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。     

双链式区块链交易监管研究

最近,作为去中心化的分布式帐本,区块链使人们能够在不可信赖的环境中进行安全可靠的交易,慢慢地被应用于各个领域。但是,逐渐出现了一些问题,用户隐私信息泄露,存在非法的交易且缺乏有效的监管,智能合约市场存在漏洞等。针对区块链非法交易,提出了监管链的概念,并建立了可以有效监管区块链交易的交易区块链（TBC）和监管区块链（RBC）双链结构。为了提高智能合约的安全性,进一步在监管链中建立智能合约市场,并设计了用于智能合约功能校验的零知识证明算法。理论和数据分析表明,双链结构具有高效率和可扩展性强。实验结果表明机器学习算法对于区块链交易数据的分类准确性达到95.0%,并证明了零知识证明校验智能合约功能的可行性。     

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ECC的区块链数据共享系统设计

区块链技术通过在对等网络环境下构建不可伪造、不可篡改和可追溯的链式数据结构的模式,解决了传统数据共享所存在的数据泄露、数据篡改和数据难溯源等问题。然而现存的区块链数据共享方案还存在成本高、效率低和安全性差等问题,对此提出了一个基于椭圆曲线加密算法ECC的区块链数据共享方案并进行了系统设计。该方案依靠ECC算法来保证数据传输过程的安全性,改善现有方案所存在的问题。利用Solidity 编程语言编写对应的智能合约,基于以太坊平台对数据共享系统进行了仿真和测试,验证了方案的正确性和安全性。     

基于密码累加器的无状态区块链性能优化

区块链由于其去中心化的特点,被认为是近年来最具颠覆性和革命性的技术创新之一。然而,目前大多数公有链由于数据高度冗余使得区块链系统数据迅速增长,从而造成节点存储资源消耗严重,此外它还存在区块共识成本较高导致系统吞吐量低的问题。针对区块链的可扩展性问题,提出一种适用于智能合约的无状态区块链性能优化方案STiPChain。STiPChain基于密码累加器与可验证计算完成无状态设计,采用RSA累加器生成智能合约的有效性证明实现节点状态数据压缩,同时通过分布式设计将智能合约的有效性证明更新效率优化至常数,极大降低节点对磁盘和内存的需求。在此基础上,STiPChain将区块共识与区块运算解耦,基于可验证计算技术提出新的智能合约执行逻辑和交易验证方案,解决无状态条件下的交易验证与执行问题,有效提高系统吞吐量。实验结果表明,与Ethereum相比,STiPChain无状态区块链性能优化方案将共识节点的存储需求降低了99%,吞吐量提高了1.6～2 500倍。     

基于区块链技术的绿证智能合约交易风险聚类分析模型

常见的聚类分析模型受到分布式清洁能源接入模式的冲击，内部数据容易被篡改，模型安全性较低。对此，提出基于区块链技术的绿证智能合约交易风险聚类分析模型。引入区块链技术，改变交易信息的哈希结构，将同时生成的区块链证书记入区块链数据库中，作为信息不可篡改的凭证，用于信任认证；设计智能合约响应机制，实现区块链数据的信任认证，在认证完成后，投影区块链数据，完成区块链数据的聚类处理；以聚类结果为依据，构建决策树风险分析模型。实验结果表明，在面对分布式清洁能源接入模式的冲击时，该模型内部数据安全，没有被篡改，安全评估值在4.5以上，自身的安全性得到了提高。     

基于区块链和智能合约的财务管理系统建设

财务管理是企业信息化建设中的一个核心环节,也是企业进行人力资源管理、业务流程控制与资金风险预判的重要依据。区块链技术的出现为企业进行财务管理系统的设计和改进提供了一种全新的设计思路,利用区块链技术本身所具有的去中心化和不可篡改的特性,可以保证企业财务管理系统中各类成本、支出、决算等数据的安全性和真实性。该文以区块链技术中的智能合约在中铁某企业财务管理系统中的应用为切入点,提出并设计了一种去中心化的系统设计方案,通过将智能合约与施工合同进行有机结合,确保只要施工合同进行交易,智能合约就能被即时触发,该机制从技术上确保了合同规定的权利与义务的严密执行,除此之外,智能合约还可扩展至多方交易,从而进一步简化传统多方交易面临的手续复杂等问题。同时,基于区块链技术上构建的多层次数据安全和追溯手段,也为企业的财务分析与决策提供技术支撑。     

智能合约安全综述

区块链为构建社会价值传递和信任机制提供了一种新的技术。区块链的快速发展促进了智能合约与人工智能、大数据、物联网等技术的深入融合,其安全性受到重点关注。近几年,区块链与智能合约安全研究取得了较大进展,基于区块链智能合约,对智能合约的运行机制、链上安全和链外安全的最新相关研究成果进行归类、分析、比较、总结和讨论,并展望了智能合约安全性的研究方向和趋势。     

基于语义嵌入模型与交易信息的智能合约自动分类系统

作为区块链技术的一个突破性扩展,智能合约允许用户在区块链上实现个性化的代码逻辑从而使得区块链技术更加的简单易用.在智能合约代码信息迅速增长的背景下,如何管理和组织海量智能合约代码变得更具挑战性.基于人工智能技术的代码分类系统能根据代码的文本信息自动分门别类,从而更好地帮助人们管理和组织代码的信息.本文以Ethereum平台上的智能合约为例,鉴于词嵌入模型可以捕获代码的语义信息,提出一种基于词嵌入模型的智能合约分类系统.另外,每一个智能合约都关联着一系列交易,我们又通过智能合约的交易信息来更深入地了解智能合约的逻辑行为.据我们所知,本文是对智能合约代码自动分类问题的首次研究尝试.测试结果显示该系统具有较为令人满意的分类性能.     

基于区块链智能合约的代币系统

针对传统代币中存在的公信力不足、监管困难等问题,结合区块链和智能合约技术,设计了一种去中心化的区块链代币系统。以此区块链代币系统为基础,通过部署代币合约、众筹合约,构建了一个基于区块链的众筹系统,实现了基本的众筹功能。同时设计了资金管理合约,实现了众筹成功后对发起者的监督和资金的管理。最后通过以太坊平台进行系统测试,分析了该代币系统的功能性、安全性以及时间性能。结果表明,基于区块链的代币系统在实现代币基本功能的同时,能够有效提升代币的安全性和功能性。     

智能合约安全漏洞研究综述

智能合约是一种基于区块链平台运行,为缔约的多方提供安全可信赖能力的去中心化应用程序。智能合约在去中心化应用场景中扮演着重要的角色,被广泛地应用于股权众筹、游戏、保险、物联网等多个领域,但同时也面临着严重的安全风险。相比于普通程序而言,智能合约的安全性不仅影响合约参与多方的公平性,还影响合约所管理的庞大数字资产的安全性。因此,对智能合约的安全性及相关安全漏洞开展研究显得尤为重要。本文系统分析了智能合约的特性及其带来的全新安全风险;提出了智能合约安全的三层威胁模型,即来自于高级语言、虚拟机、区块链三个层面的安全威胁;并以世界上最大的智能合约平台——以太坊为例,详细介绍了15类主要漏洞;并总结了智能合约安全研究在漏洞方面的进展和挑战,包括自动漏洞挖掘、自动漏洞利用和安全防御三个方面的研究内容;最后,本文对智能合约未来安全研究进行了展望,提出了两个潜在的发展方向。     

基于区块链的公平可验证的多关键词密文排序检索

针对区块链环境下已有的可搜索加密方案实现结果验证和公平支付的成本过高、检索功能局限的问题,提出基于区块链的支持验证与公平支付的多关键词排序检索方案。该方案通过云服务器（CSP）存储加密索引树和执行搜索操作,并且构建了包含验证证明的查找表来辅助智能合约完成检索结果的验证以及公平支付,从而降低智能合约执行操作的复杂性,节约时间和费用成本。此外,结合向量空间模型与词频逆文档频率（TF-IDF）技术构建平衡二叉树结构的索引,并使用安全K邻近对索引和查询向量进行加密,从而实现支持动态更新的多关键词排序检索。安全性和性能分析表明,所提方案在区块链环境下和已知密文模型下是安全可行的;仿真实验结果表明,所提方案能够以可接受的开销实现结果验证与公平支付。     

基于符号执行的智能合约漏洞检测方案

随着区块链技术的应用推广,智能合约的数量呈现爆发式增长,而智能合约的漏洞将给用户带来巨大损失。但目前研究侧重于以太坊智能合约的语义分析、符号执行的建模与优化等,没有详细描述利用符号执行技术检测智能合约漏洞流程,以及如何检测智能合约常见漏洞。为此,在分析以太坊智能合约的运行机制和常见漏洞原理的基础上,利用符号执行技术检测智能合约漏洞。首先基于以太坊字节码构建智能合约执行控制流图,再根据智能合约漏洞特点设计相应的约束条件,利用约束求解器生成软件测试用例,检测常见的整型溢出、权限控制、Call注入、重入攻击等智能合约漏洞。实验结果表明,所提检测方案具有良好的检测效果,对Awesome-Buggy-ERC20-Tokens漏洞库中70份含漏洞的智能合约的漏洞检测正确率达85%。     

基于字节码的以太坊智能合约分类方法

近年来,区块链技术已在金融、医疗和政务等领域得到了广泛应用和关注。然而,由于智能合约的不易篡改性和运行环境的特殊性,各类安全问题频繁出现。一方面是合约开发者在编写合约时出现的代码安全问题,另一方面是以太坊出现不少高风险智能合约,普通用户很容易被高风险合约提供的高回报所吸引,但对合约的风险却无从知晓。然而,关于智能合约安全的研究主要集中于代码安全方面,对合约功能识别的研究相对较少。假如能对智能合约功能进行准确分类,将有助于人们更好地理解智能合约的行为,同时保障智能合约生态安全,减少或挽回用户的损失。已有的智能合约分类方法通常依赖于对智能合约开源代码的分析,但以太坊发布的合约仅强制要求部署字节码,且只有极少数合约公布了其开源代码。因此,提出了一种基于字节码的以太坊智能合约分类方法。收集以太坊智能合约字节码和对应类别标签,然后提取操作码频率特征以及控制流图特征;通过实验对特征重要性进行分析,获取适合的图向量维度及最优的分类模型;在交易所、金融、赌博、游戏和高风险5个类别的智能合约多分类任务中进行实验验证,使用XGBoost分类器时的F1值达到0.9138。实验结果表明所提方法能较好地完成以太坊智能合约的分类任务,并且能够应用于现实中的智能合约类别预测。     

区块链环境下电商消费者网络多子群混合增长模型构建及特性研究

为探究区块链环境下电商消费者行为的复杂网络特性,在对传统局域网络与BBV增长网络研究的基础上,针对区块链环境下电子商务消费者行为的特性,提出2个方面的创新优化： （1）建立基于声誉的有限信任共识机制; （2）构建基于去中心化特性的消费者社团交互选择的智能合约。将共识机制与智能合约融入多子群混合增长模型中,研究在特定参数下,区块链电商消费者网络在复杂网络结构方面的特性。实证研究表明：即使是在具有去中心化、去信任的区块链电子商务环境下,消费者网络依旧会呈现出节点幂律分布的特点和小世界特性。在多子群混合增长模型中,消费者社团划分明显,消费者之间会出现“富者愈富”的马太效应,但是与传统网络电子商务消费者网络相比,其社团结构则更为松散,具有反垄断的特性。实验表明,在该环境下消费者的消费行为更加自由与透明。     

面向智能合约漏洞检测的改进符号执行研究

由于区块链不可窜改的特性,部署到区块链上的智能合约不可更改.为了提高合约的安全性,防止智能合约出现整数溢出、短地址攻击、伪随机等问题,在合约部署之前需对合约进行漏洞检测.针对智能合约的整数溢出漏洞利用符号执行进行分析研究,对现有符号执行方法进行调查发现检测速度较慢,从而提出一种自底向上求解约束的改进符号执行方法,并结合深度优先与广度优先进行路径选择从而提高符号执行的代码覆盖率.实验结果表明,改进符号执行在选取的100份含溢出漏洞的智能合约中检测正确率达84％,平均检测效率提高了20％,在中等规模智能合约中检测效率提升显著,检测结果正确率较高.     

基于深度神经网络的庞氏骗局合约检测方法

区块链技术的发展吸引了全球投资者的目光。目前,有数以万计的智能合约部署在以太坊上。在给金融、溯源等诸多行业带来颠覆性的创新之余,以太坊上的部分智能合约含有诸如庞氏骗局等欺诈形式,给全球投资者造成了数百万美元的损失。但是,目前针对互联网金融背景下庞氏骗局的定量识别方法较少,针对以太坊上庞氏骗局合约检测的研究较少,且检测精度有进一步提高的空间,文中提出基于深度神经网络的庞氏骗局合约检测方法。该方法提取出智能合约中有助于识别庞氏骗局的特征,如智能合约的操作码特征和账户特征,形成数据集,而后在数据集上训练模型,在测试集上检测性能。实验结果表明,基于深度神经网络的庞氏骗局合约检测方法具有99.6%的查准率和96.3%的查全率,均优于现有方法。     

基于区块链与国密SM9的抗恶意KGC无证书签名方案

无证书密码体制能同时解决证书管理和密钥托管问题,但其安全模型中总是假设TypeⅡ敌手（恶意密钥生成中心（KGC））不会发起公钥替换攻击,这一安全性假设在现实应用中具有一定的局限性。国密SM9签名方案是一种高效的标识密码方案,它采用了安全性好、运算速率高的R-ate双线性对,但需要KGC为用户生成和管理密钥,存在密钥托管问题。针对以上问题,基于区块链和国密 SM9 签名方案提出一种抗恶意KGC无证书签名方案。所提方案基于区块链的去中心化、不易篡改等特性,使用智能合约将用户秘密值对应的部分公钥记录在区块链上,在验签阶段,验证者通过调用智能合约查询用户公钥,从而保证用户公钥的真实性。用户私钥由KGC生成的部分私钥和用户自己随机选取的秘密值构成,用户仅在首次获取私钥时由KGC为其生成部分私钥来对其身份标识符背书。随后可以通过更改秘密值及其存证于区块链的部分公钥实现私钥的自主更新,在此过程中身份标识保持不变,为去中心化应用场景提供密钥管理解决方法。区块链依靠共识机制来保证分布式数据的一致性,用户部分公钥的变更日志存储在区块链中,基于区块链的可追溯性,可对恶意公钥替换攻击行为进行溯源,从而防止恶意KGC发起替换公钥攻击。基于实验仿真和安全性证明结果,所提方案签名与验签的总开销仅需7.4 ms,与同类无证书签名方案相比,所提方案能有效抵抗公钥替换攻击,且具有较高的运算效率。     

A blockchain-empowered crowdsourcing system for 5G-enabled smart cities

With the development of 5G(5th generation mobile networks) technology, smart cities are an inevitable trend in modern city development. Among them, smart city services are the foundation of 5G-enabled smart cities. As an emerging and informational city service model, crowdsourcing has been widely used in our daily life. However, in the existing crowdsourcing systems, the requesters and the workers are usually required to use the crowdsourcing platform as the trust center, and the payment depends on the third-party central payment institutions, which have a massive security risk. Once these centers are attacked or do evil, it will bring higher losses to the crowdsourcing parties. These problems will negatively affect the further development of 5G-enabled smart cities. To address these issues, we propose a blockchain-empowered and decentralized trusted service mechanism for the crowdsourcing system in 5G-enabled smart cities. In the proposed mechanism, the crowdsourcing service process is divided into nine stages: initialization, task submission, task publication, task reception, scheme submission, scheme arbitration, payment, task rollback, and service compensation. The smart contract controls the execution of each step in each stage, and the payment is completed by blockchain without the involvement of third-party central institutions. Finally, we develop smart contracts to conduct experiments based on Ethereum and compare it with the existing crowdsourcing system. The experimental results show the effectiveness and applicability of the crowdsourcing system service mechanism without the central institutions.