金融、医疗等多个领域,引起了学术界和工业界的极大的关注。同时,它也是城市/工业物联网和人工智能领域的重要组成部分。近年来,物联网发展迅速,广泛应用于智能家居、智慧物流、智能制造等领域。然而,在物联网发展的演进过程中,主要存在以下五个方面的问题:异构性、互操作性差、资源受限、隐私性和安全性。其中,最受诟病的是安全
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近几年来,区块链技术蓬勃发展,不仅是公开密码货币(例如,比特币)的核心机制,还广泛应用于金融、医疗等多个领域,引起了学术界和工业界的极大的关注。同时,它也是城市/工业物联网和人工智能领域的重要组成部分。近年来,物联网发展迅速,广泛应用于智能家居、智慧物流、智能制造等领域。然而,在物联网发展的演进过程中,主要存在以下五个方面的问题:异构性、互操作性差、资源受限、隐私性和安全性。其中,最受诟病的是安全性和隐私性,相关恶意事件不断出现。区块链本质上是一个信任体系,通过用户节点对分布式数据库的联合维护来达成共识,而物联网具有天然的分布式网络特性。因此,区块链技术的出现使得许多研究者认为区块链技术是物联网面临问题的最佳解决方案。共识协议是区块链的核心技术,关系到区块链系统的安全性、可扩展性、性能效率和资源消耗。在每个时间间隔中,区块链网络中的节点需要就有效区块达成共识。然而,在实际情况中,物联网中不可避免地会出现一些故障节点。由于计算误差等不确定的错误,这些故障节点可能会失效或者发送错误消息,从而阻碍了正常节点达成共识。本文研究了无线区块链系统中的容错共识问题。考虑到物联网环境和多智能体约束,以及无线网络中存在故障节点的情况,本文提出了一种容错共识协议,该协议能够在0(flogn)时间步长内以高概率在无线区块链网络中使多智能体达成共识。其中,f是无效智能体的数量的上界,n是区块链系统中智能体的数量。我们建立了基于SINR通信模型的无线区块链系统模型,分三个阶段设计了我们的共识协议:领导者选举阶段、区块的提出与验证阶段和链更新阶段。在每个领导者选举阶段,我们的共识协议将在无线区块链网络中的节点之中选出一个节点作为领导者来安排下面的两个阶段。在区块的提出与验证阶段,每当选举出一名领导者时,该领导者都会提出并广播新区块,记录它并统计记录该区块的次数,其他节点会记录该区块,并统计记录该区块的次数。然后,不是领导者的节点将返回上一阶段,重新参加领导者选举,直到记录了f+1次相同的区块为止。在链更新阶段,所有正常的节点都会将被记录了f+1次的新区块写入它们的本地区块链中。通过严格的理论分析和大量的仿真,我们验证了该算法的有效性。在本文中,我们首次考虑了无线区块链系统中多智能体的容错共识协议,它比以往的区块链系统中的共识协议更接近实际,并且在时间复杂度上具有高效的性能。我们相信,我们的共识协议可以给无线区块链系统中的许多基本操作带来便利,使得区块链系统中的无线研究更加完善,为多智能体的协议设计提供新的角度。
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