基于区块链的车联网电子取证模型

针对车辆交通事故取证困难、责任归属难以判定等问题,提出一种车联网（IOV）通信架构下基于区块链的电子取证方案。该方案利用区块链去中心化存储机制实现电子证据的远程存储,并利用智能合约机制完成电子证据的快速检索和相关证据链的有效追溯;而为有效保护车辆身份的隐私,提出一种令牌机制来对数据进行访问控制;同时,为满足IOV的实时取证要求,提出了一种高效批量共识机制。实验仿真表明,所提方案中的新型共识算法效率优于传统委托权益证明（DPOS）共识算法,且取证速度满足IOV环境的需求,保证了电子证据的不可篡改、不可否认及永久保存等特性,实现了区块链技术在司法存取证方面的应用。     

基于区块链的电子医疗病历共享方案

针对当前各医疗相关机构间数据共享困难、数据隐私易泄露等问题,提出了一个基于区块链的电子医疗病历（EHR）共享方案。首先,基于区块链不可篡改、去中心化、分布式存储的特点,设计了基于区块链的EHR数据共享模型,采用区块链网络和分布式数据库共同存储加密的EHR及相关访问控制策略,防止EHR数据被篡改和泄露;其次,将分布式密钥生成（DKG）技术与基于身份的代理重加密（IBPRE）技术相结合,设计了数据安全共享协议,协议使用委托权益证明（DPOS）算法选取代理节点,重加密EHR,实现单对用户间的数据共享。安全性分析表明,所提方案能够抵抗身份伪装和重放攻击。仿真实验与对比分析表明,DPOS算法的效率高于工作量证明（POW）算法,略低于实用拜占庭容错（PBFT）算法,但所提方案去中心化程度更高,耗费算力较小。     

一种基于区块链技术的公安执法电子证据系统的设计与实现

针对公安执法环境的复杂性和电子证据取证及证据固定的困难，根据公安执法场景中电子证据的功能需求，创建了一类基于区块链技术的公安执法电子证据模型的原型系统。该系统具备分布式、不可篡改、可溯源和安全性高等特点，较好地解决了公安执法电子证据在取证和诉讼中证据的易变性、逻辑混乱和时间不一致等核心问题。该系统将执法过程中涉及举证的数据上链，通过改进实用拜占庭将军容错（practical byzantine fault tolerance, PBFT）共识算法来监测试图篡改执法数据的行为，利用层级监管特性启动备用共识节点以提高整体效率，基于星际文件系统(interplanetary file system, IPFS)对超大文件上链进行数据存储，有利于公安系统在处理大型数据信息时做到及时、安全与高效。最后通过公安局办案大厅执法场景的测试与分析，验证了该系统的可行性。该系统的应用可赋能公安执法电子证据举证效力的提升和司法领域反腐倡廉，并为案件侦破的串并案智能化提供可靠的数据基础。     

基于区块链的电子病历隐私保护系统设计

针对中心化存储下个人电子病历共享中存在的单点失效、隐私泄露以及访问不可控等问题，设计了基于区块链的电子病历隐私保护系统。该系统通过链上链下结合存储方式，提高了电子病历的存取速度，通过构建亲友链并进行基于秘密共享的数据分发，解决了病人无法提供私钥时的病历数据重构，设计智能合约实现数据访问的安全授权和高效共享。系统测试结果表明，设计的系统具有正确性和实用性，对推动国家实施智慧医疗进步具有重要意义。     

可撤销属性加密的区块链数据访问控制方法

针对区块链数据共享中存在的粗粒度访问控制问题,提出一种基于属性撤销密文策略属性基加密的区块链数据访问控制方法。在现有方案基础上进行改造,引入预解密过程,结合属性撤销列表实现属性实时撤销;基于非对称群下的DBDH困难问题假设进行安全性证明;基于超级账本Fabric进行系统设计,结合星际文件系统采用链上链下存储方式解决区块链容量不足和系统效率问题。实验结果表明,所提方案撤销属性时无需更新密钥密文重复上链,仅需要6次Pairing操作进行预解密和解密,且在大规模属性集下,预解密时间和解密时间平均保持在百毫秒左右的常量级上,实现区块链数据高效、细粒度的访问控制。     

区块链与电子认证在电子文件管理中的融合应用研究

区块链技术在电子文件管理中的潜在价值备受关注，但当前的区块链技术对于上链前数据的可信缺乏足够保障，可能造成应用效果受限。针对这一问题，引入电子认证技术作为区块链技术在法律效力上的辅助和补充，提出基于电子文件生命周期理论的融合应用模型。将该模型应用于对电子文件可信性以及法律效力要求较高的电子司法文书领域，构建了兼顾司法文书防伪保真和流程可追溯的司法文书电子送达管理系统。     

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。     

基于多层次区块链的医疗数据共享模型

基于区块链的医疗数据共享能够有效地提升医疗数据的可信性,但是面临着链上存储容量有限、缺乏数据隐私保护等问题。针对这些问题,提出一个基于多层次区块链的医疗数据共享模型。对个人医疗数据进行加密后上传到链下的分布式存储中,并将数据索引信息上传到链上,利用多层次区块链协同技术和链上链下混合存储方式提高存储效率;引入差分隐私保护联邦学习中模型参数,提升数据的隐私安全。实验结果表明,相对于以太坊而言,该方案机构存储开销平均下降了60%左右,用户存储开销平均下降30%左右。     

基于区块链的电子健康记录安全存储模型

针对现有中心化信任背景下电子健康记录存储存在的安全风险,提出一种基于区块链的电子健康记录安全存储模型。模型首先设计了新的电子健康记录区块链存储结构,解决了现有存储模型实用性不强的问题;然后优化了区块链中区块入链的工作流程,减少了点对点（P2P）网络中的信息传播量;最后设计了基于随机数选举的共识机制,提高区块入链的时间效率。将提出的模型在Hyperledger中进行模拟实验,并将所提出的共识机制与现有共识机制进行性能对比。实验结果表明,提出的存储模型具有较高的安全性和更好的运行时间效率。该模型适用于区块链在医疗卫生领域的应用,为电子健康记录的安全共享提供了支撑。     

基于三链的艺术品区块链存证溯源模型

针对现有艺术品流通信息不透明、中心化交易权限不对称等问题,提出一种基于三链的艺术品区块链存证溯源模型.首先,针对艺术品信息单条数据量大的特点,提出基于区块链的对称可搜索加密算法,并结合星际文件系统对艺术品流通记录进行链上链下安全存储.其次,对于艺术品信息有效数据日渐增长的特点,提出基于区块链的倒排快速查询溯源算法,帮助数据用户实现快速溯源定位.同时,首次提出虚假信息联盟链存储失实艺术品流通记录,实现对虚假信息的处理.最后,实验验证了模型的大数据安全存储、快速查询溯源可行性.实验表明该模型可行,查询方法有效.     

基于Raft算法改进的实用拜占庭容错共识算法

针对应用于联盟链的实用拜占庭容错（PBFT）共识算法可扩展性不足、通信开销大等问题,提出了一种基于Raft算法改进的实用拜占庭容错共识算法K-RPBFT。首先,将区块链分片,使用K-medoids聚类算法将所有节点划分为多个节点簇,每个节点簇构成一个分片,从而将全局共识改进为分层次的多中心共识;然后,每个分片的聚类中心节点之间使用PBFT算法进行共识,而在分片内部使用基于监督节点改进的Raft算法进行共识。K-RPBFT算法的片内监督机制赋予了Raft算法一定的拜占庭容错能力,并提升了算法的安全性。实验分析表明,相较于PBFT算法,K-RPBFT算法在具备拜占庭容错能力的同时能够大幅降低共识的通信开销与共识时延,提升共识效率与吞吐量,并且具有良好的可扩展性与动态性,使联盟链能够应用于更广泛的场景中。     

基于区块链的数字版权存证系统模型研究

传统基于第三方中心机构的版权登记存在效率低、成本高和隐私保护性差等问题,针对这些问题,将区块链与环签名技术运用于版权保护领域,提出一种基于区块链的数字版权存证系统模型。构建了基于联盟链的数字版权存证系统架构,利用区块链的去中心化、不可篡改和可追溯等特性保证存证的信息真实可信;对环签名技术进行改进,并利用改进的环签名技术保护创作者身份隐私;对PBFT算法进行改进,提升系统效率和可靠性。经分析与实验表明,该模型能降低版权登记经济成本,防止用户身份信息被非法获取,且具有良好的性能与安全性。     

区块链技术在矿山物联网中的应用研究

针对矿山物联网中数据传输和存储过程中存在易丢失和被篡改等问题,将区块链技术应用于矿山物联网的数据传输与存储中。构建了以数据层、传输层、共识层为核心的矿山私有区块链架构;设计了基于共识模块和数据区块的矿山物联网数据传输与存储防护方案;应用实用拜占庭容错(PBFT)算法设计了数据共识过程,通过在分布式结构化P2P网络每2个节点间设置共识模块并优化P2P协议,实现了矿山数据安全性共识。测试结果表明,私有区块链的应用保证了矿山物联网数据的准确传输和可靠存储。     

应用于供应链的区块链PBFT共识算法优化

目前,区块链在供应链领域中的应用越来越受到业界的广泛关注.但由于供应链中存在大量复杂性的事务,这给可信的主节点选取工作带来了挑战.因此,在机器学习分类算法与PBFT (practical Byzantine fault tolerance)共识算法的基础上,提出一种应用于供应链的区块链PBFT共识算法优化方法.对构建供应链与区块链的集成框架进行分析,根据供应链中参与共识的节点属性特征,运用K-近邻(K-nearest neighbors)来优化PBFT共识算法的主节点选取规则.实验结果表明,对共识节点进行信任评估分类可以较好地解决因视图切换所引发的效率问题,从而提升区块链的吞吐量、时延、容错性等共识性能,具有一定的实用性,也给区块链在其他行业的应用提供了思路．     

P2P存储系统拜占庭容错机制研究*

综述了近年来P2P存储系统拜占庭错误冗余相关技术的研究成果;概述了P2P存储系统容错的要求与技术,对现有拜占庭错误冗余技术进行了总结;详细分析对比了目前各种典型拜占庭容错系统的容错方式,探讨了P2P存储系统中拜占庭容错技术需要改进的关键问题,并对未来的研究方向进行了讨论;最后,给出了一个实际环境下的解决方案框架。     

去中心化的SDN接入身份认证研究

本文研究去中心化的网络接入身份认证问题.依据非交互式零知识证明原理,借鉴区块链技术中的共识思想,对传统的拜占庭共识算法进行改进,提出了利用已经接入网络的主机对申请接入网络者的公钥所属权进行认证,并对认证结果达成共识的方案,在此基础上在SDN网络中设计并实现了接入身份认证方案BchainNAC.     

基于区块链的数字作品DCI管控模型

针对互联网生态下数字知识产权面临的版权登记、盗版猖獗和版权纠纷等问题,提出了去信任的数字作品数字版权唯一标识符（DCI）管控模型。首先,构建了基于区块链去中心化理念的端到端体系架构,区块链取代传统关系数据库作为核心存储机制,通过创建交易、构造区块、区块的合法性验证与链接构建了数字作品区块链的交易信息存储机制,保证版权信息不可篡改性和可溯源性;其次,提出了基于智能合约的数字化发行和流通协议,设计了版权登记、查询、转让三类合约,通过自动执行预设指令的方式产生交易,保证模型透明高效与自动化运作。理论分析和仿真表明,在数字作品区块链网络中,伪造区块攻击的概率趋近于零,与传统的基于可信第三方版权认证机制相比,该模型具有更好的架构安全性。实验结果表明,该模型降低了数字版权登记的门槛,增强了版权认证的权威,具有更好的实时性和鲁棒性。     

基于双区块链及物联网技术的防伪溯源系统

在产品安全日益重要的今天,传统的产品溯源系统依旧存在着中心化存储、数据可信度低、数据易窜改及责任人定位困难等问题。区块链技术凭借其分布式存储、链式结构、不可窜改和高容错性等特点,能在信息的搜集、存储和共享等过程中实现数据溯源功能,并借助物联网技术保证区块链源头数据的真实可靠,以实现对产品信息的实时跟踪。基于此,提出了使用双区块链和物联网技术的产品防伪溯源系统,分析了该溯源系统的安全性并通过仿真实验验证了该系统的可行性,对区块链技术和产品安全领域的进一步结合提供了参考和借鉴。     

基于改进Raft共识算法和PBFT共识算法的双层共识算法

针对目前应用于联盟链中的实用拜占庭（PBFT）共识算法可扩展性不足、通信开销增长过大、难以适用于大规模网络节点环境等问题,提出了一种基于改进Raft共识算法和PBFT共识算法的双层共识算法（DL_RBFT）。首先将区块链中的节点分成若干小组,组成下层共识网络,然后小组的组长再构成上层共识网络,形成一个双层共识网络结构;在下层共识网络的小组内部使用引入监督机制和声誉机制来改进Raft共识算法,在初始组长的选举流程引入了蚁群算法,使选举效率始终维持在较高水平;在上层共识网络中,使用PBFT共识算法进行共识。改进后的Raft共识算法具备了抗拜占庭节点攻击的能力,提升了算法的安全性。实验结果分析表明,相较于传统的PBFT共识算法,在100个节点的情况下,DL_RBFT将共识时延降低了两个数量级,吞吐量也提升了一个数量级,与其余改进算法相比也有着明显优势。因此DL_RBFT共识算法拥有良好的可扩展性,可以广泛应用于联盟链的各种场景中。