Page 401 - 《软件学报》2026年第4期

1842 软件学报 2026 年第 37 卷第 4 期

构建 IP 地址和共识节点的可信绑定关系. 在完成 IP 地址与节点的一一对应后, 节点身份的验证仅需依据其 IP 地
址所属的地址域, 使用该地址域内共享的一个对称密钥, 而无需为每个节点单独维护非对称密钥. 因此, 这一基于
真实地址的域内密钥聚合过程可以大幅降低所需维护的密钥数量.

传统共识框架: 基于公私钥验证节点身份 轻量共识框架: 基于 IP 地址验证节点身份, 实现密钥聚合

节点 地址 地址域 对称密钥
节点 公钥 SAV 节点1 IP1
节点1 *** 公钥 同域聚合 节点2 IP2 域1 ***
节点2 *** 身份验证 地址真实可信 域内密钥共享 节点3 IP3
节点3 *** 公钥: *** IP1 域2 ***
节点4 IP4
节点4 *** IP 地址验证身份
公钥: *** IP2 地址域间基于密钥验证
公钥认证 地址域内基于 IP 地址验证
所有节点身份 公钥 & 节点绑定 IP 地址 & 节点绑定
图 2 轻量共识框架密钥聚合过程

具体而言, 针对不同的真实源地址验证技术部署场景, 该域内密钥聚合过程存在两种实施方式.
首先, 在共识环境中所有地址域均部署真实源地址验证技术的情况下, 本文的轻量共识框架采用密钥同域聚
合、域内密钥共享的方式降低密钥维护开销. 框架在地址域层面维护地址域与对称密钥的一一对应关系, 以验证
共识节点所属地址域的真实性. 地址域对应的对称密钥由域内的所有共识节点共享, 从而取代每个节点原本需要
单独维护的非对称密钥. 通过将每个节点的非对称密钥聚合为地址域的对称密钥, 框架实现了域内密钥的高效聚
合. 在节点身份验证过程中, 当共识节点位于同一地址域时, 可根据 IP 地址和节点的绑定关系验证节点身份; 当共
识节点分属不同地址域时, 则先通过对称密钥验证节点所在地址域的真实性, 进而通过 IP 地址完成节点身份验证.
其次, 针对共识环境中真实源地址验证技术尚未完全部署的情况, 本文的轻量共识框架以地址域为单位, 在维
护对称密钥的基础上额外维护非对称密钥, 用以兼容传统基于非对称密钥的身份验证体系. 对于已部署真实源地
址验证技术的地址域, 与对称密钥相似, 其公私钥由所有域内共识节点共享, 从而替代每个节点的公私钥, 实现域
内密钥聚合. 而对于未部署真实源地址验证技术的地址域, 其节点仍需各自维护独立的公私钥. 对于未部署真实源
地址验证技术的地址域内节点, 在其身份验证过程中, 若待验证节点所属的地址域部署了真实源地址验证技术, 将
先根据地址域的公私钥验证地址域真实性, 然后通过 IP 地址验证节点身份; 否则, 将依照传统基于非对称密钥的
身份验证流程, 通过节点各自维护的公私钥验证身份.
在实际实现中, 本文的轻量共识框架在每个地址域内通过一个密钥维护模块实现上述功能. 该模块的核心功能
主要包括域间密钥维护和域内密钥分发, 以确保地址域内所有共识节点共享统一的“密钥-地址域”对应关系. 域间密
钥维护功能负责与其他已部署真实源地址验证技术的地址域协商密钥并定期更新, 构建地址域与密钥信息的一一对
应关系. 密钥协商过程定期进行, 独立于共识过程, 因而可以有效降低共识过程中的通信开销和时间开销. 域内密钥
分发功能负责将更新后的“密钥-地址域”对应关系同步给域内的所有共识节点. 为保证信息一致性, 密钥分发采用了
两种机制: 一是主动向共识节点推送更新后的对照表, 二是支持节点按需查询并拉取对照表. 这种设计可确保全地址
域内的共识节点记录的一致性, 有效降低因网络故障等原因引发的信息不一致问题, 减少潜在的安全风险.

4 地址域间聚合

传统共识机制依赖证书链进行信任传递, 且信任关系仅限于共识节点之间, 导致信任关系传递不灵活. 为了解决
这一问题, 本文提出的轻量共识框架通过引入地址域间的网络信任联盟, 以真实 IP 地址为信任基础, 在地址域之间
构建灵活的信任关系, 进而充分利用多种前缀关系, 借助前缀树对地址域进行聚合, 从而有效降低信任维护的开销.
具体而言, 网络信任联盟的实现包括两个关键步骤: 信任基础的构建与地址域的聚合. 在信任基础构建过程
中, 信任联盟根据真实源地址验证技术部署情况, 对联盟成员进行筛选和记录, 确保成员所代表的地址域均已完全
部署真实源地址验证技术, 从而形成稳健的信任关系网络. 随后, 在地址域聚合过程中, 信任联盟根据地址域间的
前缀关系, 采用父子节点聚合或兄弟节点聚合策略, 最大限度地减少联盟内地址域的数量, 从而提高信任管理的整