摘要：区块链系统由于共识协商需要多轮沟通,会消耗大量的能量。在一些无线网络中,节点电池容量有限,会迅速导致节点能量耗尽和脱机,从而影响共识性能。该文设计了一种面向RAFT共识的低能耗的分片算法,算法将无线区块链网络中的节点限制在基于地理区域的分片上,从而避免节点参与全局共识。同时,还提出了一种分片后的能耗估算方法,简化了分片无线区块链网络的能量计算。在太赫兹和毫米波两个信号场景中得到的仿真结果均验证了该算法的有效性,能耗可降低98.36%,估算方法的最小误差仅为0.40%。

摘要：区块链面临可拓展性问题.分片通过将区块链网络划分成多个子网络,并行处理交易,从而提升系统性能.但分片易导致恶意节点聚集,发动51%攻击,影响系统安全,现有的单维信誉方案存在重分配过程开销大和分片间共识不足的问题,性能与安全无法保证.针对上述问题,提出基于多维信誉的区块链安全分片方案.首先,综合节点多维指标,保证分片信誉与计算通信能力均衡,识别恶意节点.其次,提出双阶段重分配方案,通过第1阶段部分重分配和第2阶段全部重分配,减少重分配频次,降低开销.最后,设计基于多维信誉的快速拜占庭容错共识(multi-dimensional reputation based fastByzantinefault-tolerantconsensus,MRFBFT),将投票权与信誉结合,并在分片领导节点间增设一次共识,防止恶意行为.实验结果表明,各分片信誉和计算通信水平更均衡,共识时延大约降低20%,吞吐量提升15%左右.

摘要：并行化是区块链扩容方案中最有效的一类方案,现有的并行化方案可根据网络架构分为星型架构与平行架构两类,但是当前的研究工作中,缺少对于星型分片架构方案的性能边界及性能瓶颈影响因素的分析.因此,针对不同的星型分片架构方案抽象出了一种通用的区块链星型分片架构,并对该通用架构中的交易过程进行了量化建模,得到了区块链通量与分片数量的关系,建立了星型分片架构的通量模型.根据建立的星型分片架构通量模型,可以发现星型架构的通量性能存在上限,存在一个最优的分片数量使得系统的通量达到最高,且通量的最大值与主链功能复杂度存在明确的函数关系.基于所提的通量模型,相关的区块链系统可以结合自身方案的设计,平衡分片数量与主链功能复杂度,使得系统通量达到理论上限,因此对于星型并行化方案设计具有重要指导意义.

摘要：为解决打叶复烤过程中人工分片存在的生产成本高、效率低等问题,设计了一种烟叶自动化分片梳理系统。该系统由分揭装置、松散分片装置和梳理装置三部分组成,烟叶解包后由AGV小车输送至分揭装置,将堆积粘连的烟叶逐层分揭成一定厚度的片层烟叶;由松散分片装置将片层烟叶进一步松散为单片烟叶;通过梳理装置将混乱无序的单片烟叶调整至姿态统一并沿长度方向有序排列和输出。以福建省龙岩金叶复烤有限责任公司提供的2022年龙岩尤溪C3F等级烟叶为对象进行测试,结果表明:与人工分片相比,采用分片系统可以使烟叶损耗量减少约33.5%,造碎量减少约27.2%;对于粘连烟叶具有较好分片效果,单片离散化率超过94%;离散后单片烟叶姿态得到有效调整,约80%烟叶能够沿长度方向进行输送,满足后续智能定级和分拣作业的需求。该技术可为提升烟叶分级智能化和自动化生产提供支持。

摘要：区块链的不可篡改、去中心化等特点能够有效解决工业互联网中日益突出的安全和隐私问题,然而当前主流区块链平台的吞吐量远不能满足工业互联网海量数据快速上链的需求,并且传统区块链采用的高冗余存储机制也无法适用于工业互联网场景。建立分层分片区块链架构,将区块数据分层存储在多个分布式云服务器和边缘服务器中,以应对工业互联网不断增长的数据量。依据边缘服务器之间的拓扑结构,设计一种基于复杂网络社团划分算法的改进区块链网络分片算法,在提升区块链网络吞吐量的同时缩短分片时间。将区块广播过程形式化为生成树论证了区块广播时间对吞吐量的影响,在此基础上提出一种基于生成树的片内主节点选取算法,进一步提升区块链网络的吞吐量。实验结果表明,与经典复杂网络社团划分算法相比,改进的区块链网络分片算法在对大规模网络进行分片时能够在不牺牲分片质量的前提下缩短约36%的分片时间,同时减少了各分片内区块的广播时间。

摘要：边缘计算的数据安全性低和隐私性差等问题制约了边缘计算的发展,区块链可以利用自身的难以篡改性为边缘计算场景中的数据提供安全保障,同时利用可追溯性保护隐私,但是区块链的扩展性瓶颈成为其应用于边缘计算领域的障碍。针对区块链应用于边缘计算时无法满足大量节点同时处理数据的需求的问题,提出了一种符合边缘计算场景需求的双层分片方案,用改进的K-means算法实现节点基于地理位置的分片,并结合权益委托证明(DPoS,delegated proof of stake)与实用拜占庭容错(PBFT,practical Byzantine fault tolerance)的思想设计了一种局部区块链网络共识(LBNC,local blockchain network consensus)算法达成片内共识,通过多分片并行处理交易的方式提高系统能容纳的节点数量。仿真结果表明,所提方案比PBFT有更低的时延和更高的吞吐量,并且总吞吐量随分片数量增加。

摘要：提高区块链系统吞吐量是广泛应用区块链的关键问题之一。针对以上问题,将分片技术应用到区块链系统中,通过使区块链并行处理事务提高区块链的吞吐量。将区块链分片选择问题建立为马尔科夫决策过程(Markov decision process,MDP),并设计了基于深度强化学习(deep reinforcement learning,DRL)的区块链分片最优选择策略(branching dueling Q-network shard-based blockchain,BDQSB)。所采用的BDQSB算法克服了传统DRL算法行为空间维度高、神经网络难以训练的缺点。仿真实验结果表明,所提出的方法可以有效降低行为空间维度,提高区块链处理事务的吞吐量和可扩展性。

摘要：结构连接作为XML查询的重要部分,对查询性能来说起着非常重要的作用.目前有几种结构连接算法已经被提出,例如Stack-Tree、XR-tree.这些算法主要集中在节点之间关系的确定上.与之不同,作者从分片的角度去解决结构连接问题,首先把节点间的关系引申到分片之间的关系,从而得出各分片之间的一些性质,再利用分片间的性质来提高结构连接操作的性能.文中提出了一种基于分片的结构连接算法和两种优化方法,实验表明该算法在性能上要优于Stack-Tree算法和XR-tree算法.设计了一个简单而又高效的索引结构来存储分片结果,实验结果表明该索引结构的维护代价要小于XR-tree的维护代价.

摘要：在区块链系统中,分片是主要的链上扩容方案,其中的状态分片可以在不降低安全性的前提下解决公链可扩展性问题.但是,分片技术的引入,又带来了处理跨分片交易验证的难题,当系统内大多数交易为跨分片交易时,跨分片交易的处理能力决定了整个系统的性能.因此,在设计分片系统的过程中,跨分片交易验证和处理策略至关重要.针对上述问题,提出了利用状态归约处理跨分片交易的多轮验证方案SRMR(state reduction and multi-round).首先对跨分片交易的概率进行分析,然后提出利用状态归约处理跨分片交易方案,并在此模型下分析各层处理跨分片交易的概率,分析出仅用状态归约模型会使上层分片处理交易负载过大.为均衡上层交易负载的问题,又提出激励机制并将状态归约与多轮验证相结合,最后得出合理轮数取值并提出了一种合理平衡归约与多轮验证的策略.此方案综合利用节点的能力,力保跨分片交易的顺利完成,降低跨分片交易回滚率.

摘要：HyperLedger Fabric是受关注度较高的开源联盟区块链.针对现有区块链分片方法不适用于Fabric三阶段交易模型的问题和分片粒度过粗导致存在热点访问的问题,提出一种基于Fabric实现的细粒度键值状态分片方法.首先,详细设计了Fabric在键值状态分片下的跨片交易处理,引入跨分片排序节点和两阶段提交处理流程,高效保证跨片交易的一致性和原子性.然后,针对细粒度分片可能导致交易跨片概率上升进而影响性能的问题,提出启发式的交易提案路由表,旨在减少预执行阶段交易的跨片读数据请求,降低计算资源和网络资源的消耗.最后,在Fabric仿真系统上实现改进的分片方案并进行性能测试.实验结果表明,该方法在提升Fabric性能的基础上,有效解决了热点访问问题和高跨片交易占比下的性能下降问题.