Page 410 - 《软件学报》2026年第4期

徐易 等: 基于真实源地址验证的轻量共识机制 1851

的身份验证算法, 与在 Bitcoin、Ethereum 中所使用的基于 SECP256k1 曲线的 ECDSA 身份验证算法和 RSA 身份
验证算法进行对比实验. 本文将这 3 种不同的身份验证算法在 PBFT 共识框架下进行了共识吞吐量测试, 同时测
量了不采用身份验证算法的情况下共识过程的吞吐量, 吞吐量指单位时间内完成的共识数. 测试过程取共识节点
数为 4、7、10、13、16、25、32 个节点, 最终测试结果如图 9 所示.

3 500
轻量共识框架
RSA
3 000 ECDSA
None
2 500
吞吐量 (共识/s) 2 000
1 500
1 000
500

0
4 7 10 13 16 25 32
节点数量
图 9 共识吞吐量测试结果

如图 9 所示, 基于真实地址的轻量共识框架降低了共识的整体开销, 提升了共识吞吐量, 实现了共识过程的轻
量化. 从图 9 中的测试结果可以看出, 在共识吞吐量方面, 相较于基于 SECP256k1 曲线的 ECDSA 身份验证算法
的共识框架, 基于 IP 地址身份验证机制的轻量共识框架实现了 72.2% 的共识吞吐量的提升; 相较于基于 RSA 的
身份验证算法的共识框架, 轻量共识框架实现了 117.7% 的共识吞吐量的提升; 而相较于不进行身份验证的 PBFT
共识框架, 轻量共识框架也仅降低了 4.9% 的共识吞吐量.
具体而言, 在共识节点数为 13 时, 不进行身份验证操作直接处理发送消息进行共识的情况下, 共识吞吐量为
1 102 共识/s, 本文的轻量共识框架的共识吞吐量为 1 050 共识/s, 相较于不进行身份验证降低了 52 共识/s, 下降比
例为 4.7%; 采用 ECDSA 算法作为身份验证机制的共识框架的共识吞吐量为 595 共识/s, 相较于不进行身份验证
降低了 507 共识/s, 下降比例约 46.0%; 而采用 RSA 算法作为身份验证机制的共识框架的共识吞吐量为 517 共识/s,
相较于不进行身份验证降低了 585 共识/s, 下降比例约 53.1%.

8 总 结

为解决现有共识机制开销过大、难以满足网络层安全需求的问题, 本文提出并实现了基于真实地址的轻量共
识框架. 该框架为解决密钥维护开销大的问题, 提出利用真实地址作为身份识别标志, 通过域内密钥共享实现域内
密钥聚合降低密钥维护开销, 实现地址域内密钥维护轻量化. 为解决信任关系传递不灵活的问题, 同时进一步降低
密钥维护开销, 该框架采用信任联盟维护信任基础, 采用前缀树根据前缀关系聚合地址域, 实现灵活的信任传递和
地址域间聚合. 为解决共识过程中节点身份验证开销过大的问题, 该框架提出基于 IP 地址身份验证机制的轻量共
识机制, 通过采用分步认证的方式, 基于真实地址和地址域进行身份验证, 降低共识开销, 实现节点共识过程轻量
化. 本文实现了基于真实地址的轻量共识框架原型系统, 并与传统的基于 SECP256k1 的 ECDSA 身份验证算法的
共识框架和基于其他身份验证算法的共识框架进行了对比, 结果显示本文的框架降低了 40% 的共识计算开销, 增
加了 70% 的共识吞吐量, 实现了共识过程的轻量化和高吞吐.

References
[1] Paillisse J, Manrique J, Bonet G, Rodriguez-Natal A, Maino F, Cabellos A. Decentralized trust in the inter-domain routing infrastructure.
IEEE Access, 2019, 7: 166896–166905. [doi: 10.1109/ACCESS.2019.2954096]