第一章 绪论
第一节 选题背景
2008 年区块链技术诞生之际，正处美国次贷危机的末期。Satoshi Nakamoto在 11 月 1 号发布的研究报告中勾画了比特币系统的基本框架。它的论文《比特币：一种 P2P 电子现金系统》中[1]，详细描述了如何创建一套去中心化的电子交易体系。
2015 年是国外区块链的元年，世界许多重大组织，包括高盛、花旗银行、英国央行、美国央行等机构纷纷在区块链上投资。大量的投资从 15 年 10 月开始便进入了区块链，原因是《华尔街日报》刊登的一篇文章，里面报道区块链经过了多次的实验和验证，许多金融机构证实了区块链是一个颠覆性的技术。
2016 年 1 月，区块链技术的飞速发展已经使英国政府将其作为国家战略发展的先导力量，这是区块链历史上一个重大突破，原因是基于华尔街以及金融机构对区块链的评价。但自从 2016 年 1 月以后，区块链的评价是基于科学历史悠久的英国官方评价。从各样指标来看，英国在科学建树上经常是排名第二，仅次于美国。而世界科学排名第二的英国甚至把区块链列为国家战略，表示区块链的重要性毋庸置疑。
2016 年可以说是中国区块链元年，因为在 2016 年区块链在中国受到极大的重视。首先是 1 月的时候，人民银行宣布要使用数字货币。然后在 30 日以后，许多中国的组织单位就开始投资区块链。中国许多大学也开始研究区块链技术，区块链研究会和讨论班如雨后春笋般大量涌现。
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第二节 国内外研究现状
Satoshi 根据自己对密码学和货币理论的分析和研究，在 2008 年的时候发表了自己的论文《Bitcoin:A Peer-to Peer Electronic Cash System》[1]，文献中清楚地阐明了区块链中比特币架构所涉及的密码学原理、分布一致性问题以及对等网络等相关技术。2009 年一月，比特币支付系统就正式上线了，自此，虚拟货币的飞速发展，流通和支付手段的丰富多样，使得区块链在金融业取得了突破性发展，区块链 1.0 时代正式开启远航。比特币的出现与不断地发展，随之而来的就是以太坊的问世，以太坊第一代至第三代中，PoW 工作量证明算法一直占据着自己的主导地位，这种通过耗费巨大资源，通过自身强大的算力来推动区块产生的算法机制，除了耗能耗电，共识效率低，应用场景欠缺之外，是所有共识机制当中，唯一解决了完全去中心化问题的共识算法。随后，以太坊第四版宁静发布，以PoS权益证明共识机制取代了原来的PoW，其实就是加入了股权和经济权益，不在是人人持股，人人参与，虽然在极大地减少了耗能和出块速率，但随之产生的负面效应其实就是削弱了 PoW 的完全去中心化性。
Satoshi 根据自己对密码学和货币理论的分析和研究，在 2008 年的时候发表了自己的论文《Bitcoin:A Peer-to Peer Electronic Cash System》[1]，文献中清楚地阐明了区块链中比特币架构所涉及的密码学原理、分布一致性问题以及对等网络等相关技术。2009 年一月，比特币支付系统就正式上线了，自此，虚拟货币的飞速发展，流通和支付手段的丰富多样，使得区块链在金融业取得了突破性发展，区块链 1.0 时代正式开启远航。比特币的出现与不断地发展，随之而来的就是以太坊的问世，以太坊第一代至第三代中，PoW 工作量证明算法一直占据着自己的主导地位，这种通过耗费巨大资源，通过自身强大的算力来推动区块产生的算法机制，除了耗能耗电，共识效率低，应用场景欠缺之外，是所有共识机制当中，唯一解决了完全去中心化问题的共识算法。随后，以太坊第四版宁静发布，以PoS权益证明共识机制取代了原来的PoW，其实就是加入了股权和经济权益，不在是人人持股，人人参与，虽然在极大地减少了耗能和出块速率，但随之产生的负面效应其实就是削弱了 PoW 的完全去中心化性。
自 Vitalik 于 2013 年底发布以太坊白皮书，提出基于区块链技术构建新一代分布式应用的想法以来，区块链 2.0 时代已经蓬勃发展。以太坊自 2015 年 7 月以来发布的第一个版本前沿（Frontier）就已经具备了智能合约的功能以及虚拟货币支付转账等服务。PoW 此时作为以太坊一代中不可替代的主导共识机制，保证了各个成员节点之间状态一致性[2]，以多劳多得，谁的本事（算力）大谁占据主导为基础，一直使以太坊中区块的产生保持着长久的稳定，截至目前时刻为止，以太坊官网中已经产生了高度为 9617945 的区块，其中包含的各种信息也将在下文中一一介绍。随着区块链技术的飞速发展，以太坊已经经历了第二代家园(Homestead)、第三代大都会(Metropolis)，目前正在向第四代宁静(Serenity)过度，而最为重要的核心工作就是 PoW 向 PoS 的转变。
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第二章 区块链相关技术及原理
第一节 区块链的认识误区
（1）误区一：区块链是一种颠覆性的（Disruptive）的新技术。
对于很多业界外的人士甚至是刚刚了解区块链的新手来说，区块链的提出对于他们来说就是一项不可比拟的新技术。在这里，首先需要纠正的就是区块链并不是一项颠覆性的技术，甚至都不能说是新技术，因为它只是各种已知技术的整合。其中，包括了最为关键的技术：共识机制、智能合约、P2P 网络、密码学原理、共享账本等等。其次就是虽然在这些技术的组合之中加入了新的创新元素，但是远远达不到颠覆性这三个字的级别，区块链技术仅仅是引领了一种好的思维模式，为当前的商业模式增加了新的动力，更好的技术开发应用还在不断的挖掘与发现中。
第一节 区块链的认识误区
（1）误区一：区块链是一种颠覆性的（Disruptive）的新技术。
对于很多业界外的人士甚至是刚刚了解区块链的新手来说，区块链的提出对于他们来说就是一项不可比拟的新技术。在这里，首先需要纠正的就是区块链并不是一项颠覆性的技术，甚至都不能说是新技术，因为它只是各种已知技术的整合。其中，包括了最为关键的技术：共识机制、智能合约、P2P 网络、密码学原理、共享账本等等。其次就是虽然在这些技术的组合之中加入了新的创新元素，但是远远达不到颠覆性这三个字的级别，区块链技术仅仅是引领了一种好的思维模式，为当前的商业模式增加了新的动力，更好的技术开发应用还在不断的挖掘与发现中。
（2）误区二：认为比特币就是区块链。
一提起区块链，就认为是比特币，似乎比特币已经成为区块链的另一个代名词。当今社会飞速发展，人人都知道区块链这一概念，人人也都会谈论几句，但是说来道去无非就是比特币虚拟货币如何带来收益之类的话题。确实，全球存在的虚拟货币种类繁多，并且还在不断持续地增加，但是虚拟货币仅仅是区块链应用中的一种表现形式。区块链技术应用中并非只有比特币，诸如智能合约、共识机制等等。如何最大限度地使区块链技术商业化应用落地，挖掘区块链更多的价值，是我们一直在努力的事。
（3）误区三：区块链就是去中心化（Decentralized）的。
Decentralized，意思是分散的，很多人在区块链中将其翻译成去中心化的，并将其定义为区块链的主要特征，虽然说无可厚非，但是区块链并不是单一的去中心化的。人们在区块链去中心化的道路上一直权衡利弊，遵循着 CAP 原则中只能满足两项牺牲另一项原则，尽最大的可能做到去中心化。实际上，在联盟链或者私有链中，为了考虑到实用性和效率性，目前已知的多种共识算法中，都不能做到完完全全的去中心化，它们只不过是最大限度地做到了弱中心化[14,15]。
Decentralized，意思是分散的，很多人在区块链中将其翻译成去中心化的，并将其定义为区块链的主要特征，虽然说无可厚非，但是区块链并不是单一的去中心化的。人们在区块链去中心化的道路上一直权衡利弊，遵循着 CAP 原则中只能满足两项牺牲另一项原则，尽最大的可能做到去中心化。实际上，在联盟链或者私有链中，为了考虑到实用性和效率性，目前已知的多种共识算法中，都不能做到完完全全的去中心化，它们只不过是最大限度地做到了弱中心化[14,15]。
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第二节 区块链技术
第二节 区块链技术
其中，区块链的最底层架构数据层封装了区块链技术的核心，涉及了 hash 函数、加密算法、时间戳等重要技术[18,19]；网络层则是分布式网络技术的传播和验证机制；而本文所研究的重点则是共识层和合约层，下文也会着重对这两个内容进行分析与研究；激励层则涉及到发行和分配等问题，是促进区块链产生的动力[20]；应用层则是区块链的各种应用场景和典型案例。
一、区块链定义
首先，区块链包含三个基本概念：
（1）区块(block)：是以太坊中参与挖矿的成员通过强大的算力而产生的，其中包含了区块头和区块体两部分，记录了某个时间段内因达成了共识一致性所产生的所有交易和结果；
一、区块链定义
首先，区块链包含三个基本概念：
（1）区块(block)：是以太坊中参与挖矿的成员通过强大的算力而产生的，其中包含了区块头和区块体两部分，记录了某个时间段内因达成了共识一致性所产生的所有交易和结果；
（2）交易(transaction)：多为节点之间的转账操作，使账本的状态发生改变并更新账本的操作；
（3）链(chain)：每个区块都含有时间戳，区块会按照时间戳指定的时间顺序串联在一起形成链，目前以太坊稳定在每 12 秒产生一个区块，这些区块的顺序连接形成了所谓的区块高度，即为链[21,22]。
（3）链(chain)：每个区块都含有时间戳，区块会按照时间戳指定的时间顺序串联在一起形成链，目前以太坊稳定在每 12 秒产生一个区块，这些区块的顺序连接形成了所谓的区块高度，即为链[21,22]。
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第三章 基于改进的 DPoS 区块链共识机制的研究 ........................ 27
第一节 问题描述 ............................................... 27
第二节 信誉度智能合约 ................................. 28
第四章 实验及分析 ........................................... 34
第一节 合约的部署 .......................................... 34
第二节 实验验证 ....................................... 35
第五章 总结与展望 ..................................... 46
第一节 工作总结 ........................................ 46
第二节 成果与创新点 ............................ 46
第四章 实验及分析
第一节 合约的部署 在以太坊上部署和运行智能合约需以下几步：
1）启动一个以太坊节点(geth)；
2）使用智能合约语言编写智能合约，这里我们用的是 Solidity；
3）使用 solc 编译器：将编写好的合约代码和虚拟机位码进行编辑转换；
4）将编译好的合约代码部署到网上需要消耗 GAS，并且需要合约发起者对部署的合约进行签名，之后矿工上链。用户可获得合约的地址以及 interface；
5）使用 web3.js 库所提供的 JavaScript API 接口调用合约。
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第五章 总结与展望
第一节 工作总结
共识算法作为区块链中最核心的工作引擎，是评价区块链性能的重要指标。共识机制从 PoW、PoS、DPoS 以及 EOS 等等一路衍生发展，到目前为止，PoS已经在公有链中逐渐取代了 PoW 工作量证明机制，EOS 也已经逐渐在商业联盟链中取得稳固定位。本文实验适用于私有链、联盟链，所以在综合了 DPoS 和EOS 等共识机制的优缺点之后，提出了改进的 DPoS 共识机制方案。
共识算法作为区块链中最核心的工作引擎，是评价区块链性能的重要指标。共识机制从 PoW、PoS、DPoS 以及 EOS 等等一路衍生发展，到目前为止，PoS已经在公有链中逐渐取代了 PoW 工作量证明机制，EOS 也已经逐渐在商业联盟链中取得稳固定位。本文实验适用于私有链、联盟链，所以在综合了 DPoS 和EOS 等共识机制的优缺点之后，提出了改进的 DPoS 共识机制方案。
本文的改进方案涉及区块链中的智能合约和共识机制，同时将 P2P 网络，电子商务以及网格计算中信誉度的概念提取改进成区块链中的信誉度机制，以智能合约的形式表现在共识机制中，形成了新的改进算法。
本文设计了信誉度智能合约评价模型，定义了新的信誉度积分、内部评分、外部积分、信誉度阈值、信誉度积分重置等概念。通过节点账户的设置，合约的部署以及转账交易等模拟仿真实验操作，对整体设计构思以及实验的可行性和能效性进行了数据分析。
参考文献（略）
本文设计了信誉度智能合约评价模型，定义了新的信誉度积分、内部评分、外部积分、信誉度阈值、信誉度积分重置等概念。通过节点账户的设置，合约的部署以及转账交易等模拟仿真实验操作，对整体设计构思以及实验的可行性和能效性进行了数据分析。
参考文献（略）