基于区块链技术的农产品追溯系统设计

传统的追溯系统往往存在数据不完整、信息不对称等问题,因此需要一种更加安全可靠的技术手段来解决这些问题。区块链技术作为一种新型的信息存储技术,具有去中心化和不可篡改的特点,可以为农产品溯源提供更好的方案。文章将从区块链技术相关理论基础切入,对基于区块链技术的农产品追溯系统进行设计,希望能够给农产品溯源领域带来新的思路和方法。     

联盟链中实用拜占庭容错算法的改进

针对实用拜占庭容错算法(PBFT)中存在的通信开销大、算法效率低等问题,结合联盟链特点,提出了一种改进的PBFT算法(score-PBFT,S-PBFT).引入节点评分机制,将节点划分为共识节点、候选节点和预备节点三种类型,并根据节点行为对节点进行动态调整,最大程度上保证共识节点的可靠性.改进了主节点的选举方式,以节点...     

检测型的联盟区块链共识算法d-PBFT

联盟区块链通常都会采用严格的身份准入机制,但然而该机制不能完全保证联盟网络中不会混入拜占庭恶意节点,也不能担保现有的联盟成员节点一定不会被第三方敌手劫持利用.针对这类问题,提出了一种能够监控节点状态的检测型实用拜占庭容错(d-PBFT)共识算法.首先,选举主节点并校验主节点的其状态,以保证选举出来的主节点从未有过作恶历...     

一种基于门限签名的区块链共识算法

针对区块链应用于物联网环境下的特点和要求,分析了目前广泛应用于联盟链的实用拜占庭容错算法（PBFT）的弊端以及目前应用于共识网络中的门限签名算法存在的普遍问题,提出改进的共识算法。首先,新共识机制将网络中的节点分组用部分节点的两两通信代替所有节点的两两通信减少通信量;其次,将组合公钥的思想引入到门限签名中,减少了通信量与计算量;最后,在节点之间引入信用分机制,优化视图切换协议。仿真结果表明,新提出的共识算法在数据吞吐量以及通信时延方面有了明显的提升,并且得到了通信量最低时的最佳分组方式。     

基于联盟链的音乐版权保护与交易系统

网络技术的快速发展促进了文字、图片、视频、音乐等数字内容的快速传播,这使数字内容的侵权变得更加容易。针对目前数据化音乐版权管理存在的确权难、耗时长、维权难等问题,结合区块链的去中心化和不可窜改的特点,使用Hyperledger Fabric平台设计并实现了一个基于联盟链的数字音乐版权保护与交易系统。采用Shazam算法提取能证明音乐的原创性的音乐特征指纹,将音乐特征指纹存储在星际文件系统(IPFS)上,IPFS返回的哈希地址存储在区块链中,在弥补区块链扩容难、存储空间昂贵的缺点的同时达到音乐作品的原创性证明,并利用音频水印技术的鲁棒性和隐蔽性,为创作者维权提供可信凭证。仿真实验结果表明,数字音乐版权保护与交易系统中音乐版权登记用时增幅约为0.238 s,每首音乐的特征指纹在IPFS上所占空间约为192 KB,并且区块链系统能够保持较高的吞吐量,具有良好的性能和较高的安全性。     

基于区块链的环境监测数据安全传输方案

随着物联网的飞速发展,环境监测系统极大地提高了政府日常运作的效率和透明度。但是,大多数现有的环境监测系统都是以集中的方式提供服务,并且严重依赖人工控制。高度集中的系统架构容易受到外部攻击;此外,不法分子破坏数据真实性相对容易,导致公众对环境监测数据的信任度不高。针对这些问题,文中首先提出一种基于区块链的环境监测数据传输方案,监测设备获取的数据经过签名发送至数据采集终端,数据采集终端验证数据后将其写入区块链,智能合约对公众关心的数据进行实时分析并对外发布结果;其次,提出一种基于分组的PBFT共识算法,以提高系统的可扩展性。文中对方案进行了分析,结果表明,环境监测区块链保障了环境监测数据的安全性、真实性、完整性;同时结合具体案例验证了该方案的可行性。     

基于实用拜占庭容错算法的区块链电子计票方案

针对区块链电子投票中第三方计票机构不满足区块链去中心化、去信任特性以及缺乏可信度的问题,提出一种基于实用拜占庭容错(PBFT)算法的区块链电子计票方案。首先,在分布式环境中构建无中心计票模式,以节点的信任度确定计票节点;其次,基于PBFT实现待验选票的共识;再次,将PBFT中诚实节点的最低数量作为门限签名的阈值,只有达到阈值的计票结果才能形成门限签名;最后,将满足可信状态的结果记录在区块链账本上。通过测试分析表明,只有当诚实验票节点超过2/3时,才满足PBFT,得到可信的计票结果。     

基于可追踪环签名的联盟链身份隐私保护方法

作为目前被广泛使用的一种区块链,联盟链相较于公有链虽然具有更好的隐私性,但也仍然面临着因去匿名化方法而导致用户身份隐私泄露的问题。为了保护联盟链中用户的身份隐私,并且增加系统的容错性,提出了将可追踪环签名和实用拜占庭容错结合的联盟链身份隐私保护方法。该方法的核心思想是通过可追踪环签名来使联盟链中用户的身份具有条件匿名性,条件匿名性指的是用户在一定条件下是匿名的,即用户在正常交易时是匿名的,而当用户之间产生交易纠纷时,也可以对交易相关用户的身份进行去匿名化。此外,将可追踪环签名与实用拜占庭容错相结合,去匿名化的任务由联盟链中的节点通过实用拜占庭容错完成,减少了联盟链中心机构的权利和责任,即使用户对中心机构具有匿名性,也保证系统在中心机构出错时能够正常运行。通过实验分析和对比,该方案能够在合理的计算开销内保护用户身份隐私,并且保证较高的安全性和容错性。     

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.     

基于实用拜占庭容错的改进的多主节点共识机制

针对实用拜占庭容错（PBFT）共识协议通信复杂度高导致的共识效率低、单一主节点发生故障或存在拜占庭行为时会导致共识过程停止的问题,提出了改进的多主节点实用拜占庭容错（IMPBFT）共识机制。首先,通过节点的共识轮数、存在拜占庭行为的共识轮数以及节点被赋予的优先值,计算出节点的有效共识轮数,再依据有效共识轮数的大小选出多个主节点。其次,对原共识机制进行改进,使所有节点利用改进的机制进行共识。最后,引入流水线来实现IMPBFT共识的并发执行。在进行流水线操作时,不同轮共识的多阶段消息统一签名,并且不再使用固定周期来控制流水线。理论研究和实验结果表明,IMPBFT的多主节点结构相较单一主节点的共识结构更加安全稳定;与平方级通信量的PBFT和信用委托拜占庭容错（CDBFT）共识相比,IMPBFT将通信量降至线性级;在交易吞吐量、扩展性和交易时延方面,IMPBFT的性能要优于PBFT和CDBFT;使用“多阶段消息统一签名、无固定周期”流水线的IMPBFT,比未使用流水线的IMPBFT在交易吞吐量上提高了75.2%。     

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。     

区块链实用拜占庭容错共识算法的改进

针对应用于联盟链的实用拜占庭容错（PBFT）共识算法网络结构静态、主节点选取随意和通信开销较大的问题，提出了一种改进的实用拜占庭容错（EPBFT）共识算法。首先，给共识节点设置一系列活动状态使得节点通过状态转换在系统中拥有完整生命周期，由此节点可以动态地加入和退出，系统拥有动态的网络结构。其次，对PBFT的主节点选取方式加以改进，增加以最长链为选举原则的主节点选举过程。在主节点选举完成之后，通过数据同步和主节点验证过程进一步保证主节点的可信性。最后，优化PBFT算法的共识流程以提高共识效率，使得EPBFT算法的通信开销在视图变更较少发生的情况下降低为PBFT算法的1/2。实验结果表明，EPBFT算法具有较好的有效性和实用性。     

基于区块链的数字音乐版权管理系统

针对传统音乐版权行业版权确权难、侵权监测难、维权取证难、版税结算难等问题,将区块链技术应用于数字音乐版权管理领域具有重要意义.通过使用VNT Chain区块链平台设计构建了一个数字音乐版权管理系统,在其中利用区块链技术为音乐版权提供存证性证明以及实现证据固化,采用Shazam算法为音乐版权提供原创性证明,并基于智能合约...     

基于联盟链的工业物联网数据存储模型

由于工业物联网数据具备较强的私密性,数据是否能够安全存储成为工业物联网发展的关键问题。针对这一问题,提出一种基于联盟链的工业物联网数据存储模型。为保证数据存储的效率与安全,首先,在原有PBFT算法的基础上搭建节点状态信用评估模型同时增加投票机制;其次,结合节点状态在SM9数字签名算法中设置多密钥生成中心共同参与密钥生成。对模型的吞吐量、共识时延及通信开销进行实验分析,结果表明,该模型相较于传统模型在数据存储、安全性方面得到了进一步保障,降低了黑客攻击并防止数据泄露或被窜改,并在通信开销方面提升了40%。     

基于联盟链的电子健康记录隐私保护和共享

医院正在逐渐采用电子健康记录(EHR)的方式去记录患者的医疗信息。然而,医疗数据的隐私性和EHR标准的差异化阻碍了医疗数据在病人和医院之间的共享。因此,针对隐私信息泄露和难于共享的问题,提出了一个基于联盟链的隐私保护数据共享模型。此外,基于匿名算法提出了(p,α,k)匿名隐私算法,能够解决EHR隐私信息泄露的问题。通过理论分析和实验证明,提出的基于联盟链和(p,α,k)隐私匿名算法模型能够在保护数据隐私的前提下,实现病人和医院之间的数据安全共享。对比前人的模型,该模型具有所需节点少、减少主链压力、容错性强和病人对EHR完全控制等优势。     

改进SM2签名方法的区块链数字签名方案

为了提高联盟链实用拜占庭容错（PBFT）算法共识过程中数字签名密钥保存安全性和签名效率问题,结合联盟链PBFT共识算法的实际运用环境提出了一种基于密钥分割和国家标准SM2签名算法的可信第三方证明签名方案。该方案中由可信第三方产生和分割密钥并将子分割私钥分发给共识节点,每次共识须先向可信第三方证明身份后,获取另一半子分割私钥来进行身份签名验证。该签名方案结合联盟链的特性实现了私钥的分割保存,利用共识特性结合哈希摘要消去了传统SM2算法中的模逆的过程。通过理论分析证明了该方案可抗数据篡改和签名伪造,同时借助Java开发工具包（JDK1.8）和TIO网络框架模拟共识中的签名过程。实验结果表明所提方案比传统SM2签名算法效率更高,并且共识节点越多效率差距越明显,在节点数达到30时,其效率较传统SM2算法可以提升27.56%,表明该方案可以满足当前联盟链PBFT共识的应用环境。     

基于信誉值投票与随机数选举的PBFT共识算法

实用拜占庭容错（PBFT）算法在Raft和Paxos共识算法的基础上,解决了分布式系统中恶意节点向其他节点发送错误消息以扰乱系统正常运行的问题,但PBFT算法由于主节点选举随意导致共识效率低下,而现有PBFT改进算法普遍通信复杂度较高且容易出现系统集中化趋势。针对上述问题,提出一种基于信誉值投票与随机数选举的RN-VPBFT共识算法。通过增设监督节点,实现权力分散和信息中转,保证系统安全运行。在投票确定初始信誉值的过程中,引入随机参数使得满足条件的节点均有机会当选主节点,缓解系统集中化趋势。建立节点动态信誉模型,区分系统中的诚实节点与恶意节点,简化共识算法的一致性协议,降低算法通信复杂度。实验结果表明,与PBFT算法和基于信誉投票的PBFT改进算法相比,RN-VPBFT算法将通信复杂度由O（N²）降至O（N）,并且所有诚实节点的信誉值之差仅为0.02,具有更低的通信复杂度及更好的去中心化特性。