一种智能合约微服务化框架

区块链具有分布式、不可篡改、去中心化、历史可追溯等特点,但难以落地.智能合约的引入,有效地解决了这一难题.然而,智能合约的开发和运维存在部署效率低、监控工具不成熟等问题.受DevOps自动化工具支持微服务持续交付、持续监控的启发,针对上述问题,提出了一种用于智能合约微服务化改造的框架.随后,结合支持DevOps的工具设计原型平台Mictract,完成智能合约的部署和监控.在Hyperledger Fabric官方链码Marbles上的案例研究表明,该框架和原型平台能够显著提升智能合约部署和监控的自动化水平.     

面向合同的智能合约的形式化定义及参考实现

智能合约是区块链系统的核心组件,在现实中广泛应用.然而,目前没有关于智能合约的统一定义,在不同的区块链平台上,智能合约的实现也相差甚远.这样将影响公众对智能合约的认知,也对产业的发展造成障碍.回顾了智能合约的发展历史,梳理其概念的变化过程.归纳智能合约的本质,对现有智能合约的实现进行了分析和对比.给出了面向合同的智能合约的形式化定义,为智能合约的标准化奠定基础.提出了独立于区块链平台的、通用的智能合约实现方法.在目前广泛应用的联盟链区块链平台Hyperledger Fabric上面进行了具体实现.最后对未来工作进行了展望.     

基于区块链智能合约的应用研究综述

通过概述区块链智能合约的运作原理及应用研究现状,对现存项目和存在的问题进行分析总结.首先,基于区块链智能合约整体架构介绍合约模型及运行原理,以Ethereum、Hyperledger Fabric和EOSIO三大区块链平台为例分析智能合约部署原理并对三大平台进行对比分析.针对国内外区块链智能合约的应用研究进行归纳总结,并讨论区块链智能合约未来创新应用和发展趋势.从金融交易、物联网和医疗应用三大应用研究领域介绍了基于Ethereum和Hyperledger Fabric平台的区块链智能合约应用现状,进一步探讨了基于EOS(enter-prise operation system)的应用研究和其他应用领域研究现状.最后,从隐私、机制设计与安全、性能和形式化验证等智能合约自身存在问题及三大平台应用存在的不足对区块链智能合约的未来研究方向进行分析和展望.     

面向Hyperledger Fabric的SQL访问框架

区块链技术具有去中心化、不可篡改、可追溯等优势,已经在各领域得到广泛应用.但区块链作为一项前沿技术,存在开发难度大、学习成本高等问题,且大多数开发者更熟悉基于关系型数据库的应用开发方法,即通过SQL操作关系型数据库.Hyperledger Fabric是目前最为主流的区块链开发框架.针对此问题,文中提出了一种面向Hyperledger Fabric的SQL访问框架.首先,针对Fabric和SQL底层存储结构不一致的问题,定义了关系模型至键值模型的转换规则,实现了模型转换算法;然后,基于智能合约技术开发了 SQL执行合约,实现了 SQL语句向底层状态数据库CouchDB操作语句的自动转换,进而操作Fabric底层的数据;最后,从应用层开发的角度,设计了应用自动化重构工具,工具包含两个部分,分别是应用重构工具和区块链网络的交互中间件Fabric-Driver.实验结果表明,相比现有方案,使用所提框架开发区块链应用能节省82％左右的时间,且使用此框架降低的读写性能仅有5％左右.     

基于Fabric的出行数据隐私保护方法

针对智能交通出行数据共享中的隐私保护问题,提出一种基于Fabric的出行数据隐私保护模型。利用区块链不可篡改、可追溯的特性,结合AES算法与访问控制列表机制,从出行数据的上传、查询和访问控制等方面对模型中Fabric区块链数据库、智能合约、中间件等模块进行设计和实现。安全性分析和实验结果表明,所提方法具有较好的安全性、保密性以及可行性,可以提高智能交通出行数据共享环境下的个人隐私安全。     

一种Golang单元测试打桩工具

介绍一种Golang语言的单元测试打桩工具.TDD(测试驱动开发)中需要先写单元测试再实现功能,但Golang自带测试工具Testing不能满足TDD实践.通过对比Golang几个流行的单元测试打桩工具,实例演示了Monkey打桩完成单元测试.     

BETASCO: 面向智能合约分片的联盟区块链系统

基于区块链的去中心化应用已在加密数字货币、云存储、物联网等多个领域提供健壮、可信且持久的服务, 然而区块链的吞吐能力难以满足去中心化应用日益增长的性能需求. 分片是当前主流的区块链性能优化技术, 但现有的区块链分片主要面向用户和用户之间的转账交易, 并不完全适用于以智能合约调用交易为主的去中心化应用. 针对此问题, 设计并实现面向智能合约分片的联盟区块链系统BETASCO. BETASCO为每个智能合约提供一个分片作为独立执行环境, 通过基于分布式散列表的合约定位服务将交易路由至目标智能合约所在的分片, 并通过智能合约间的异步调用机制满足跨智能合约的通信和协作需求. BETASCO通过节点虚拟化允许一个节点加入多个分片, 支持同一组节点上多个智能合约的并行执行. 实验结果表明, BETASCO整体吞吐能力可随智能合约数量的增加而线性增长, 且执行单个智能合约的吞吐能力与HyperLedger Fabric相当.     

高职“区块链+”创新创业支撑平台关键技术研究与构建

针对高职院校学生开展区块链技术学习时学习门槛高、实验环境配置复杂等实际情况,提出一种基于OpenStack云计算技术构建面向高职院校学生的“区块链+”创新创业支撑平台方法,利用OpenStack实现基础资源虚拟化管理,构建Hyperledger Fabric区块链技术学习和实践应用实验环境支撑平台,实现区块链环境配置、Fabric网络配置、智能合约部署、应用开发与优化等一系列实践应用支撑。同时,设计基于Hyperledger Fabric的供应链金融试验案例,模拟商品从生产商到零售商的完整供应链流程,结果表明支撑平台对区块链技术的知识学习和实验应用实践起到了良好的支撑作用,有助于学生开展区块链技术的学习和实践,增强学生的实践能力和创新能力,推动高职院校在区块链领域的教学和科研水平的提高。     

基于区块链的数字化智能合约研究

随着区块链近年来热度的不断提高,智能合约也逐渐受到人们重视.智能合约是一段能够自动运行代码,允许开发人员根据具体协议、业务或逻辑个性化地开发,而区块链的去中心化、分布式等特点为智能合约的应用提供了良好的平台.首先阐述了区块链及智能合约的架构与发展,并针对部队航空导弹业务登记场景,使用超级账本作为开发平台,提出基于区块链的智能合约设计方案,并对某型航空导弹气密性检查进行了智能合约的开发、部署与调试;最后对智能合约的有效性、安全性以及隐私保护手段等方面进行了安分析,为部队应用区块链技术及智能合约提供参考.     

边缘计算模式下全同态加密智能合约设计

区块链产生的成千上万的交易信息数据不断被收集到区块链中,会给区块链网络的计算资源和存储空间造成极大负担.为了解决区块链网络计算资源不足和存储空间有限的问题,我们将边缘计算模式应用于联盟链Hyperledger Fabric系统中,在区块链中设计了基于边缘计算模式的智能合约,以提高区块链的存储空间和运行效率.在此基础上,...     

一种高级智能合约转化方法及竞买合约设计与实现

智能合约是运行在区块链上的数字协议,智能合约的开发涉及计算机、金融、法律等多个领域,近年来高级智能合约语言已被提出用于解决不同领域人员阅读、交流与协同开发难的问题,然而上述语言与可执行智能合约语言之间仍缺少有效的转化方法.针对这一问题,本文设计了一种SPESC到目标程序语言(Solidity)的转化规则,并提出了一种包括高级智能合约层、智能合约层和机器代码执行层的三层智能合约系统框架.首先,转化规则给出了根据SPESC合约当事人定义生成目标语言当事人子合约、以及SPESC其余部分生成目标语言主体子合约之间的对应关系;其次,除程序框架与存储结构外,目标语言程序还包含当事人人员管理、程序时序控制、异常检测等机制,这些机制能辅助编程人员半自动化地编写智能合约程序;进而,通过两个实验验证了上述高级智能合约框架的易读性以及转换的正确性,第一个实验邀请了计算机与非计算机人员分组阅读Solidity和SPESC的智能合约并回答问卷,结果表明阅读SPESC的速度约为阅读Solidity两倍,准确率也更高.然后以竞买合约为实例,给出了根据上述转化规则从SPESC合约转化到可执行Solidity合约语言程序,并通过以太坊私链部署运行来验证转化过程的正确性.实例表明上述转化规则和系统框架可简化智能合约的编写、规范智能合约的程序结构、辅助编程人员验证代码的正确性.     

面向MSVL的智能合约形式化验证

智能合约是运行在区块链上的计算机协议,被广泛应用在各个领域中,但是其安全问题层出不穷,因此在智能合约部署到区块链上之前需要对其进行安全审计,然而,传统的测试方法无法保证智能合约所需的高可靠性和正确性.说明了如何使用建模、仿真与验证语言（MSVL）和命题投影时序逻辑（PPTL）对智能合约进行建模和验证,首先介绍了MSVL与PPTL的理论基础;之后通过分析和对比了Solidity与MSVL语言的特性,开发了能够将Solidity程序转换为MSVL程序的SOL2M转换器,并详细介绍了SOL2M转换器的设计思路;最终通过投票智能合约和银行转账智能合约两个实例,给出了SOL2M转换器的执行结果,使用PPTL从功能一致性、逻辑正确性以及合约完备性三个方面描述了合约的性质,给出了使用统一模型检测器（UMC4M）对合约进行验证的过程.     

智能合约安全漏洞挖掘技术研究

近年来，以智能合约为代表的第二代区块链平台及应用出现了爆发性的增长，但频发的智能合约漏洞事件严重威胁着区块链生态安全。针对当前主要依靠基于专家经验的代码审计效率低下的问题，提出开发通用的自动化工具来挖掘智能合约漏洞的重要性。首先，调研并分析了智能合约面临的安全威胁问题，总结了代码重入、访问控制、整数溢出等10种出现频率最高的智能合约漏洞类型和攻击方式；其次，讨论了主流的智能合约漏洞的检测手段，并梳理了智能合约漏洞检测的研究现状；然后，通过实验验证了3种现有符号执行工具的检测效果。对于单一漏洞类型，漏报率最高达0.48，误报率最高达0.38。实验结果表明，现有研究涵盖的漏洞类型不完整，误报及漏报多，并且依赖人工复核；最后，针对这些不足展望了未来研究方向，并提出一种符号执行辅助的模糊测试框架，能够缓解模糊测试代码覆盖率不足和符号执行路径爆炸问题，从而提高大中型规模智能合约的漏洞挖掘效率。     

以太坊中间语言的可执行语义

智能合约是实现各类区块链应用的核心软件程序.近期,以太坊区块链平台（Ethereum）上的智能合约暴露出大量错误和安全隐患,在国际上引发了智能合约形式化验证的研究热潮.为提供高可信度的验证结果,智能合约程序语言的形式化必不可少.本工作对以太坊中间语言Yul进行形式化,首次给出了其类型系统和小步操作语义的形式化定义.该语义为可执行语义（executable semantics）,由120个Yul语言程序组成的测试集进行测试.本工作在Isabelle/HOL证明辅助工具中完成,为基于定理证明的智能合约正确性、安全性验证奠定了基础.     

基于自定义日志的Fabric的共识交易轨迹可视化追踪方法

联盟链缺少展示各个节点资源使用情况、健康状态、互相关系、共识交易流程等方面的可视化方法,为此提出一种基于自定义日志的Fabric共识交易轨迹追踪方法（FTL）。首先,以典型联盟链框架Hyperledger Fabric为基础设施实现区块链底层构建;然后,利用ELK工具链收集与解析Fabric的自定义共识交易日志,并利用Spring Boot作为业务逻辑处理框架;最后,采用专注于图分析领域的Graphin实现共识交易轨迹的可视化。实验结果表明,与原生Fabric应用相比,基于FTL的Fabric的应用框架在实现可视化追踪基础后,平均性能仅下降了8.8%,未造成显著延迟,可以为监管方提供更加智能的区块链监管方案。     

基于Fabric的快速公平合同签署协议

区块链在商业交易领域的快速发展及应用,尤其是交易合同的签署对公平的需求,导致传统的单向信任模式的区块链需要更换为双向信任模式。基于已有的多种公平合同签署协议（fair contract signing protocol,FCSP）,提出一种面向Fabric区块链的快速公平合同签署协议（TFCSP）,与已有FCSP的分步多次区块上传或者简单智能合约的实现不同,TFCSP通过修改Fabric的gossip进程,由交易发起方对交易签名、接收方对块信息验证并签名再进行上传,这种多次异步签名一次上传及二次验证合约内容的方式保证了双向信任,并且大大提升了交易的效率。最后将该协议应用到保险区块链,完成其架构设计,并通过实验验证其有效性,实验结果表明,该协议在保证交易可信的前提下保持了较好的性能。     

基于纳什均衡的智能合约缺陷检测

本文研究区块链智能合约的缺陷检测问题,即检测合约中是否存在部分合约方无论选择什么动作,均无法避免损失的状态.将智能合约问题转换成合约状态迁移图上的博弈策略选择问题,提出了基于纳什均衡理论的合约缺陷自动检测方法,以及为了提高检测效率,提出了针对合约状态变迁图和博弈策略形式的一系列化简方法.最后,实现了一个智能合约建模、分析和部署工具.针对一组真实合同的实验表明,该工具能自动发现部分合同缺陷,化简方法提升缺陷检测效率的效果明显.     

基于区块链的身份托管模型研究

针对现有中心化信任下用户多身份管理难的问题,提出一种基于区块链的身份托管模型。模型将用户拥有的各个系统的身份信息采用椭圆曲线算法加密签名,确保身份信息的所有权;设计了身份认证区块链模型和身份信息上链的智能合约,将身份签名结果存储到区块链中,确保其安全和不可篡改;设计了登录验证的智能合约,使用用户公钥对签名信息验证用户是否具有登录系统的权限。对该区块链身份托管模型在Hyperledger Fabric中进行实验论证,实验结果表明,该模型具有高的安全性和时间效率,能方便管理用户的多个系统身份信息。     

基于改进哈希时间锁的区块链跨链资产交互协议

区块链是近年来炙手可热的技术话题之一,与其相关的研究理论正在不断丰富。然而,距离区块链技术落地仍面临着吞吐量小、处理效率低的关键问题。针对该问题,跨链技术作为一种有潜力,同时具备扩大吞吐量处理能力、提升处理效率的区块链技术而被广泛关注。文中给出了一种基于改进哈希时间锁的跨链资产交互协议(A Novel Hash-Time-Lock-Contract Based Cross-Chain Token Swap Mechanism, NCASP),创造性地为Fabric区块链引入账户体系,融合智能合约技术实现了在以太坊和Fabric联盟链网络之间的安全无缝资产交换。NCASP协议在每笔HTLC(Hash Time Lock Contract)转账中设置了不同的中间账户进行资产托管和转移,并在交易完成后及时销毁,使得在原有跨链交易速率不变的同时,保证了交易的安全性。通过对协议进行仿真模拟表明,该协议适用于以Fabric为代表的联盟链与比特币以及以以太坊为代表的公链,无需第三方区块链介入,即可实现高效安全的跨链资产交换,且在交易效率上比BSN(Blockchain Service Network...     

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.