A Scalable Multi-Layer PBFT Consensus for Blockchain

块链 Byzantine容错 计算机科学 可扩展性 分布式计算 瓶颈 一致性算法 节点(物理) 图层(电子) 计算机网络 通信复杂性 点对点 容错 理论计算机科学 算法 计算机安全 工程类 嵌入式系统 化学 有机化学 数据库 结构工程
作者
Wenyu Li,Chenglin Feng,Lei Zhang,Hao Xu,Bin Cao,Muhammad Ali Imran
出处
期刊:IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:32 (5): 1146-1160 被引量:296
标识
DOI:10.1109/tpds.2020.3042392
摘要

Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) consensus mechanism shows a great potential to break the performance bottleneck of the Proof-of-Work (PoW)-based blockchain systems, which typically support only dozens of transactions per second and require minutes to hours for transaction confirmation. However, due to frequent inter-node communications, PBFT mechanism has a poor node scalability and thus it is typically adopted in small networks. To enable PBFT in large systems such as massive Internet of Things (IoT) ecosystems and blockchain, in this article, a scalable multi-layer PBFT-based consensus mechanism is proposed by hierarchically grouping nodes into different layers and limiting the communication within the group. We first propose an optimal double-layer PBFT and show that the communication complexity is significantly reduced. Specifically, we prove that when the nodes are evenly distributed within the sub-groups in the second layer, the communication complexity is minimized. The security threshold is analyzed based on faulty probability determined (FPD) and faulty number determined (FND) models, respectively. We also provide a practical protocol for the proposed double-layer PBFT system. Finally, the results are extended to arbitrary-layer PBFT systems with communication complexity and security analysis. Simulation results verify the effectiveness of the analytical results.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
李健的粉丝团团长应助reai采纳,获得10
刚刚
刚刚
李健应助纯真的德地采纳,获得10
刚刚
刚刚
Gouo完成签到 ,获得积分10
1秒前
1秒前
2秒前
柔弱思卉完成签到 ,获得积分10
2秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
2秒前
大方的芸发布了新的文献求助10
3秒前
MonicaR完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
粗心的墨镜完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
Maestro_S发布了新的文献求助10
6秒前
wwwq发布了新的文献求助10
6秒前
liuying发布了新的文献求助10
6秒前
XinChenLee发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
ZZ完成签到 ,获得积分10
7秒前
hokin33发布了新的文献求助30
7秒前
jyk完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
9秒前
一期一会发布了新的文献求助30
10秒前
英俊皮卡丘完成签到,获得积分10
10秒前
NexusExplorer应助芋头采纳,获得10
11秒前
任某人完成签到,获得积分10
12秒前
小叶同学完成签到,获得积分10
12秒前
勇敢的心发布了新的文献求助10
12秒前
13秒前
13秒前
13秒前
13秒前
14秒前
14秒前
14秒前
14秒前
Arlene完成签到 ,获得积分10
14秒前
Aryan关注了科研通微信公众号
14秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Encyclopedia of Quaternary Science Reference Third edition 6000
Encyclopedia of Forensic and Legal Medicine Third Edition 5000
Introduction to strong mixing conditions volume 1-3 5000
Aerospace Engineering Education During the First Century of Flight 3000
Agyptische Geschichte der 21.30. Dynastie 3000
Les Mantodea de guyane 2000
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5785120
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 5686059
关于积分的说明 15466834
捐赠科研通 4914228
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2645117
邀请新用户注册赠送积分活动 1592946
关于科研通互助平台的介绍 1547300