基于DAG的分布式账本共识机制研究
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作者简介:

高政风(1994-),男,河南洛阳人,硕士生,主要研究领域为区块链;刘志强(1977-),男,博士,副教授,博士生导师,CCF专业会员,主要研究领域为区块链,信息安全,密码学;郑继来(1997-),男,硕士生,主要研究领域为计算机安全,区块链,计算机视觉;刘振(1976-),男,博士,副教授,主要研究领域为应用密码学,区块链安全,信息保护;汤舒扬(1996-),男,博士,主要研究领域为理论计算机科学,程序语义学,应用密码学,区块链与分布式账本;谷大武(1970-),男,博士,教授,博士生导师,CCF杰出会员,主要研究领域为密码学,信息安全;龙宇(1980-),女,博士,副教授,博士生导师,主要研究领域为密码与信息安全技术,区块链技术.

通讯作者:

谷大武,E-mail:dwgu@sjtu.edu.cn

基金项目:

国家自然科学基金(61572318,61932014,61672339);上海市科技创新行动计划(19511101403);"十三五"国家密码发展基金(MMJJ20170111);信息保障重点实验室开放基金(KJ-17-109)


State-of-the-art Survey of Consensus Mechanisms on DAG-based Distributed Ledger
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Fund Project:

National Natural Science Foundation of China (61572318, 61932014, 61672339); Shanghai Science and Technology Innovation Fund (19511101403); National Cryptography Development Fund (MMJJ20170111); Science and Technology on Information Assurance Laboratory (KJ-17-109)

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    摘要:

    自2008年比特币出现以来,研究学者相继提出了多种分布式账本技术,其中,区块链是当前分布式账本最主要的实现形式之一.但当前区块链中存在一个核心问题:可扩展性瓶颈.具体而言,区块链的吞吐量严重不足,且其交易确认也较为缓慢,这些因素极大地限制了它的实际应用.在此背景下,基于DAG(有向无环图)的分布式账本因其具有高并发特性,有望突破传统区块链中的性能瓶颈,从而受到了学术界和产业界越来越多的关注和研究.在基于DAG的分布式账本中,最为核心和关键的技术是其共识机制,为此,对该关键技术进行了系统深入的研究.首次从共识形态出发将现有基于DAG的分布式账本分为以下3类:基于主干链的DAG账本;基于平行链的DAG账本;基于朴素DAG的账本.在此基础上,对不同类型的共识机制本质原理及特性进行了深入阐述,并从不同层面对它们进行了详细的对比分析.最后,指出基于DAG的共识机制研究中存在的问题与挑战,并给出进一步的研究方向.

    Abstract:

    Since the emergence of Bitcoin in 2008, various decentralized consensus schemes have been brought about to realize a decentralized ledger. Most existing schemes adopt a blockchain, which is the fundamental building block of the consensus of Bitcoin, to store and extend the ledger. However, classical blockchain is heavily bounded in its scalability. Specifically, its throughput of transactions is far from satisfactory and transactions are confirmed at a slow rate, which greatly limit the practical application of blockchain. To face this issue, novel consensus schemes based on direct acyclic graphs (DAGs) are introduced in an attempt of achieving better performance. Due to its high concurrency feature, the research of DAG-based distributed ledger is getting more and more attention. With a systematic survey, it is proposed that DAG ledgers can be classified into three categories by the feature of its underground consensus mechanisms, i.e., DAG with a main chain, DAG of parallel chains, and naive DAG. To begin with, the pivotal features and characteristics of current consensus system associated with each category are introduced. After that, a comprehensive evaluation regarding different aspects of current systems is conducted. Finally, several open challenges on DAG-Based consensus schemes are identified to consider in future research endeavors.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

高政风,郑继来,汤舒扬,龙宇,刘志强,刘振,谷大武.基于DAG的分布式账本共识机制研究.软件学报,2020,31(4):1124-1142

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  • 收稿日期:2019-05-06
  • 最后修改日期:2019-09-20
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  • 在线发布日期: 2019-12-06
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