Roundabout:一种基于燃烧证明的比特币隐私保护方法

比特币区块链以其去中心化和不可篡改的特性引领了加密货币市场的火爆现状,比特币现有的系统框架所存在的一些问题成为了制约其发展的重要原因.1)比特币物理性能较低,交易速率过慢,完全无法满足日益增长的交易需求,极大的制约了比特币的应用;2)比特币虽然具有匿名性,但由于交易所等机构的发展,比特币无法实现完全的匿名性,存在泄露参与者真实身份的风险.论文提出了一种在比特币侧链上的区块链方法——Roundabout,采用一种类似燃烧证明(PoB)的共识机制.用户将任意数量的比特币发送至某个特定的地址,将原来比特币的UTXO经过Musig签名算法加密,将密文作为Roundabout链代币的UTXO模型的第一个输入,因此每个代币的UTXO都对应一个比特币的UTXO模型.经过特定的回合后,系统会将比特币分发给用户的地址,并将交易信息在比特币链上广播.通过该方式,能极大地提升比特币的交易速率,并能充分保证隐私性.     

区块链系统身份管理机制研究综述

区块链技术是一项集P2P网络、共识机制、密码学、博弈论、经济学等众多技术与理论于一体的应用创新，以其去中心化这一特质冲击着传统系统中心化机制带来的种种约束，通过共识机制在一个无需第三方信任机构的开放网络环境中实现交易的可信性、可溯源、防篡改等功能，其所形成的新型计算范式和信任机制有助于推动管理模式的转变。同时，区块链技术具有的账本公开和多方共识机制，为以交易为最小数据单元的区块链系统身份管理提出了挑战。梳理区块链系统身份管理技术的重要研究成果，为系统掌握区块链身份标识和认证方式、加强不同应用场景中的信息发现和价值挖掘提供借鉴。在讨论传统系统与区块链系统身份管理特征，并明确区块链身份管理主要内容的基础上，阐释UTXO模型和账户模型的特点，深入分析基于公钥转换、数字证书和去中心化数字身份3类区块链系统身份标识机制，以及匿名认证、实名认证和可控匿名认证3类区块链认证方式，最后对区块链身份管理技术的未来发展进行展望。     

基于灰狼算法的电力能源区块链分块优化仿真北大核心

采用目前方法对电力能源区块链进行优化时,无法提高区块链的出块速度,导致方法存在配置容量低和收益率低的问题。提出基于跨链技术的电力能源区块链优化方法,在Cosmos平台的基础上设计跨链方案,对区块链进行划分,提高区块链的出块速度,将最小储能成本和碳排放成本作为优化目标,建立电力能源区块链优化模型,通过参数控制和种群初始化对灰狼算法进行改进,利用改进后的灰狼算法求解电力能源区块链优化模型,完成电力能源区块链的优化。仿真结果表明,所提方法的配置容量高、收益率高。     

基于纳什谈判的共享经济区块链网络PoS共识传播博弈分析

针对共享经济中的信任问题,利用区块链技术搭建基于PoS(权益证明)共识机制的共享经济区块链网络,实现去信任化和去中心化.在Po S共识机制中,区块链用户提供交易费用,从而激励矿池招募验证者进行区块传播验证,区块链用户与矿池都能从更多的验证者数量中获益,但验证者越多,双方付出的成本越高.首先,从纳什谈判的角度研究共享经济区块链网络PoS共识机制中区块链用户与矿池的利益冲突问题,在交易费用与验证者数量之间进行权衡,构建纳什谈判博弈模型;然后,证明区块链用户与矿池的纳什谈判博弈模型中纳什谈判解的存在性和唯一性,得到区块链用户和矿池的最优决策;最后,通过数值算例分析通信成本和验证者数量对区块链用户和矿池的最优决策以及效用的影响.研究结果表明:区块链用户与矿池都能从较低的通信成本中获益;纳什谈判博弈模型能够有效解决共享经济区块链网络中用户与矿池的利益冲突,提高网络效率.     

基于门限秘密共享的区块链分片存储模型

针对存储原因所导致的区块链技术难以在大型业务场景应用的问题,提出了一种基于门限秘密共享的区块链分片存储模型。首先由共识节点使用改进的Shamir门限,将要上链的交易数据进行分片处理;其次,共识节点基于分片数据构造不同的区块,并分发给现存于区块链网络中的其他节点进行存储;最后,当节点要读取交易数据时,在从分发到交易数据分片的n个节点中的k个节点请求数据,并利用拉格朗日插值算法进行交易数据的恢复。实验结果表明,该模型在保证了上链数据安全性、可靠性、隐私性的同时,每个节点的数据存储量约为传统存储方法的1/（k-1）,从而有利于区块链技术在大型业务场景的应用。     

面向私募股权的区块链服务系统设计

为了保护私募股权项目信息的隐私性,且达到追踪交易的目的,结合区块链技术构建管理平台.区块链技术底层使用的加密算法可以为股权项目信息提供隐私保护,智能合约可以提供交易自动化功能.区块链技术在应用过程中产生并发性不高的问题,结合微服务思想,基于以太坊设计区块链服务平台,对区块链相关服务进行功能拆分.将底层的区块链服务平台通过容器化技术构建,并考虑容器状态参数为反馈指标,设计适合该场景的区块链负载均衡算法,实现高可用高并发的效果.     

基于区块链的数字作品交易系统的研究

随着5G时代的来临,互联网应用在人类社会的方方面面已根深蒂固,而人们所拥有的数字作品也越来越多。为了解决传统的数字作品管理与交易系统存在信任依赖度高、透明度低、维护成本较高,无法完全保障数字作品的安全、无法确保著作人自身的利益等问题,通过对比特币电子现金系统的特点以及区块链技术的发展进行研究与总结,提出了一种利用区块链技术的去中心化、共识机制和链式存储等特点的方法,同时使用基于深度学习的自动定价模型,设计出一种基于区块链的数字作品自动定价与交易系统。实验结果证明,通过该系统能够在保护数字作品安全的同时,解决恶意交易、损害著作人利益等问题;可以实现用户之间的直接交易,保证数字作品完全由著作人自治。     

基于区块链的学位证书存证系统设计与实现

为促进区块链技术在教育领域的应用实践,针对学位证书存证的教育业务场景,研究基于区块链的学位证书存证相关应用系统设计。鉴于现有的系统设计大都基于挖矿机制实现,交易处理效率较低,提出基于超级账本的学位证书存证系统设计。将可信学位证书信息存储进区块链中,解决学位证书存储存在的单点故障和潜在篡改问题;利用Kafka作为交易的消息队列,实现交易处理的高吞吐量,该系统设计具有可行性和正确性。实验测试结果表明,相比其它基于区块链的系统设计,该系统具有更高的交易处理速度。     

基于区块链技术的P2P电能交易平台与配电网协同仿真

为了推动能源交易公平以及区块链技术在电力交易领域的应用,实现P2P电能交易平台与配电网高效配合,提出一种基于区块链技术的P2P电能交易平台与配电网的协同仿真框架.根据区块链去中心化、安全性强、可追溯的特点,提出分布式双边拍卖机制,结合智能合约,建立了能源交易模型并进行了仿真分析.最后,根据建立的协同仿真模型,通过两个场景下配电网参数的比较分析,得出了P2P电能交易机制对配电网影响的相关结论,为实现能源高效利用,电能交易安全稳定以及区块链技术在电能交易领域的落地推广提供了理论基础和技术支撑.     

大零币匿名技术及追踪技术综述

近年来,依托于区块链技术的研究取得了重大突破且发展快速,各种数字货币正在不断兴起并涌入市场.大零币作为到目前为止区块链UTXO模型中隐私性最强的币种,其匿名技术除了为用户自身隐私提供了有力保障之外,同样具有很高的科研价值和广泛的应用前景.因此,为了规范数字货币的合法使用,探寻数字货币匿名技术更广泛的应用前景,各界学者也都在大零币匿名与反匿名技术方面进行了不同角度的研究.聚焦于大零币这一新型数字货币,首先介绍了大零币这一币种的大体框架;其次对大零币采用的匿名技术——zk-SNARKs和屏蔽池交易技术进行了梳理;然后总结并分析了目前各界学者在大零币追踪技术方面的研究;最后对大零币匿名技术和追踪技术的发展进行了展望.     

基于精确分类和最优匹配机制微电网交易决策方法

随着国家对电力市场改革的不断推进和售电市场的优化,微电网将成为未来电能发展和电网运营管理改革的重要载体。为了提升产消者和消费者的订单匹配效率以及经济效益,首先提出了一种基于区块链技术的微电网电能安全交易,利用双链完成交易双方信息的认证,并提出基于Shapley值分配合作博弈的定价策略。其次,对参与微电网交易的消费者进行精确分类,提高订单交易匹配效率。再次,在订单交易阶段提出基于总优先指数的匹配满意度函数,建立满意稳定的微电网交易双边匹配模型。最后,交易双方通过智能合约完成无第三方信任机构的交易结算。算例结果表明,基于区块链技术和最大满意度及稳定性的微电网交易方法可以完成微电网内部的直接交易,保证了微电网交易的稳定性,并提高了参与微电网交易双方的满意度及匹配稳定性。     

基于排队博弈的最优比特币交易费支付策略

在比特币交易高峰期,为使交易尽快被打包进入区块,用户需要提高交易费以竞争有限的区块空间。针对用户如何自主选择合适交易费的问题,提出了最优的交易费支付策略。首先,结合排队博弈论将交易排队竞争上链的过程建模为一个带优先权的非抢占型排队模型;然后,分析交易费对交易耗时的影响,由此给出交易耗时与交易费之间的函数关系式,并推导出用户的纳什均衡支付策略。仿真结果表明,采用最优的支付策略可以有效降低用户的总花费（等待开销与交易费的加权和）。当系统高负荷时,与不支付交易费和按拥塞度线性增加交易费这两种策略相比,所提策略的用户总花费分别降低了97%和72%。由此可见,在保证交易被尽快处理的同时,所提支付策略可以有效减少交易费支出。     

基于排队博弈的最优比特币交易费支付策略

在比特币交易高峰期，为使交易尽快被打包进入区块，用户需要提高交易费以竞争有限的区块空间。针对用户如何自主选择合适交易费的问题，提出了最优的交易费支付策略。首先，结合排队博弈论将交易排队竞争上链的过程建模为一个带优先权的非抢占型排队模型；然后，分析交易费对交易耗时的影响，由此给出交易耗时与交易费之间的函数关系式，并推导出用户的纳什均衡支付策略。仿真结果表明，采用最优的支付策略可以有效降低用户的总花费（等待开销与交易费的加权和）。当系统高负荷时，与不支付交易费和按拥塞度线性增加交易费这两种策略相比，所提策略的用户总花费分别降低了97%和72%。由此可见，在保证交易被尽快处理的同时，所提支付策略可以有效减少交易费支出。     

基于B/S架构的企业财务资产类账户智能化管理系统研究

企业财务资产类账户的安全管理直接关系着企业运营的关键,实现智能化安全管理是财务系统发展的趋势。区块链技术的出现,给金融安全提供了先进的技术手段。本文以区块链技术作为技术手段,以资产类账户为管理对象,设计了智能化管理系统,系统允许创建网络中用户访问的不可变交易记录,系统中的区块链数据库由多个快组成,这些块通过每个块中对上一个块的引用"链接"在一起,每个区块记录一个或多个事务,这些事务本质上是列出的资产所有者中的更改,通过共识机制将新区块添加到现有链中,在共识机制中,区块链网络的成员确认交易有效。     

基于SM2数字签名的区块链匿名密钥交换协议

区块链技术因其去中心化、匿名性、不可篡改、不可伪造等优点, 已经成为我国的一项前沿技术, 在各领域得到广泛的应用。虽然用户可利用区块链发布匿名交易, 有效隐藏交易双方的身份信息, 但双方交易完成后传输交易相关数据可能破坏匿名性。这是因为在数据传输过程中, 为了保证双方通信安全, 往往使用认证密钥交换协议认证双方身份, 计算会话密钥建立安全信道。由于传统的认证密钥交换协议涉及双方的长期公私钥对信息, 所以将泄露交易双方的身份信息。虽然区块链匿名密钥交换可基于交易双方的历史链上交易完成密钥交换, 有效保障交易双方的匿名性, 但现有区块链匿名密钥交换协议主要基于国外密码算法设计, 难以适用于国产区块链平台, 不符合我国密码核心技术自主可控的要求。为丰富国产商用密码算法在区块链匿名密钥交换方面的研究, 满足区块链交易后双方匿名安全通信的需求, 本文以 SM2 数字签名算法和区块链为基础, 构造非交互式和交互式两种区块链匿名密钥交换协议。并在 CK 安全模型中证明非交互式的协议满足会话密钥安全, 交互式的协议满足有前向安全性的会话密钥安全。最后通过理论分析和编程实现结果表明, 本文协议在没有比现有协议消耗更多的计算开销与通信代价的前提下, 可适用于国产化区块链平台。     

基于跳跃Hash和异步共识组的区块链动态分片模型

区块链系统的实现方案普遍存在性能和容量上的缺陷,使其无法取得更广泛的普及和应用。分片被视为最有可能解决区块链瓶颈的技术,然而目前主流的实现方案普遍存在牺牲去中心化或者安全性来提升性能的问题。基于现有分片技术的研究,文中提出了基于跳跃Hash和动态权重的分片构建算法,该算法满足高效性、公平性、自适应性等特点,网络分片效率对比以太坊提升了8%,分片数量动态增减时节点迁移的工作量对比以太坊降低了25%;同时引入了异步共识组机制,提升了分片的交易安全性,能够有效处理跨分片交易。理论分析和实验证明,基于跳跃Hash和异步共识组的区块链动态分片模型的最大交易性能可达5000笔每秒。     

Dynamic Evolutionary Game-based Modeling,Analysis and Performance Enhancement of Blockchain Channels

The recent development of channel technology has promised to reduce the transaction verification time in blockchain operations. When transactions are transmitted through the channels created by nodes, the nodes need to cooperate with each other. If one party refuses to do so, the channel is unstable. A stable channel is thus required. Because nodes may show uncooperative behavior, they may have a negative impact on the stability of such channels. In order to address this issue, this work proposes a dynamic evolutionary game model based on node behavior. This model considers various defense strategies’ cost and attack success ratio under them. Nodes can dynamically adjust their strategies according to the behavior of attackers to achieve their effective defense. The equilibrium stability of the proposed model can be achieved. The proposed model can be applied to general channel networks. It is compared with two state-of-the-art blockchain channels: Lightning network and Spirit channels. The experimental results show that the proposed model can be used to improve a channel’s stability and keep it in a good cooperative stable state. Thus its use enables a blockchain to enjoy higher transaction success ratio and lower transaction transmission delay than the use of its two peers.      

物流服务交易区块链与蚁群智能合约算法研究

为解决物流服务交易中供应商、生产商、用户等多方参与者之间的信用关系缺失,提高制定合约的效率,避免干扰合约的正常执行以及传统合约的可抵赖性、可篡改性以及不可追溯性等问题,提出了物流服务交易区块链与蚁群智能合约算法。分析传统的物流服务交易模式存在的问题,提出一种新的物流服务交易合约概念模型,并利用区块链和智能合约的特点和优势,以及物流服务交易中的信息发布、谈判、议价、制定合约等交易环节和区块链的链接关系,构建一种去中心化的物流服务交易智能合约区块链模型。以该模型为基础,依据物流服务交易合约的工作流程以及蚁群算法的特点,设计了物流服务交易区块链与蚁群智能合约算法。在多节点物流服务交易仿真平台进行实验,实验结果表明,该算法实现了基于区块链的多物流用户服务交易智能合约的创建、存储和自动执行,整个过程透明可跟踪、共识且不可篡改。因此,该算法是基于区块链解决物流服务交易问题的一种有效方法。     

基于区块链技术的物联网信息共享安全机制

针对物联网（IoT）信息共享中存在的源数据易被篡改、缺乏信用保障机制以及信息孤岛问题，提出一种基于区块链技术的轻量级物联网信息共享安全框架。该框架采用数据区块链和交易区块链相结合的双链模式:在数据区块链中实现数据的分布式存储和防篡改，并通过改进的实用拜占庭容错（PBFT）机制共识算法，提升数据登记效率；在交易区块链中实现资源和数据交易，并通过基于部分盲签名算法的改进算法，提升交易效率、实现隐私保护。仿真实验部分分别针对抗攻击能力、双链的处理能力和时延进行了验证分析，结果表明该框架具有安全性、有效性和可行性，可应对现实物联网中的大部分场景。     

基于录制重放的区块链交易执行追溯方法

区块链上运行的智能合约具有一经部署难以修改、调用执行需经过共识等特点, 现有的需要修改智能合约代码或打断其执行过程的调试方法难以直接应用到智能合约上. 由于智能合约的运行过程由区块链交易顺序执行过程组成, 实现对区块链交易执行过程的追溯是提升智能合约可调试性的一个有效途径. 对区块链交易执行过程进行追溯主要目标是找出一条已经出块的区块链交易是如何得到当前的执行结果的. 区块链交易的执行依赖于区块链内部状态, 且该状态取决于之前区块链交易的执行结果, 因此存在着传递性依赖. 区块链交易的依赖性和区块链所提供的执行环境的特点给区块链交易执行追溯带来了挑战. 区块链交易执行追溯面临的挑战主要有3方面, 即如何从智能合约部署的生产环境中获取足够追溯的信息、如何获取区块链交易之间的依赖关系, 以及如何保证追溯结果与实际在线执行过程一致. 提出了一种基于录制重放的区块链交易执行追溯方法, 在合约容器中建立录制重放机制, 无需修改合约代码即可支持交易执行中对状态读写操作的录制, 并且不会打断智能合约运行; 提出了基于状态读写的交易依赖分析算法, 支持对存在依赖关系的前序交易进行按需回溯; 此外, 设计了录制读写操作记录的验证机制, 确保重放的执行过程与真实执行过程之间的一致性可被验证. 所提出的方法能够追溯区块链交易调用智能合约的执行过程, 可用于智能合约调试, 并且当智能合约异常造成损失时可用于举证. 在实验中对比了将录制的读写操作记录存储于链上和存储于链下之间的性能差异, 通过案例研究展示了所提方法在追溯区块链交易执行方面的有效性和优点.