面向可信联盟的区块链账本可验证修改方法研究

区块链历经十年发展,成为信息技术领域最被寄予厚望的颠覆性技术之一.区块链上链数据具有不可篡改性,历史区块数据一旦确认就不能变更.这保证了区块链历史数据的完整性和可验证,但另一方面,当区块链中出现数据管理需求,即历史区块中过期或无效交易需要被压缩、违法违规信息需要被管控删除时,这种特性也将阻碍区块链对有问题的数据进行修改.类似数据管理需求在联盟链、私有链中尤其突出.传统区块链利用哈希算法的碰撞困难,实现区块和交易的完整性验证.而变色龙哈希存在一个陷门,掌握陷门可以轻松找到哈希碰撞.基于这个特性,本文将该类哈希算法的陷门交给多方管理,从而在不影响前后区块的完整性验证的情况下,实现多方共识修改交易数据的功能.本文进一步对变色龙哈希进行改进,设计了一种适用于联盟链的多中心化的账本修改方案.考虑到交易修改功能的去中心化,即变色龙哈希的陷门不应生成、存放于单个节点的问题,改进后的算法允许联盟链的所有权限节点协作生成系统的变色龙哈希公私钥.同时,为了权衡时间、空间代价与安全性,设计了多种有关私钥生成与同步的共识机制,并对它们的空间开销、通信时间、安全程度等性能进行了对比.本文考虑了一些特殊情况下区块链系统的可用性和问责性.最后,利用改进后的变色龙哈希算法构建了原型链,实现了历史交易的管控功能,描述了数据管理功能的设计细节.实验表明,本文提出的账本修改方案,其最佳区块压缩率可达30％、算法执行速率整体达到毫秒级,且具有可证明的安全性.     

哈希用于区块链存证和反垃圾信息的原理解析

区块链是一项规则与技术完美结合的生态系统创新,解决了保全证据遇到的一些根本问题。论文着重阐述区块链存证的原理和实现,介绍了哈希算法的基本概念、特征和示例,并注重运行原理和程序实现,同时介绍了MD5为代表的哈希散列算法如何应运于区块链存证的错误检查和完整性校验,随后还介绍了根据信息内容实现垃圾信息的识别和防治。哈希表寻址也是非常重要的哈希应用,通过使用哈希表可以明显地提升特定数据库的检索效率,这一点很有代表性,因为检索寻址是很多计算机系统的基础和底层。     

基于以太坊平台的医疗数据安全共享方案

针对中心化医疗数据管理系统易受黑客攻击、数据互操作性差以及患者无数据控制权等问题进行了研究,提出基于以太坊平台的医疗数据安全共享方案。利用区块链结合ElGamal算法、可逆哈希函数实现以患者为中心的安全共享机制,并采用智能合约和控制模块实现对数据使用者的访问控制。通过构建以太坊私链进行仿真,结果与对比方案相比,在满足机密性、完整性、身份验证、不可否认性以及访问控制五大安全性能的同时,具备更低的计算开销。     

基于区块链技术的铁路项目档案管理信息系统设计

铁路内部系统数据库缺乏访问控制机制和加密处理技术，导致信息系统存在安全性低的情况，为了提高信息数据保密性，设计基于区块链技术的铁路项目档案管理信息系统。应用B/S架构设计系统整体框架体系，结合区块链技术设计登录验证模块、档案信息采集处理模块和档案查询模块，以此完善数据库访问控制能力。利用哈希算法+RSE算法对信息进行加密处理，设置三重安全访问机制，强化访问者行为审查力度。结果表明：经过安全测试模型测试，该系统安全等级达到3级，可以有效保证数据库中档案存储安全。     

基于SM2国密算法优化的区块链设计

针对当前区块链系统使用的ECDSA公钥签名算法存在后门安全隐患的问题,提出采用SM2国密算法替换ECDSA公钥签名算法的区块链设计.对SM2国密算法进行详细研究后发现,为突破该算法中较为复杂的椭圆曲线计算以及较高时间复杂度的性能瓶颈,在不影响算法本身安全性的前提下,对算法的核心加密流程进行优化,设计基于已知随机数值序列优化的SM2算法,完成基于优化SM2算法的区块链设计.对优化后的国密算法和区块链系统进行仿真实验与分析,验证了优化后国密算法的有效性和区块链系统的高效性.     

面向区块链溯源的链下扩展存储方案

在基于区块链的供应链管理溯源系统中,由于区块链技术是一种基于分布式的系统,对于区块链中存储的数据所有节点都会进行备份,如果直接把溯源数据存储在链上,这会导致数据占用大量内存,增加溯源系统维护成本和降低系统响应速度的问题。因此提出一种链下扩展存储方案,该方案首先利用SHA-256哈希算法的单向性对明文数据进行哈希运算得到哈希值,然后采用SM2加密算法产生的私钥对哈希值进行签名,保证信息上传者身份的可靠,最后把哈希值和签名值通过智能合约保存在区块链中,明文数据和其哈希值与签名值在区块链上存储的地址则存储在数据库中。通过结合中心化存储和区块链技术各自的优势,既可以保证溯源数据不可被篡改又可以有效减少区块链网络中溯源数据所占内存的大小。最后,在所提方案的基础上,对溯源系统进行详细设计并采用以太坊区块链平台对其进行实现。     

公平且稳定的最小值证明共识机制

共识机制是区块链技术的核心,能够使所有节点周期性地完成交易的验证和记录,且保持所有节点保存的区块链数据的一致。针对目前公有链共识机制的去中心化程度不高和容易临时分叉两个问题,提出一种基于哈希随机选主的最小值证明共识机制（Proof of Minimum,PoM）,利用哈希算法的强混淆性提高去中心化程度,利用哈希算法的抗碰撞性降低临时分叉的概率。理论分析和实验结果表明PoM不仅提高了去中心化程度,也降低了临时分叉的概率。     

边缘计算场景下的多层区块链网络模型研究

近年来,越来越多的研究人员尝试将边缘计算场景中收集的数据存储在区块链上,以解决传统数据存储方案中数据安全性差、防篡改性弱的问题.然而在已有的设计方案中,设备往往需要保存完整的区块数据,并且在对链上的特定数据进行取回或验证时,需要遍历大量的区块以找到对应的数据,降低了边缘计算场景中用户侧的响应速度.此外,传统共识算法也不适用于资源受限的终端设备.针对上述问题,本文提出了一种面向边缘计算的多层区块链网络模型.具体地,该模型被分为了核心层、边缘层和终端层三层:终端层被划分为多个局部网络,每一个局部网络中都包含了一个终端侧区块链,链上存储了该局部网络中终端节点产生的数据;位于边缘层的边缘侧区块链对终端层中的每一个局部网络中的终端侧区块链定期进行备份;核心层中部署了一些核心设备,负责边缘层节点的审核、注册等工作.我们对模拟数据进行了仿真实验,结果表明在该模型中查找某一特定数据哈希的速度相比传统的有向无环图式区块链模型提高了4-7倍.我们还提出了一种自适应工作量证明算法,算法执行的难度可以根据终端节点的行为动态进行调整.实验结果表明,相比传统工作量证明算法,执行该自适应算法的正常节点的交易效率可以提升4-5倍.     

基于国密算法的区块链架构

本文设计并提出了基于国密算法的区块链架构—“国密链”, 以国密算法SM2、SM3替换国际通用密码算法的ECC、SHA-256, 实现了区块链架构的自主可控. 同时, 针对当前区块链架构面临的共识算法妥协的现状, 设计了“可插拔共识”协议, 解决了当前区块链架构面临的共识算法的不可更改的问题.实验结果表明, “国密链”与普通区块链架构在一致性、有效性相近的情况下, 拥有更高的共识效率、更低的资源开销.     

基于区块链的无线Mesh网络认证机制的研究

无线Mesh网络(WMN)由许多网状节点组成,它提供了有效的Internet链接.接入认证安全是WMN快速普及的主要障碍,故提出一种基于区块链的无线Mesh网络认证机制.验证过程只需要比较用户提供的证书计算的哈希值是否与存储在区块链中的哈希值一致,与已有认证机制相比简化了认证流程,减少了认证延迟,提升了认证效率,解决了集中式架构容易导致的单点故障问题,达到分布式认证效果,区块链技术的引入为解决无线Mesh网络中的安全问题提供了新思路.