面向区块链物联网的众包流程设计及其共识算法分析研究

来源 :重庆邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhaihoufu
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随着互联智能设备和传感器的爆炸式增长,智能协作技术得到了广泛应用,现代社会已经从互联网时代进入了物联网时代。众包作为一项有前景的物联网应用也因此受到越来越多的关注,它利用广泛分布的智能设备感知、收集和分析数据,联合完成了许多复杂和繁琐的任务,本质上属于一种分布式解决问题的生产模式。然而,众包系统在实际工作过程中面临着许多技术挑战,如数据安全、个人隐私和激励条款。区块链技术的出现有效解决了个体间的信任问题,为去中心化系统设计提供了新思路。因此,本文设计了一种基于区块链的众包系统,并分析研究了一种面向物联网的有向无环图(Direct Acyclic Graph,DAG)区块链共识算法的性能,旨在使物联网与区块链技术融合发展。首先介绍区块链背景知识,详细阐述其技术原理。然后根据物联网应用的发展,分析并总结众包当前面临的安全,隐私和激励挑战。针对以上问题提出一种新型区块链众包系统,利用信誉机制促使用户高质量地完成任务,智能合约实现众包的业务逻辑,通过实际部署众包投票智能合约,验证了数据处理过程的透明性和可追溯性。最后利用马尔科夫链模型分析了区块链众包系统的可靠性。接着又针对当前区块链网络主要采用的工作量证明(Proof-of-Work,Po W)和权益证明(Proof-of-Stake,Po S)共识算法存在的能耗,时延和垄断等问题,以最具代表性的Tangle网络为例,分析研究了面向物联网的DAG区块链共识算法的性能。提出了马尔科夫链模型来说明网络负载的动态变化对DAG区块链共识过程的影响。重点分析了因交易到达率波动导致的非稳态网络负载机制下Tangle网络的性能,包括交易的累积权重和认证时延。仿真实验说明,本文提出的区块链众包系统具备实施的可行性并能够有效提高系统的可靠性,可为物联网提供区块链方向的理论指导和解决方案。提出的DAG区块链共识算法分析模型可以反映出网络负载对Tangle性能的影响,既可以说明DAG共识算法的优点和缺点,还可以为基于区块链的物联网的部署提供参考价值。
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