13、物联网区块链共识机制优化研究

物联网区块链共识机制优化研究

1. 物联网与区块链结合背景

物联网（IoT）的出现推动了人机物的全面互联与融合。预计到2020年底，物联网终端设备数量将增至260亿。物联网环境中的主要访问控制方法包括基于角色的访问控制（RBAC）、基于属性的访问控制（ABAC）、基于使用控制模型的访问控制（UCON）和基于能力的访问控制（CapABC）。不过，传统的RBAC、ABAC和UCON依赖集中式的服务器 - 客户端架构，而CapABC虽实现了轻量级分布式控制，但无法保障安全和用户隐私。

区块链是一种去中心化的分布式技术，具有去中心化、信息防篡改、数据公开透明等特点，还有共识机制、智能合约和非对称加密三种保障机制。它能解决大规模物联网系统中的诸多挑战，如降低运营成本、减少安全风险、提供高效智能的网络运行机制等。

2. 区块链共识算法基础

随着区块链技术的发展，出现了越来越多的共识算法。区块链系统构建在P2P网络上，节点分为普通节点和“矿工”节点。共识过程通常包括以下四个阶段：
1. 主节点选举 ：从所有“矿工”节点集合M中选出记账节点A，可用公式f(M) → A表示，一般最终选出唯一的“矿工”节点进行记账。
2. 区块构建 ：记账节点将当前时间段内所有节点P产生的交易或数据按特定策略打包成块，并广播给“矿工”节点M或其代表节点D。
3. 验证 ：“矿工”节点M或代表节点D收到广播的新块后，验证块内交易或数据的正确性和合理性，若获多数节点认可，该块将更新到区块链中。
4. 上链