数字货币分布式总账共识系统设计与实现

摘要

移动互联网的迅速发展，催生出互联网金融的蓝海走势，促使数字货币与传统货币相结合的产业链形成。但是，新兴的数字货币体系依然存在很多不足点，比如，数据冗余大、验证机制延时高以及网络安全策略不够严谨等问题。
　　本文研究的核心主要围绕数字货币Bitcoin的区块链与共识验证技术的不足点，比如，区块链中每获取一次余额信息需要遍历所有交易信息;PoW验证机制下的交易时延大约1小时;与其他数字资产兼容性差。为了解决以上所提的不足点，将Bitcoin区块链结构按功能分解为Mini-Chain和Ledger，其中Mini-Chain是轻型区块链只存储散列数据;总账Ledger是由交易功能模块TxMerkleTree、账户状态模块AccountStateTree和共识验证策略ConsensusValue组成，重组后的Ledger减少冗余数据并能实现快速获取账户余额信息，账户生成采用高效的ED25519加密算法。对资产进行分类与订单处理提高不同数字资产的兼容性，并且引入供应链Production记录不同资产的来源与去向。为了缩短交易时延，摒弃Bitcoin的PoW验证机制，结合分布式处理效率较快的Paxos一致性算法，设计出新型分布式共识验证DBA方案。在论文最后阶段，给出了本系统的原型与API接口测试实例。针对分布式总账共识系统LCDN的主要功能模块API接口、RadixMerkleTree索引存储、数据序列化与反序列化、系统原型效率验证、账户操作、转账交易与订单处理等功能进行测试与实现。

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摘要

图目录

表目录

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外相关研究

1．3 本文主要内容

1．4 论文结构安排

第二章 数字货币中区块链与验证技术研究现状分析

2．1 Bitcoin系统概述

2．2 区块链技术分析

2．3 数字货币系统中安全维护策略

2．3．1 PoW验证分析

2．3．2 PoS验证分析

2．3．3 DPoW验证分析

2．4 本章小结

第三章 分布式总账研究与设计

3．1 系统整体业务逻辑概述

3．1．1 充值业务逻辑设计

3．1．2 转账业务逻辑设计

3．1．3 支付业务逻辑设计

3．1．4 结算清算业务逻辑设计

3．1．5 共识验证方案研究

3．2 分布式总账块链设计

3．3 Ledger模块设计

3．3．1 Ledger模块结构设计

3．3．2 Ledger模块中资产设计

3．4 AccountStateTree账户状态模块设计

3．4．1 账户状态树AccountStateTree结构设计

3．4．2 账户生成设计

3．5 TxMerldeTree交易模块设计

3．5．1 交易组成原理

3．5．2 交易中供应链Production设计

3．5．3 交易操作设计

3．6 本章小结

第四章 识验证研究与设计

4．1 共识验证中Quorum设计

4．2 共识验证中Ballot设计

4．3 本章小结

第五章 LCDN系统主要功能模块测试与实现

5．1 RadixMerkleTree索引存储测试与实现

5．2 数据序列化测试与实现

5．3 LCDN系统部分接口功能测试与实现

5．3．1 获取accessToken接口测试与实现

5．3．2 账户操作接口测试与实现

5．3．3 交易操作接口测试与实现

5．4 LCDN系统原型测试

5．4．1 LCDN系统单节点验证测试

5．4．2 LCDN系统多节点验证测试

5．5 LCDN系统中核心模块单元测试

5．5．1 创建账户单元测试

5．5．2 转账交易单元测试

5．5．3 订单处理单元测试

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附录

致谢

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