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物联网与区块链结合环境下对数据确认时间的研究

武鑫宇  
【摘要】:区块链在提高物联网安全性的同时,也带来了数据传输效率低下的问题。由于最初的区块链使用时延较高的共识算法——工作量证明(POW)来保证区块内数据安全有效。此外,为了保证区块中数据的安全,需要在区块被挖出后等待一段确认时间才可使用该区块中的数据。因此,区块链在应对物联网海量数据流入时的处理能力较低。以太坊平台使用GHOST协议大幅提升了基于POW共识算法挖矿的效率。因此,本文选择以太坊平台来研究区块链中数据的最短确认时间,使得物联网应用可以在保证一定数据安全性的前提下尽快确认区块中的数据。本文分析了最短确认时间的影响因素——区块链的最少确认区块数与实际的确认区块数,其中最少确认区块数又与区块链分叉概率和确认区块增加的概率有关。本文通过构建数学模型来分析接受到区块的节点占比以求解上述影响因素并使用Matlab仿真工具进行仿真实验。本文设计了两组实验得到不同的网络环境与应用需求下的最短确认时间。实验结果表明,增加数据确认时间可以显著提高数据安全性,当攻击节点与诚实节点算力之比分别为15%、30%、45%时,应用分别将最短确认时间设置为47.4秒、79.05秒以及173.95秒以上可以使得区块中数据不可用的概率维持在5%以内。


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