区块链即服务:下一个云服务前沿

区块链的本质是分布式账本.它作为比特币的底层技术日益被熟知,具有去中心化、开放性、自治性、信息不可篡改、匿名性的特点.区块链即服务(blockchain as a service)则是把区块链当作基础设施,并在其上搭建各种满足普通用户需求的应用,向用户提供服务.区块链即服务已成为云计算领域的研究重点.研究了区块链即服务最新的技术发展状况,结合行业研究和企业实践探索,对区块链即服务的架构以及各模块功能进行了概要设计说明,为区块链即服务的发展提供了通用架构模型.另外,分析了结合区块链即服务的云计算相关技术特点,并给出了可能的攻击模型.最后,结合行业区块链即服务的应用,对区块链即服务的技术前景进行了展望.     

结合深度强化学习的区块链分片系统性能优化

提高区块链系统吞吐量是广泛应用区块链的关键问题之一。针对以上问题,将分片技术应用到区块链系统中,通过使区块链并行处理事务提高区块链的吞吐量。将区块链分片选择问题建立为马尔科夫决策过程（Markov decision process,MDP）,并设计了基于深度强化学习（deep reinforcement learning,DRL）的区块链分片最优选择策略（branching dueling Q-network shard-based blockchain,BDQSB）。所采用的BDQSB算法克服了传统DRL算法行为空间维度高、神经网络难以训练的缺点。仿真实验结果表明,所提出的方法可以有效降低行为空间维度,提高区块链处理事务的吞吐量和可扩展性。     

区块链监管的现状与展望

区块链作为监管利器已经在多种场景下实现了监管创新,大大降低了监管成本。然而,区块链"自律"和"他律"机制的缺乏揭露了其技术自身的安全隐患。对区块链技术自身的监管是在区块链技术快速发展中亟待解决的问题之一,需要结合区块链技术自身的规则及框架,对区块链技术制定技术层面、法律政策层面等多维度的监管方案。文章首先分析了区块链技术的特点及其在监管方面的促进作用,着重分析了区块链技术自身监管的重要性及现状,其次阐述了区块链监管及自我监管的具体需求,并提出对区块链技术进行监管的未来发展方向及优化方案。     

基于文献计量的国内区块链技术研究及应用态势分析

为分析区块链技术的发展态势,从区块链总体论文产出、区块链应用、区块链金融3个方面设计检索需求,以CNKI中检索获得的文献为样本,引入文献计量分析的方法,并使用CiteSpace软件绘制关键词共现图谱、作者合作和机构合作图谱,对数据进行直观的可视化分析。在分析中,对区块链应用的关键词按含义进行相应的分类,并通过对区块链热点关键词的追踪统计,创新性地提出热点关键词的变化快慢与研究趋势的关联关系。结果表明,区块链相关论文从2015年开始至今呈现爆发式增长,区块链在金融方面的应用与研究、区块链自身特性技术、区块链与新兴技术的结合这些方面是当前研究的热点问题。对于作者和机构在区块链研究中的合作较少,科研合作团体有待形成。未来区块链研究重点更趋向于实际应用与新兴技术的结合。     

区块链扩展技术现状与展望

近年来,区块链技术引起广泛关注,其作为一种分布式账本技术,由于具备开放性、透明性和不可篡改性,已经被应用到诸多领域.但随着用户数量和访问需求的大幅增加,现有区块链体系结构可扩展性不足导致的性能瓶颈,制约了区块链技术的应用和推广,如何解决可扩展性问题已成为学术界和工业界关注的热点.对已有的区块链扩展方案进行分析和总结.首先,介绍区块链基本概念和可扩展性问题的由来,定义可扩展性问题并提出衡量可扩展性的指标.其次,给出分类框架,将现有方案按网络扩展、链上扩展、链下扩展3大类进行介绍,通过对不同的区块链可扩展性方案进行分析,比较各自的技术特点并归纳优缺点.最后,对亟待解决的开放性问题进行讨论,展望区块链技术未来趋势.     

基于云计算的物流区块链共识算法研究

为解决物流企业供应链的商流、物流、资金流、信息流、服务流等信息的不可篡改性、物品可溯源性、公证防伪不可抵赖性、资金的安全性等日益迫切的问题,提出了基于云计算的物流区块链模型及区块链共识算法。分析传统物流交易流程及其交易模型存在的问题,提出利用云计算与区块链解决其存在不足的思路;根据云计算与区块链的技术特点,融合各自的优势,给出物流区块链和云物流区块链的定义,提出基于云计算的物流区块链模型。根据实用拜占庭共识算法的基本原理和云物流区块链模型,结合去中心化和不可抵赖性的要求,对物流区块链共识算法进行设计,并与原始实用拜占庭共识算法、优化MinBFT算法进行分析比较。该算法与PBFT、MinBFT、CloudPBFT等算法进行对比实验,实验结果表明该算法在节点大于3f+1时,节点越多,吞吐量越大,其吞吐量以及网络延迟时间皆优于PBFT、MinBFT、CloudPBFT等算法。因此,该算法是一种可靠而有效的,具有去中心化和不可抵赖性的物流区块链共识算法。     

一体化区块链BaaS平台的设计与实现

针对区块链应用的性能和功能需求，研究了一体化BaaS平台的设计理念，提出了可支持快速联盟业务链构建的 BaaS总体架构，从高可用计算技术、应用标准以及接入规范等方面研究了BaaS平台的设计和实现方法。最后通过50条区块 链中的用户登录、数据上链和链上数据查询三个场景验证了所提方案的可行性。     

针对区块链应用的查询优化模型

区块链应用有去中心化、可追溯、不可篡改等优点,但现有的区块链系统难以满足在大数据量下数据的查询、访问需求。针对以上问题,结合ETL流程与区块链自身特点,提出一种区块链应用查询优化流程模型ETLVQ（Extract-Transform-Load-Validation-Query）。模型分为三个阶段：在第一阶段将区块链应用中异构数据源的数据进行抽取、转换并加载到查询优化数据仓库中;在验证阶段对加载后数据进行一致性校验;在查询阶段对外提供查询访问服务。该模型在保证区块链数据安全性的前提下,显著提升了区块链应用的查询访问效率与并发能力。     

语义区块链研究综述

区块链因具有去中心化、不可窜改、可追溯、集体维护、可编程和安全可信等特点,已应用于金融、物联网、供应链与物流链管理、数字资源版权管理等行业,但因缺乏链间互操作、无法索引查询等问题,极大制约了它的深入应用.语义Web技术和区块链技术融合产生的语义区块链技术,有望解决这些相关问题.为方便研究者系统地了解语义区块链的研究现状和发展趋势,对语义区块链技术进行了综述.首先,分析了区块链对语义Web技术的需求、语义区块链的优点;然后,分析和总结了语义区块链的研究和应用现状,包括区块链本体的设计、区块链数据的语义描述、语义数据的存储、智能合约的语义化、语义区块链的相关应用;最后,对语义区块链的主要研究方向进行了展望.     

一种抗合谋攻击的区块链网络分片算法

分片技术是区块链用来解决可扩展性问题的主流技术之一。通过分片技术可以有效地提升区块链的吞吐量,然而由于子链算力分布不均导致区块链安全性差。为了降低网络分片引起的子链合谋攻击风险,提出基于一种抗合谋攻击的区块链网络分片算法（anti-collusion attack network sharding algorithm for blockchain,AANS）。该算法综合考虑节点行为特征及算力特征,通过轮询区块链网络中的恶意节点,将算力均匀分配在各个子链中,避免恶意节点聚集造成合谋攻击问题。仿真实验从子链恶意节点数量、子链合谋算力、子链合谋攻击占比和危险子链占比这四个方面验证所提出AANS算法的有效性。仿真结果表明,AANS算法可以有效避免子链恶意节点聚集,降低子链合谋攻击风险,保证区块链子链的安全性。     

基于区块链的医药防伪溯源系统研究

为了解决目前医药防伪溯源系统中存在的中心化易篡改、存储信息不全面以及信息私密性等问题,提出了一种基于区块链的医药防伪溯源系统。此系统在超级账本（Hyperledger）的Fabric区块链平台上开发,系统环境配置有医药厂、经销商、医院3个组织,通过Go语言开发链码,采用Node.js来编写客户端程序,并结合链码中的药品溯源功能发起查询请求。最终,通过证书认证的用户账号可以实现药品信息在网页的查询,且查询响应时间的平均值为22?ms。区块链所具有的数据难以篡改、时间戳以及交易可追溯的特性能很好地应用于医药防伪溯源系统,使系统溯源功能更加完善,且消费者能得到包括药品生产信息、物流信息及使用信息在内的全部溯源信息。     

基于区块链的数字货币发展现状与展望

数字货币(Digital currency)作为区块链技术迄今为止最典型也最成功的应用, 得益于区块链分布式共识与去中心化信任的技术优势, 也促使了区块链技术与经济活动的深度融合, 并由此改变了数字社会的组织方式. 近年来, 无论是在基础理论研究方面, 还是在实践应用发展方面, 数字货币均呈现出了蓬勃向上的态势. 本文从技术创新、机制设计以及风险监管三个角度梳理了数字货币的主要研究问题, 详细阐述了基础支撑技术、隐私保护技术、共识机制、激励机制、币值机制、发行机制、风险分析、监管考量等方面的研究进展、存在问题及应用现状, 并展望了未来重点研究方向, 致力于为数字货币领域的研究提供有益借鉴.     

高性能联盟区块链技术研究

以上海证券交易所“去中心化的主板核心交易系统”作为业务场景，旨在研究高性能联盟区块链的优化算法.在联盟链关键技术研究的基础上，结合现有主板证券竞价交易系统的业务，提出了系统架构以及关键技术的实现.对业务逻辑与共识分离、存储优化和数字签名验证优化（包括合并验签和GPU加速）等可提高联盟链性能的优化策略进行了详细的介绍和分析.最后，通过一系列对比实验来验证优化策略的有效性.实验结果表明，这些优化手段极大地提高了去中心化的主板核心交易系统的性能.     

区块链原理及其核心技术

随着第一个去中心化加密货币系统——比特币系统自2009年上线成功运行至今,其背后的区块链技术也受到广泛关注.区块链技术独有的去中心化、去信任的特性,为构建价值互联平台提供了可能.在比特币白皮书中,区块链的概念十分模糊,而现有的一些介绍区块链的文章中,也多从抽象层次进行介绍,对于更深入的后续研究提供的帮助十分有限.本文首先将区块链技术从具体应用场景中抽象出来,提取出其五层核心架构,并就其中数据、网络、共识三层基础架构作详细说明.这三层架构包含了区块链系统中的三大核心技术:密码学、共识算法、网络.文中介绍这三种技术的研究现状,能够使读者迅速了解区块链技术的发展状况,并能根据自己的需要进行深入阅读.最后,介绍了区块链目前的应用现状和技术展望.     

几种典型区块链共识机制的安全性分析

区块链技术源于比特币的出现,随着比特币和其他数字货币在金融市场的火爆,区块链技术得到了各界的广泛关注。共识机制是区块链技术的核心,区块链上的账本和数据都是共识机制的产物,一旦共识机制的安全性出现问题,区块链的可用性和信用度都将受到严重的打击。本文从共识机制的安全性出发,首先介绍区块链和共识机制的概念,然后对3种典型的区块链共识机制进行对比分析：通过逐一研究针对3种共识机制的攻击方法,对它们的一致性和敌手模型进行对比。最后,指出了目前区块链共识机制安全性分析上的局限性,并明确了未来研究共识机制安全性的方向。     

基于Kubernetes的Fabric链码管理及高可用技术

区块链即服务（BaaS）平台的核心在于如何将区块链网络部署在云计算平台上。Fabric部署可以按照组件启动时间分为静态组件和动态链码两部分,而链码部署是Fabric云化最核心、最复杂的部分。因为Fabric本身没有针对Kubernetes开发接口,所以业界当前的方案均是通过一系列辅助技术实现链码部署,而这些方案并没有将链码随静态组件一起纳入到Kubernetes管理环境中。针对当前BaaS方案存在的问题,主要做了如下几项工作：1）比较全面地研究了底层基础设施,尤其是生产环境下的高可用性Kubernetes平台;2）设计并实现了Fabric在Kubernetes上的云化部署,尤其是链码部分通过一个全新的容器控制插件实现了对Kubernetes在代码级别上的支持,并完成了将链码纳入Kubernetes环境管理的目标;3）用函数计算服务来管理Fabric链码的部署,从而实现了一个全新的链码执行模式,即从“启动-等待-调用-等待”的模式改变为“启动-调用-退出”的模式。上述在Fabric云化部署尤其是链码部署管理方面的工作,对基于Fabric和Kubernetes的BaaS平台优化有一定的参考价值。     

基于信誉的二阶段溯源区块链共识策略

基于区块链技术的产品溯源系统在现代供应链系统中被广泛应用,溯源区块链适合采用联盟链来构建,其参与利益方多、共识网络差异化高的特性影响了此类区块链系统的性能和安全性。对区块链共识过程进行分析,构建模拟溯源区块链的系统模型和信誉模型,以排除拜占庭故障节点。在此基础上,设计包含代表选择和代表共识两个阶段的共识过程,并提出一种基于信誉的二阶段溯源区块链共识策略RTsBFT。实验结果表明,在相同的配置环境和条件下,相比CSBFT和PBFT策略,RTsBFT可取得更高的系统吞吐量、更短的延迟和更低的故障节点率,能够有效提高联盟链场景下溯源系统的性能和安全性。     

区块链分片技术综述

区块链作为分布式账本的关键技术之一,其去中心化、可匿名、不可篡改的特性受到学术界和工业界的青睐,被广泛应用于金融、数字货币、公共服务等领域。分片技术作为区块链扩容的主流方式之一,能够在不降低区块链去中心化程度的同时实现高性能的链上扩容,从而解决区块链可拓展性不足以及吞吐量较低的问题。介绍近年来出现的分片技术以及相关协议,总结分片技术的关键理论与方法,从分片配置、重配置、片内共识协议、跨片共识协议、状态存储等方面对分片技术方案进行对比,归纳不同分片方案在网络分片、交易分片、状态分片等设计中存在的优势和不足。同时,阐述一些经典分片技术在性能和实现方式上的特点,对许可区块链和无许可区块链、片内共识协议、跨片共识协议、准入性方案、状态分片方式等进行分析和概述。在此基础上,从分片内、分片间以及系统层级的角度总结分片技术当前所面临的困境和挑战,并对该领域的发展前景及未来研究方向加以展望。     

响应式许可链基础组件——RepChain

区块链系统的核心价值是建立多方信任,在面对企业级应用场景时需要增强安全性、实时性、友好性设计;面对国内自主可控和技术发展需求,应积极倡导开源共赢.为此,提出了开源的响应式许可链基础组件RepChain （reactive permissioned chain）,它通过全新设计系统架构,突出了响应式、松耦合、轻量级、协同性共识、合约分级部署、运行状态可视化等特点.通过在身份准入的基础上建立安全信道,采用协同性共识代替公有链的竞争性共识,提高了交易的实时性和交易通量.经实验证明,响应式许可链在交易通量、实时性和韧性方面有较大提升.     

SDN多控制器共识机制研究综述

【背景】伴随着区块链逐渐应用于新一代互联网络的域名、路由、公钥等基础设施,其重要性日益彰显。作为区块链以及整个分布式系统领域的核心技术,共识机制直接影响着区块链的处理能力、可扩展性及安全性,也影响着其在互联网基础设施中的根基。【目的】对软件定义网络SDN(Software Defined Network)中用于实现多控制器之间数据共享的共识机制设计进行综述,分析当前设计中存在的问题并提出解决方案,为相关研究工作提供参考。【方法】本文首先对共识机制的研究现状进行了概述,然后重点对SDN多控制器共识机制设计的研究现状进行了综述,对其中存在的问题进行了分析,并基于区块链技术提出了解决方案,介绍了当前将区块链技术应用于SDN网络的研究现状。【结果】当前SDN多控制器共识机制在实际部署中多采用以Raft为代表的宕机容错类共识机制,无法应对控制器或交换机等恶意行为,现有研究尝试引入拜占庭容错类共识解决该问题,并针对共识机制在SDN网络中的应用进行自适应设计以提高系统运行性能,但当前的SDN控制层中的用于实现控制器间数据共享的共识机制设计仍存在着共识网络部署不灵活、控制器运行共识机制带来巨大开销方面的问题。【结论】本文提出的基于区块链的控制器层数据共享第三方服务具有安全、可信、部署灵活等方面的优势,可为上述问题提供解决方案。本文提出的基于区块链的SDN网络可信基础设施作为数据共享服务的扩展架构,可为SDN提供多种安全可信服务。