一種基于區塊鏈的環境監測的可信管理

劉 江，沈蘇彬

(1.南京郵電大學 物聯網學院，江蘇 南京 210046；2.南京郵電大學 通信與網絡技術國家工程研究中心，江蘇 南京 210046)

0 引 言

自1950年以來，全球人口的快速增長造成嚴重的環境問題[1]。雖然環保組織面對環境惡化問題，不斷健全環保措施，為保護環境做出巨大的貢獻，但是仍然需要更加具有應用價值的環境監測管理的解決方案，建立更加全面的環境監測的管理機制，以促進改善環境污染。

目前，地方環境機構負責管理運作當地的監測系統并承擔環境保護的大部分責任，地方機構會實施環境監測，通過對環境數據合理的分析制定相關的策略[2]。但是，這種由地方主管部門維護和運營的中心化管理方式，導致環境監測數據的采集、存儲、使用對外界缺乏透明度，外界并不知道監測數據的真實性、完整性[3]，不同部門間協同工作困難。因此，缺乏透明度的中心化的環境監管產生的環境監測數據脆弱、易篡改，影響監測數據的可信度，可能導致分析員對環境污染做出不正確的評估[4]。針對此問題，區塊鏈[5]的去中心化[6]、去信任化、不可偽造[7]、數據透明[8]等特點為該文解決環境監測的管理問題提供了解決方案。增加環境監測數據管理的透明度，保證環境監測數據的可信。

該文對現有環境監測的區塊鏈應用技術方案進行了分析，做了以下具有創新性的研究工作：

(1)由于區塊鏈應用更多涉及數據的存儲和使用，導致環境監測的區塊鏈應用將區塊鏈作為一類數據庫使用，忽略區塊鏈具有密碼、安全等相關的技術特征，無法保證數據源上鏈的真實性。該文將區塊鏈應用于環境監測的信任管理，在保證環境數據共享、透明、不可篡改、可追溯的前提下，提出環境監測數據源的真實性驗證機制，保證監測數據源的真實性。此外，目前基于區塊鏈的環境監測的研究，僅僅關注環境相關數據上鏈存儲，往往忽略采集設施的監管。該文提出將采集設備的運行狀態信息(如電量狀態、開關狀態)一同上鏈存儲，提高非現場監管效率，增強監測結果的可信程度。

(2)環境數據是海量的，不及時的處理往往造成數據的堆積甚至丟失，另外部分不合格的環境狀況需要實時的應對，尤其是污染源存在急性危害的情況，所以環境問題需要得到高效的處理。為了保證管理效率，通過對現有的共識機制進行研究對比，從理論上選用實用拜占庭容錯 (Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT) 機制進行鏈的構建與更新。但是目前相關的研究比較少，此外，在環境監測這種網絡規模應用中，節點數量過多導致PBFT共識算法通信開銷過大、延遲高。針對此問題，該文提出基于位置分組的實用拜占庭容錯(Practical Byzantine Fault Tolerance based on Location Grouping，LG-PBFT)共識算法，通過組內組間兩層共識結構分解共識任務，提高通信效率。

(3)通過以上的研究結果，借助以太坊平臺及其智能合約技術，構建仿真實驗的方案。通過現有的實驗平臺模擬數據上鏈，仿真實驗證明了取得的技術研究結論的有效性和實用性。同時，從通信開銷、容錯能力等方面分析驗證LG-PBFT的優越性。

1 相關工作和問題分析

傳統的環境監測系統仍然采用關系數據庫來存儲監測數據，然而這種數據集中控制的方式造成數據的管理缺乏透明度[9]。雖然有關學者已經使用大數據以及云存儲技術來改進監控和存儲方法[10]，但是數據被篡改的問題仍未解決。文獻[11-13]提出區塊鏈技術如何用于環境管理，并論述了區塊鏈應用有助于解決全世界關注的環境問題。

EMChain[9]創造讓用戶與用戶、用戶與CP直接對接結算的生態圈。EMChain利用區塊鏈的防偽、防篡改特性，記錄每一筆交易和用戶點擊，使各行業的環境監測系統行業上下游鏈條透明、高效。但是，其無法保證環境數據源上鏈的真實性。文獻[14]提出一種環境監測數據傳輸方案，利用智能合約對環境監測數據實時分析并對外發布結果。其中，將區塊鏈作為一類數據庫使用，缺乏對區塊鏈特有的技術特征的討論。文獻[15]將區塊鏈引入工業領域，結合區塊鏈和物聯網兩大關鍵技術，不僅提高了效率、透明度和可視性，還提供了新的商業機會，為工業領域帶來商業價值。其未考慮物聯網設備在區塊鏈應用中存在的計算和存儲能力的局限性。文獻[16]通過使用基于私有區塊鏈的安全訪問控制進行農業環境監控，為環境監測管理提供一種新穎的遠程用戶身份驗證方案。該方案通過私有區塊鏈訪問控制算法授權，并使用超級賬本進行應用。此外，方案中使用PBFT共識算法完成共識，但是并未考慮在參與方過多的情況下開銷過大的問題。文獻[17]利用區塊鏈技術建立水質信息系統，將關鍵的水質信息上傳至區塊鏈，實現鏈上的信息存取。其中，上鏈的信息不包括設備本身的狀態，本方案認為設備的狀態信息是提高非現場監管的關鍵信息之一。

該文在第2章提出了基于區塊鏈去中心化環境監測的可信管理解決方案，方案中明確區塊鏈應用于環境監測管理存在的一些困難和挑戰，即如何保證環境監測數據源的真實性以及如何管理監測數據等相關技術問題需要進一步解決，研究內容如下：

首先，如何界定基于區塊鏈的環境監測的信任管理的操作方與參與方。信任操作對應比特幣系統中的“交易”，在環境監測的應用場景中，將“環境監測數據的采集、存儲”作為可信管理的信任操作，需要研究定義其數據結構以及處理過程。

其次，如何構建區塊。參照比特幣中塊的構建與形成對環境數據塊進行構建。而區塊的構建與形成涉及監測數據執行方身份的真實性驗證和數據的完整性驗證，所以監測數據塊中包含數據源所有者和完整性驗證相關數據項，以此實現對環境數據的可信管理。

最后，如何通過形成的區塊完成鏈的構建。雖然鏈結構可以依據比特幣系統，但是基于專有鏈的環境監測的可信管理利用工作量證明機制這類強共識算法進行鏈的構建與更新，無法及時高效地處理數據，因此，為了保證應用效率，通過對現有的共識機制進行研究對比，選擇合適的共識機制完成鏈的構造與更新。

2 基于區塊鏈的環境監測的可信管理方法

本章的研究內容是根據前文需要解決的理論和技術問題，提出基于區塊鏈環境監測的可信管理方法，分析環境監測應用場景下的需求，對環境監測管理的總體框架、功能、流程等進行研究設計，實現環境監測數據的可信管理。

2.1 環境監測的可信管理的組成

區塊鏈的去中心化、開放、防篡改特性是實現物聯網設備采集的環境監測數據真實性和有效性的關鍵，其去中心化的驗證為采集數據的可信管理提供了有效保證。該文明確環境監測可信管理的對象是監測數據，需要對監測數據進行采集、存儲、訪問。

采集方主要指環境監測設備，它負責獲取環境監測數據并上傳，主要對水、空氣等污染源進行監測，保證環境數據是所在監測點的監測數據。監管方主要指環境管理中涉及的相關方，例如環境監管方、第三方運維機構、司法機構等等，共同參與環境監測數據的正確性評估。它將區塊鏈去中心化的驗證與存儲方式應用于環境管理，負責收集環境監測數據并進行真實性驗證，實現監測數據共通共享。使用方指環境監測數據的需求者，可以通過相關服務平臺訪問監測數據，或是校驗監測數據。

2.2 環境監測的可信管理的功能模型

本節研究一種基于區塊鏈的環境監測的功能管理模型，研究環境監測數據的采集方、監管方、使用方之間的聯系和各自的職能，研究基于區塊鏈的環境監測數據的可信采集、可信存儲、可信訪問及其驗證的功能結構。如圖1所示，基于區塊鏈環境監測可信管理的功能應用結構模塊分成兩類，一種是通過虛線表示的實體，主要包括采集方、監管方、使用方等；另一種是實線表示的功能部件，這些功能部件包括：區塊鏈應用控制、區塊鏈應用監管、網絡的創建、信任操作的驗證、身份注冊、區塊鏈的構造等。

該方案依據比特幣應用系統，構建環境監測的功能管理模型。在模型中，“采集方”通過“身份注冊”功能，獲得授權并發現網絡中存在的其他節點，加入區塊鏈網絡，成為網絡中可以被探查的應用存在。“監管方”作為系統的初始運行節點，自身具備可信的身份標識，并提供對采集方上傳環境監測數據的驗證操作。監管方同時為“使用方”提供環境數據訪問服務，滿足使用方對環境監測數據的需求。

圖1 功能模型示意圖

參與方通過“網絡的創建”功能發現其他參與方節點、連接對等網絡、獲得待驗證的環境監測數據、廣播已驗證成功的區塊，這個功能對應比特幣中對等節點網絡的建立。“信任操作的驗證”功能指環境監測數據的驗證，通過采集方提供環境監測數據結構和約定的驗證邏輯，實現環境數據的可信操作，這是區塊鏈構建和更新的前提。監管方通過去中心化的可信操作驗證功能實現可信“交易”，完成“區塊鏈的構造”的功能。“區塊鏈的構造”的功能指環境監測數據塊和鏈的形成與更新，參照比特幣系統的塊和鏈結構，進行環境數據塊和鏈的結構設計，進而選用共識機制完成鏈的構建。“區塊鏈應用控制”和“區塊鏈應用監管”保證環境監測應用服務可以被監管，且不會違反隱私保護以及互聯網安全的法律法規。

2.3 環境監測數據的可信表示

通過Hash函數SHA-256實現數字簽名可以保證消息的完整性。節點在擁有來源于橢圓曲線加密算法公私鑰的前提下，使用Hash函數簽名并驗證消息的完整性[13]。在環境監測的應用場景中，采集方摒棄中心化服務機構，提供可識別的環境監測數據和身份，與此同時監管方作為接收方需要驗證監測數據的真實性，也就是需要采集方提供證明，保證環境監測數據是由數據持有方上傳的。采集方發送至區塊鏈的交易數據通過加密的方式，可以證明數據的出處，并且不會被篡改。為了保證采集方身份可信，該文設置只有經過授權的采集設備才可以上鏈存儲數據。采集方在注冊身份時會擁有自己的公私鑰對，將物聯網設備廠家的生產標識和公鑰相互映射，由此作為參與方的唯一身份標識，將它保存在本地訪問控制身份列表中，從而表明該設備已經被授權。而私鑰由采集設備保存，不對外公布。本課題可以通過判斷采集設備的身份是否存在本地身份列表中，找到對應的公鑰驗證環境監測數據的真實性。

環境數據采集方會遇到以下問題，如修改設備參數、移動設備采樣位置、更改設備工作狀態等。環境監測數據除了包含一些常規的環境數據，也可以將一些存在安全隱患且能夠獲取的數據參數一同打包上傳，實時了解設備工作狀態，避免問題的產生。因此，環境監測數據結構包括：采集設備的唯一虛擬身份標識(DID)、采集設備的參數(PARA)、環境監測數據結果(Info)、監測位置(GPS)、時間戳(Timestamp)、采集方的數字簽名(sign)。

區塊鏈節點的基本功能是維護一個賬本，新的數據只能在賬本的末尾添加但不會立刻添加，待解決的數據會被定期組成一個塊。因此，采集方發送的監測數據不會立刻上鏈，而是定期地組成區塊等待驗證。如圖2所示，環境監測數據通過監管方的驗證生成區塊上鏈，區塊包括父塊哈希、區塊高度、時間戳。塊n-1的加密哈希包括在塊n內，塊n的加密哈希包括在塊n+1內，意味著每個塊的內容可以經過一條哈希鏈有序地找到下一個區塊，并通過時間戳給區塊一個唯一標識，使它們的內容是不可變的。在區塊生成過程中，Merkle根哈希值是環境監測數據的哈希記錄通過Merkle樹的哈希過程產生的。隨著時間的流逝，帶有時間戳唯一憑證的區塊不斷生成，將會增強環境監測數據鏈的安全。

圖2 塊和鏈結構

2.4 共識機制

環境監測的區塊鏈應用中，選擇適用于環境監測的共識算法是完成環境數據區塊鏈的更新與構建的前提。PBFT算法是Castro和Liskov[18]在1999年提出的，將對等網絡中的節點分為主節點和副節點，主節點通過視圖編號和節點個數來確定。p=vmod|R|，v指視圖編號，p指主節點號，|R|指節點數。客戶端負責發送共識請求消息，由主節點作為記賬節點生成環境監測數據區塊發起共識。副節點負責驗證主節點和其他副節點上傳的消息，并將最終的執行結果返回客戶端。如表1所示，該文對以下共識算法進行對比研究，如工作量證明(Proof of Work，PoW)算法、權益證明(Proof of Stake，PoS)算法、股份授權證明(Delegated Proof of Stake，DPoS)算法。

表1 共識算法對比

PBFT工作流程如圖3(a)所示。

(1)請求階段：客戶端上傳數據，請求主節點發起共識。

(2)預準備階段：對等網絡中每一個節點收到上傳的消息后繼續廣播，主節點收到共識請求后，為請求數據分配編號，然后發出預準備階段消息<mess>給各個副節點。其中，pre-pre是共識處于預準備階段，v是視圖編號，n是消息序列號，dig是消息散列值，mess是請求數據。

(3)準備階段：副節點收到預準備階段消息后進行驗證。驗證通過后該節點將會向其他節點發送的準備階段消息<mess>。其中，pre表示消息處于準備階段，id是數字簽名。同時需要接收來自其他節點的準備消息并驗證其合法性。倘若驗證收集超過總節點數三分之二的正確消息，則該節點可進入準備狀態。

(4)確定階段：當節點進入準備階段，可以廣播確認消息，進入最終的確定階段告訴其他節點自己已經處于消息準備階段。進入準備狀態的節點如果能夠集齊超過三分之二驗證通過的準備階段消息，表示主節點的提案通過。

(5)回復階段：副本節點驗證提案通過后，給客戶端回復消息。一旦收到超過總節點數的三分之一，則說明驗證通過，本輪共識結束。

PBFT算法隨著節點數的增多，通信次數會呈指數級增長。由于在環境監測的應用場景中，參與共識的節點會形成大規模的網絡。為了克服該PBFT共識算法節點數多、通信開銷大的問題。在本應用場景下，根據環境監測參與方位置相對分散且固定的特性，提出一種基于位置分組的PBFT共識算法(Practical Byzantine Fault Tolerance based on location grouping，LG-PBFT)，改進措施如下：

(1)在參與共識節點位置相對分散且固定的情況下，根據位置將所有的節點分成k個數量均等的小組。每個小組內通過PBFT共識算法達成共識，小組主節點之間也通過PBFT共識達成最終消息的一致性。記賬節點在主節點間通過輪換的方式進行選舉，以此提高系統的安全性。

(a)PBFT共識流程

LG-PBFT共識算法流程如圖3(b)所示。

初始準備階段：LG-PBFT首先根據共識節點的位置情況，通過區域位置形成初始分組，事先約定初始分組每一個小組節點數量的范圍，并且選定各個小組的主節點以及防止主節點故障的備用主節點，每一輪共識需要從所有小組主節點中隨機性選出記賬節點發起共識。

執行階段：記賬節點將信息分發給各個主節點。首先在組內，小組主節點帶領組內副節點進入PBFT共識。其次組內完成共識后，記賬節點帶領各個小組主節點進入組間PBFT共識。算法通過組內和組間兩層共識結構分解共識任務，減少通信開銷。

2.5 環境監測數據的真實性驗證流程

如圖4所示，在初始化階段，監管方作為區塊鏈的初始節點運行，只有經過授權的采集方才可發布監測數據，采集方注冊時會生成自己的公私鑰對(PKi,SKi)，其中PKi、SKi分別代表設備的公鑰、私鑰。采集方的唯一標識DID完成注冊時會配備其公鑰保存至區塊鏈。只有被授權的采集方才可以采集環境監測數據并發布至區塊鏈網絡等待驗證。

圖4 環境監測時序圖

采集方運行后，通過網絡的創建和維護，可以感知其他節點的存在。采集方負責把自動采集的環境監測數據進行哈希處理獲得數字摘要，通過自己的私鑰對數字摘要簽名，最后將身份、數字摘要、簽名以及相關數據一同打包發送至區塊鏈網絡。公式如下：

hash=Hash(GPS,Info,para,timestamp)

(1)

sign = SignSKi(hash)

(2)

其中，GPS是環境監測點位，Info是監測數據，para是設備參數，timestamp是監測時間。采集方獲得環境監測數據通過Hash計算獲得數字摘要hash，并使用自己的私鑰對數字摘要簽名Sign獲得sign。最后采集方將所有的數據項打包，上傳至區塊鏈網絡等待驗證。

真實性驗證前提：私鑰用于簽名，公鑰用于解密驗證。私鑰簽名的信息只有公鑰可以解密。私鑰由持有者保管，公鑰對外公布。當數據持有者身份被授權并提供監測數據的身份證明，身份驗證通過則監測數據真實。公式如下：

?x?y(K(x,y)?D(x,S(y,m)))

(3)

?x(V(x)?R(x))

(4)

?x?y?z(K(x,y)∧R(z))

(5)

其中，x、y、z為變元，m為明文，K(x,y)指一對公私鑰(x,y)，S(y,m)指用私鑰y對明文m簽名，D(x,s)指用公鑰x對密文s解密，V(x)指身份x驗證通過，R(x)指身份x確認。公式3、4是驗證成立前提。公式3指公鑰能夠解密私鑰加密的內容，表明數據持有者擁有對應私鑰驗證通過。公式4指身份驗證通過可以確認身份是真實的。公式5作為結論說明持有者身份被授權并且有公鑰對應的私鑰驗證通過，數據真實。

監管方探測到采集方發來的監測數據后通過信任操作的驗證功能，對環境監測數據進行真實性驗證，真實性驗證過程主要分為兩個部分。首先，驗證發送數據的監測設備身份的真實性，提取數據中的身份，并查看身份是否被授權，驗證通過后利用身份找出對應的公鑰并驗證監測數據的完整性。根據前提，真實性驗證過程公式如下：

?x(V(x)?R(x))

(6)

V(DID)?R(DID)

(7)

R(DID)

(8)

?x?y(K(x,y)?D(x,S(y,m)))

(9)

K(PKi,SKi)?D(PKi,S(SKi,hash))

(10)

K(PKi,SKi)

(11)

K(PKi,SKi)∧R(DID)

(12)

其中，PKi為公鑰，SKi為私鑰，DID為授權身份。公式7、8通過全稱量詞消去原則表示只要身份被授權則采集方身份確認。公式10、11通過存在量詞消去原則表示若存在公鑰可以解密數字簽名信息，則這是一對公私鑰。公式12表示采集方已經被授權，并且授權的身份攜帶的私鑰與本地保存的公鑰是一對公私鑰。通過以上推理過程可得數據持有者身份驗證通過，持有者擁有該公鑰相對應的私鑰，數據驗證通過，監測數據真實。

在所有參與方節點中按照預定的協議選擇主節點發起共識，在交易池中選擇一個經過驗證的交易被打包到新的區塊中。建立新的區塊后，用私鑰數字簽名，并向其他節點發送新的區塊和簽名，以驗證區塊中的交易是否有效，并驗證指向前區塊的哈希指針是否有效。該文采用實用拜占庭容錯共識機制，就提出的新區塊達成共識，各參加者可以將新區塊連接到當前環境數據鏈的尾部。若交易成功上鏈，則交易真實可信，最終完成區塊鏈的構造與更新。

環境監測數據的訪問者，也可通過上鏈的數據獲得存證編號和原文，若有校驗的需求，可以將存證編號和原文上傳，通過與上述類似的驗證過程獲得驗證后的結果，實現監測數據的可信訪問。

3 仿真實驗與模擬

基于第2章的研究結果，本章構建仿真實驗的方案。仿真實驗主要包括：實驗環境搭建、仿真實現、仿真測試與分析。仿真通過選用測試環境，制定測試用例，得出相應的測試結果。與此同時，本課題對優化后的LG-PBFT共識算法從通信開銷、容錯能力等方面進行性能分析與模擬，驗證其優越性。

3.1 測試環境與合約部署

仿真實驗環境Intel(R) Pentium(R) Gold G5400 CPU@3.7 GHz，運行內存為 8G，64位操作系統。當前區塊鏈開發平臺主要是以太坊平臺[19]和Hyperledger Fabric超級賬戶平臺[20]。該文選擇了以太坊為開發平臺，實驗環境是基于Ubuntu18.0.4系統，利用Ganache客戶端快速生成一個具有10個節點的本地私有區塊鏈網絡。利用Ganache客戶端，用Solidity語言編寫了智能合約，并借助Truffle框架。用truffle compile命令編譯該合約，編譯后生成一個擴展名為.json的文件，最后使用truffle migrate命令將智能合約部署到啟動的區塊鏈上。

3.2 測試方案與結果分析

環境監測系統運行，智能合約實現采集方填寫注冊信息完成注冊，已經注冊授權的身份可以實現環境監測數據上傳。采集設備上傳的數據通過合約指定的驗證邏輯對收到的環境數據進行真實性驗證，確定信息中的身份和監測數據都是可信的。如果采集設備身份存在問題或是監測數據被改動，則驗證無法通過。針對該環境監測數據可信管理的功能設計的測試用例如表2所示，測試結果如圖5所示。

表2 測試用例

圖5 智能合約測試結果

上述測試結果說明，環境監測數據在基于區塊鏈的去中心化方式下可以實現監測數據的可信采集和真實性驗證，保證了環境監測數據的可信管理。證明了基于區塊鏈環境監測的可信管理方案的有效性和實用性。

3.3 LG-PBFT性能分析

(1)通信開銷分析。

通過MATLAB結合上文LG-PBFT的研究對結果進行分析處理。若參與共識節點總數為N，分為k個小組。由記賬節點發起共識，將消息發送給所有小組的主節點，主節點間所需要的通信次數記為G，共識通信的三個階段通信次數記為G1、G2、G3，可得：

G1=k-1

(13)

G2=(k-1)2

(14)

G3=k(k-1)

(15)

G=G1+G2+G3=2k(k-1)

(16)

小組主節點收到信息發起組內共識，每個小組有N/k個節點，組內的共識通信總數記為M，三個階段的通信次數記為M1、M2、M3，可得：

(17)

(18)

(19)

(20)

若全部節點通過PBFT算法三階段共識次數記為Q，可得：

Q=2N(N-1)

(21)

由公式16、20、21將PBFT與LG-PBFT的通信次數比記為Z，可得：

(22)

如圖6所示，當k=1或N時，PBFT與LG-PBFT通信開銷一樣，Z=1。若k增大到一個極值點，則小組間的通信開銷明顯增多。但是總的來說，LG-PBFT的通信開銷會小于PBFT。

圖6 通信次數對比曲線

(2)容錯能力分析。

情況一：若惡意節點均勻分布，這種情況下，LG-PBFT共識算法中的惡意節點占節點總數的1/3。若共識結果正確，則能夠容忍的惡意節點數可得如下公式：

(23)

其中，f是能夠容忍的惡意節點數量，k是小組數量，N是節點總數。

情況二：若惡意節點是集中在某幾個小組，由于小組內使用PBFT共識。只要能夠控制超過1/3的主節點，就可以控制最終的結果，控制一個主節點必須控制一個小組內超過1/3的副節點。所以可得公式如下：

(24)

情況三：直接控制主節點，若能直接控制超過1/3的主節點，則直接影響最終的結果。可得公式如下：

(25)

結合以上三種情況分析，三種情況的容錯性對比如圖7所示。由于LG-PBFT共識算法中主節點的選舉是動態輪換的，并且節點位置是均勻分布的，所以在環境監測的應用場景中，排除大面積集中的節點損壞或是被攻擊的情況下，仍然可以保持情況一具有較高的容錯性。在本課題的應用場景中，設備的損壞具有隨機性，表明LG-PBFT共識算法的應用具有優越性。

圖7 容錯能力對比曲線

4 結束語

針對目前環境監測數據不透明、易篡改等問題，提出了基于區塊鏈的環境監測可信管理方案，通過對環境數據結構、區塊和鏈結構及其構造的研究與設計，解決了環境監測數據源的真實性以及如何管理監測數據等相關技術問題。上述方案首先利用區塊鏈特性，實現去中心化的驗證過程，保證了環境采集方獲取的數據能夠實時上傳存證，從而在一個可信的環境下實現環境監測數據的可信管理。其次，上述方案借助以太坊平臺通過智能合約技術進行仿真實驗，驗證了方案的有效性、可行性與正確性。最后，針對本課題選用的PBFT共識算法通信開銷過大、高延遲、低吞吐量等問題，提出LG-PBFT共識算法，減少了通信開銷，提高了通信效率。但是，如何實現位置上的最優分組，在接下來的工作中，將會對分組的方法進一步研究，以提高系統的共識效率。