基于区块链的5G物联网数据共享方案

海量的物联网数据拥有巨大价值,而现有基于云的数据共享机制,面临单点故障、内部泄露等问题,无法确保用户数据的安全共享。为实现高效可信的数据共享,利用区块链技术,提出了基于区块链的5G物联网数据共享方案。该方案首先设计了数据共享框架和数据共享流程;然后基于闪电网络方案,提出了面向物联网数据共享的链下交易机制。实验分析表明,基于区块链的5G物联网数据共享方案具有较强的抗攻击能力;基于闪电网络的交易机制,能够大幅提高交易吞吐量、降低交易时延。     

基于智能合约的数据共享激励机制研究

随着大数据时代的到来,构建数据共享社区成为一种促进数据收集、流通和使用的新模式,但是在传统社区组织方式下,成员由于互不信任导致不愿共享数据,且共享社区普遍缺乏有效的激励机制,从而限制了数据共享社区的发展。区块链的本质是一个分布式账本,能够提升数据共享的透明性,防止信息滥用,所有存在区块链上的数据可溯源且不可篡改,可以保证数据的归属权,这些都为成员之间的信任打下了基础。在基于区块链的数据共享社区平台上,结合演化博弈理论构建一种数据共享激励模型EGDSI,并通过复制动态力学方程与演化稳定策略分析,得出影响数据共享的关键因素与数据共享激励的3种策略。在此基础上,利用区块链智能合约技术实现安全、高效且动态可调节的数据共享模板引擎。对共享策略影响因素和智能合约激励机制进行仿真分析,结果表明,该数据共享激励机制可以有效促进用户参与数据共享,相较EGI模型,EGDSI模型能够更快地达到数据共享饱和状态。     

基于跳跃Hash和异步共识组的区块链动态分片模型

区块链系统的实现方案普遍存在性能和容量上的缺陷,使其无法取得更广泛的普及和应用。分片被视为最有可能解决区块链瓶颈的技术,然而目前主流的实现方案普遍存在牺牲去中心化或者安全性来提升性能的问题。基于现有分片技术的研究,文中提出了基于跳跃Hash和动态权重的分片构建算法,该算法满足高效性、公平性、自适应性等特点,网络分片效率对比以太坊提升了8%,分片数量动态增减时节点迁移的工作量对比以太坊降低了25%;同时引入了异步共识组机制,提升了分片的交易安全性,能够有效处理跨分片交易。理论分析和实验证明,基于跳跃Hash和异步共识组的区块链动态分片模型的最大交易性能可达5000笔每秒。     

一种基于LWE‐CPABE的区块链数据共享方案

为应对量子计算对区块链上基于数论的隐私保护技术所带来的威胁,将区块链技术与格属性基加密算法有效融合,提出一种基于格的后量子CPABE区块链数据共享方案。将容错学习（LWE）作为方案的困难问题假设,构造一种基于格的密文策略属性基加密算法LWE-CPABE,抵御量子计算对公钥密码安全的攻击,实现数据的安全共享。设计算法参数的标准格式化交易结构,以满足LWE-CPABE算法的可追责性。在此基础上,给出交易生成与交易验证智能合约,以实现交易的自动验证与共识。功能性分析与仿真实验结果表明,该方案在算法初始化、加解密以及密钥生成的计算效率方面均优于传统的基于双线性映射理论的CPABE方案,可实现区块链上数据的高效、安全、动态共享与隐私保护,明显提高区块链数据共享安全性。     

基于分区型区块链医疗电子病历共享方案

针对基于传统区块链进行医疗数据共享时可扩展性受限制的问题,提出一种基于分片技术的区块链扩容共享方案.首先,基于跳跃一致性哈希算法进行周期性网络分片,通过随机划分全网节点大幅度降低单分片内女巫攻击的风险;其次,分片内使用可扩展的去中心化信任基础设施区块链(SBFT)共识协议以降低实用拜占庭容错(PBFT)共识协议的高通信...     

面向异构物联网的可靠区块链激励机制

区块链具有不可篡改、可追溯、去中心化等特点，已成为未来6G物联网数字化的重要解决方案。在物联网中部署区块链系统，需要在物联网中部署共识机制。然而，目前的研究很少考虑到物联网节点的资源异构性对共识机制执行的影响。提出了一种面向异构物联网的可靠区块链共识的激励机制，用于解决道德风险和逆向选择问题。该激励机制最大化区块链服务提供商的效益同时满足物联网节点的个体理性和激励相容的约束条件。仿真结果表明该方案在可靠环境下，激励机制提高区块链服务提供商的效益是有效的。     

基于区块链的分布式无人机数据安全模型

针对无人机协同作业信息安全和数据通信问题,提出一种基于区块链的分布式无人机数据安全模型。首先,利用轻量化加密技术重构无人机区块链结构,设计适用于物联网边缘计算场景的分布式区块链网络模型;然后,调用智能合约实现区块链数据的安全共享,并结合信誉评估方案和代理权益证明思想,提出融合共识协议的的工作量证明方法完成数据交易。实验结果表明：作为数据安全共享实例,所提方法可使受攻击的无人机信誉值降至不可信任状态,并在不同攻击模式下的能够有效抑制恶意攻击,执行自适应工作量证明的共识算法的正常节点交易率可提升3-4倍,为无人机数据共享提供了安全保障。     

基于门限秘密共享的区块链分片存储模型

针对存储原因所导致的区块链技术难以在大型业务场景应用的问题,提出了一种基于门限秘密共享的区块链分片存储模型。首先由共识节点使用改进的Shamir门限,将要上链的交易数据进行分片处理;其次,共识节点基于分片数据构造不同的区块,并分发给现存于区块链网络中的其他节点进行存储;最后,当节点要读取交易数据时,在从分发到交易数据分片的n个节点中的k个节点请求数据,并利用拉格朗日插值算法进行交易数据的恢复。实验结果表明,该模型在保证了上链数据安全性、可靠性、隐私性的同时,每个节点的数据存储量约为传统存储方法的1/（k-1）,从而有利于区块链技术在大型业务场景的应用。     

区块链激励机制在车联网领域的应用研究综述

近几年区块链成为解决车联网中安全问题的热门选择，产生了大量基于区块链的车联网解决方案。然而区块链部分节点由于激励不足不愿参与区块验证或共享意愿较低，导致车联网仍存在隐私泄露和信任缺失等安全问题。介绍了基于区块链的车联网解决方案的研究现状以及激励机制在物联网和车联网领域最主要的三种应用场景，从奖励类型角度划分了区块链激励机制在车联网领域的应用，并对每种激励在节点参与水平、提高效率、降低能耗、隐私安全和节点信任五方面做了全面对比，从区块链激励层面讨论了现阶段车联网面临的挑战以及未来研究方向，为未来加强基于区块链的车联网提供更多激励与安全层面的支持。     

基于区块链技术的物联网信息共享安全机制

针对物联网（IoT）信息共享中存在的源数据易被篡改、缺乏信用保障机制以及信息孤岛问题，提出一种基于区块链技术的轻量级物联网信息共享安全框架。该框架采用数据区块链和交易区块链相结合的双链模式:在数据区块链中实现数据的分布式存储和防篡改，并通过改进的实用拜占庭容错（PBFT）机制共识算法，提升数据登记效率；在交易区块链中实现资源和数据交易，并通过基于部分盲签名算法的改进算法，提升交易效率、实现隐私保护。仿真实验部分分别针对抗攻击能力、双链的处理能力和时延进行了验证分析，结果表明该框架具有安全性、有效性和可行性，可应对现实物联网中的大部分场景。     

Efficient Blockchain-Empowered Data Sharing Incentive Scheme for Internet of Things

In recent years, with many devices continuously joining the Internet of Things (IoT), data sharing as the main driver of the IoT market has become a research hotspot. However, the users are reluctant to participate in data sharing due to security concerns and lacking incentive mechanisms in the current IoT. In this context, blockchain is introduced into the data sharing of IoT to solve the trust problem of users and provide secure data storage. However, in the exploration of building a secure distributed data sharing system based on the blockchain, how to break the inherent performance bottleneck of blockchain is still a major challenge. For this reason, the efficient blockchain-based data sharing incentive scheme is studied for IoT. In the scheme, an efficient data sharing incentive framework based on blockchain is proposed, named ShareBC. Firstly, ShareBC uses sharding technology to build asynchronous consensus zones that can process data sharing transactions in parallel and deploy efficient consensus mechanisms on the cloud/edge servers and asynchronous consensus zones in sharding, thus improving the processing efficiency of data sharing transactions. Then, a sharing incentive mechanism based on a hierarchical data auction model implemented by a smart contract is presentedto encourage IoT users to participate in data sharing. The proposed mechanism can solve the problem of multi-layer data allocation involved in IoT data sharing and maximize the overall social welfare. Finally, the experimental results show that the proposed scheme is economically efficient, incentive-compatible, and real-time, with scalability, low cost, and good practicability.     

基于物联网区块链的轻量级共识算法研究

面对规模庞大的物联网数据,高效的共识算法是区块链技术与物联网应用相结合的关键。为解决大规模物联网区块链系统中传统共识算法通信开销大、扩展性低、共识机制复杂度高的问题,基于Hyperledger Fabric搭建一个物联网区块链框架,并设计基于投票和交易证明的轻量级共识算法PoVT。在链码验证交易后,根据节点之间发起和收到的交易,选择交易的源节点和目标节点作为代表参与共识。在共识阶段通过设计新的投票方式简化共识流程,仅需一次全节点广播即可生成新的区块。以优先收集到一定投票数的节点作为主节点进行投票广播,在所有节点收到足够多投票消息的同时进行上一轮交易区块确认。对安全性、出块时间和带宽需求进行分析,结果表明,PoVT算法在网络中存在拜占庭节点的情况下能够以较短的时间验证交易和区块,在每秒交易数量相同时,该算法生成区块的时间为PBFT算法的1/3,网络带宽占用也能减少30%,证明所提物联网区块链框架在不同应用场景中具有较高的可扩展性。     

状态分片中交易过载处理的节点竞选方案

分片技术是目前最有效的实现高性能而不降低去中心化程度的区块链扩容方案,仅实现交易分片并不能解决实质问题,只有状态分片才能从根本上解决区块链资源瓶颈问题。针对区块链状态分片随机分配交易产生的交易过载问题,提出状态分片约束下交易过载处理的多轮节点竞选均衡化验证方案。将分片内的交易验证分为多轮,在每轮验证完成后根据节点通信能力和节点共识表现进行综合积分,并确认分片的交易过载情况,进而在下一轮验证中增强分片的处理能力。考虑到状态分片约束下节点在分片之间不能随意调度,利用节点竞选策略将分片内的节点在不同轮次之间均衡使用,在提升分片规模和有效性的基础上,充分发挥高性能节点的优势,使得过载交易在后续轮次得到及时的验证。实验表明,方案可以有效处理分片内交易过载,提高分片内的交易验证率,提升系统的每秒交易数（transaction per second,TPS）,为分片的进一步研究提供有益的参考。     

降低跨分片交易回滚概率的多轮验证方案

区块链分片方案中的跨分片交易由多个分片协调处理。在采用实用拜占庭容错（practical Byzantine fault tolerance,PBFT）类共识算法的分片方案中,存在因分片后拜占庭节点在单个分片聚集,导致分片失效无法验证交易的问题。因此,为保证分片间数据的一致性,需要对部分处理的跨分片交易进行回滚操作,这影响了系统的总体性能。针对以上问题,提出了一种多轮共识的验证方案,可以在降低回滚概率的基础上,支持更大分片规模,提升系统的每秒交易数（transaction per second,TPS）。简述了现有分片项目解决方案的优缺点,对跨分片交易的概率和回滚概率进行了分析,提出多轮共识的验证方案,分析了多轮方案对跨片交易回滚概率的影响,得出合理的多轮轮数上限值。通过与现有方案的对比实验表明,多轮验证方案可以有效提升交易验证率,降低跨片交易回滚的概率,提升系统总体的TPS。     

一种基于双链模型的分区共识协议

针对目前分区模型中区块链的存储容量不能随着分区的增加而同步扩展以及分区算法存在的安全性问题,提出一种基于双链模型的分区共识协议(dual blockchain-based sharding consensus protocol,DB-SCP)。首先通过基于哈希链和交易链的双链分区存储模型来设计验证信息共享机制和交易差异化存储机制,实现了区块链的存储容量随分区的增多而同步增加;其次,采用基于节点投票份额的分区方法将节点权益拆分到不同的分区,有效防止了分区中权益过多节点的出现;最后采用VRF函数改进分区内共识算法,保证了验证者选取的随机性,且使用密钥演变技术保证了交易的前向安全性。安全性分析表明,基于投票份额的分区方式既稳定又安全,实验结果表明该协议有着良好的性能优势,存储容量较传统区块链模型提升了30%~70%。     

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.     

基于联盟自治的区块链跨链机制

针对目前区块链系统跨链互操作难问题而导致的“信息与价值孤岛”现象,提出一种基于联盟自治的区块链跨链机制。该机制的核心思想是以链治链,通过构建一条由多方共治的中继联盟链来管理跨链网络,用于解决不同区块链系统之间的数据共享、价值流通与业务协同问题。首先,提出了一个基于中继模式的跨链系统为同异构区块链系统提供交互服务;其次,详细设计了中继联盟链,设定了应用链及其用户参与跨链系统的规则;然后,总结了跨链交互的基本类型并制定了基于智能合约的跨链交互实现流程;最后,通过多组实验验证了跨链方案的可行性,评估了跨链系统的性能指标,并且分析了整个跨链网络的安全性。仿真结果与安全性分析证明,所提机制中的通道分配策略与出块权分配方案具有实际可行性,当涉及资产交易时,该机制的吞吐量最高可达到758 TPS,而不涉及资产交易时的吞吐量最高可达到960 TPS,且拥有高级别的安全性与粗细粒度兼具的隐私保护机制。基于联盟自治的区块链跨链机制可提供安全高效的跨链服务,适用于目前大多数跨链场景。