Details

Целью работы является повышение устойчивости консенсуса в консорциумном блокчейне к атакам на консенсус и реорганизацию цепочки блоков на основе консорциум-ориентированного метода. Объектом исследования являются механизмы верификации транзакций. Задачи, решаемые в ходе исследования: 1. Исследовать механизмы консенсуса и верификации транзакций, применяемые в консорциумных блокчейн-сетях. 2. Проанализировать угрозы безопасности консенсуса в консорциумных блокчейн-сетях, включая атаки на консенсус и реорганизацию блокчейна. 3. Разработать консорциум-ориентированный метод защиты консенсуса, направленный на повышение устойчивости сети к указанным атакам. 4. Выполнить программную реализацию и моделирование предложенного метода в виде прототипа блокчейн-сети. 5. Провести экспериментальную оценку устойчивости предложенного метода по сравнению с базовым механизмом консенсуса. В ходе работы были исследованы механизмы консенсуса и верификации транзакций, применяемые в консорциумных блокчейн-сетях, а также угрозы, связанные с нарушением финализации блоков, реорганизацией цепочки и недобросовестным поведением валидаторов. В результате работы был разработан гибридный метод верификации транзакций, использующий AuRa в качестве штатного режима работы и IBFT в качестве защитного режима при обнаружении признаков нарушения согласованности. Проведена экспериментальная оценка показала, что предложенный метод повышает устойчивость сети к атакам на реорганизацию цепочки и финализацию блоков по сравнению с базовым механизмом AuRa. Для достижения данных результатов был разработан программный эмулирующий стенд консорциумной блокчейн-сети. В процессе работы использовались технологии программного моделирования и дискретно-событийной имитации, реализованы модели валидаторов, расписания лидеров, локальных пулов транзакций, формирования и распространения блоков, финализации в AuRa и IBFT, перехода между режимами консенсуса, фиксации нарушений, применения санкций и подсчета экспериментальных метрик.

The purpose of the study is increasing the resilience of consensus in a consortium blockchain to consensus attacks and reorganization of the block chain based on a consortium-oriented method of transaction verification. The object of the work is transaction verification mechanisms. The research set the following goals: 1. Studying consensus and transaction verification mechanisms used in consortium blockchain networks. 2. Analysis of threats to consensus security in consortium blockchain networks, including consensus attacks and blockchain reorganization. 3. Development of a consortium-oriented method of transaction verification aimed at increasing the network’s resilience to the specified attacks. 4. Software implementation and modeling of the proposed method in the form of a blockchain network prototype. 5. Experimental evaluation of the resilience of the proposed method in comparison with the basic consensus mechanism. During the work, consensus and transaction verification mechanisms used in consortium blockchain networks were studied, as well as threats related to violation of block finalization, chain reorganization, and dishonest behavior of validators. As a result of the work, a hybrid method of transaction verification was developed, using AuRa as the regular operating mode and IBFT as the protective mode when signs of violation of consistency are detected. The conducted experimental evaluation showed that the proposed method increases the network’s resilience to attacks on chain reorganization and block finalization in comparison with the basic AuRa mechanism. To achieve these results, a software emulating stand of a consortium blockchain network was developed. In the process of the work, software modeling and discrete-event simulation technologies were used; models of validators, leader schedules, local transaction pools, block formation and propagation, finalization in AuRa and IBFT, transition between consensus modes, violation recording, application of sanctions, and calculation of experimental metrics were implemented.