区块链系统攻击与防御技术研究进展

区块链作为一种多技术融合的新兴服务架构,因其去中心化、不可篡改等特点,受到了学术界和工业界的广泛关注.然而,由于区块链技术架构的复杂性,针对区块链的攻击方式层出不穷,逐年增加的安全事件导致了巨大的经济损失,严重影响了区块链技术的发展与应用.本文从层级分类、攻击关联分析两个维度对区块链已有安全问题的系统架构、攻击原理、防御策略展开研究.首先,按照区块链层级架构对现有区块链攻击进行归类,介绍了这些攻击方式的攻击原理,分析了它们的共性与特性.其次,分析总结了已有解决方案的思路,提出一些有效的建议和防御措施.最后,通过攻击关联分析归纳出多个区块链攻击簇,构建了一个相对完整的区块链安全防御体系,展望了区块链技术在未来复杂服务场景下的安全态势.     

基于区块链的分布式可信网络连接架构

可信网络连接是信任关系从终端扩展到网络的关键技术.但是,TCG的TNC架构和中国的TCA架构均面向有中心的强身份网络,在实际部署中存在访问控制单点化、策略决策中心化的问题.此外,信任扩展使用二值化的信任链传递模型,与复杂网络环境的安全模型并不吻合,对网络可信状态的刻画不够准确.针对上述问题,在充分分析安全世界信任关系的基础上,提出一种基于区块链的分布式可信网络连接架构——B-TNC,其本质是对传统可信网络连接进行分布式改造.B-TNC充分融合了区块链去中心化、防篡改、可追溯的安全特性,实现了更强的网络信任模型.首先描述B-TNC的总体架构设计,概括其信任关系.然后,针对核心问题展开描述：（1）提出了面向访问控制、数据保护和身份认证的3种区块链系统;（2）提出了基于区块链技术构建分布式的可信验证者;（3）提出了基于DPoS共识的的远程证明协议.最后,对B-TNC进行正确性、安全性和效率分析.分析结果表明,B-TNC能够实现面向分布式网络的可信网络连接,具有去中心化、可追溯、匿名、不可篡改的安全特性,能够对抗常见的攻击,并且具备良好的效率.     

基于Mycat的拟态数据库中间件研究

数据库系统的安全不仅依赖于数据库本身的安全,还受网络环境和操作系统的安全性影响,拟态防御是邬江兴院士首次提出的基于动态异构冗余体系架构,协同实现数据库所依赖环境,使数据库安全由被动防御变为主动防御.本文通过Mycat作为数据库中间件,通过对数据库的读写分离,集群的高可用,分布式事务处理,对指纹化SQL识别,以减轻单一数据库的数据存取和处理压力.Mycat将数据库模块变为异构动态冗余模式,实现数据库拟态化,使数据高效,快速,安全的存取和切分.     

区块链网络综述

区块链是典型的分布式系统,底层网络的性能和安全性至关重要.区块链网络的本质是P2P网络,然而在安全模型、传输协议和性能指标等方面与传统P2P网络存在明显差异.首先,针对区块链网络的传输流程进行全面、深入地分析,阐明区块链网络所面临的瓶颈挑战.其次,针对区块链网络拓扑结构和传输协议的最新研究工作,从节点异构性、编码方案、广播算法和中继网络等方面系统性地分类梳理,并归纳总结跨链网络实现和网络仿真工具.最后,探讨区块链网络的未来研究趋势.     

一种基于执行体异构度的拟态裁决优化方法

网络空间拟态防御技术通过构建动态异构冗余的系统架构来提高系统的安全性能,而裁决器的表决机制是防御链中的关键步骤,直接影响拟态系统的安全性和效率。针对拟态表决环节的任务特性,对一致表决算法进行改进,设计基于执行体异构度的拟态裁决优化方法。结合拟态防御系统的异构特性,在选择执行体表决输出时引入执行体间的异构度作为决策因素,同时综合考虑执行体数目和历史记录信息,使表决算法更适用于拟态架构面临的威胁场景。实验结果表明,与一致表决算法相比,该算法能够显著提高拟态系统的安全性能,有效规避共模逃逸的风险。     

软件定义网络下的拟态防御实现架构

针对传统防御技术难以应对未知漏洞和后门的问题,拟态安全防御（MSD,mimic security defense）通过构造动态异构冗余模型,提高系统的不确定性,增加攻击者的攻击难度和成本,提升网络安全性能。基于软件定义网络,提出了一种拟态防御的实现架构,首先,按照非相似余度准则构建异构冗余执行体,而后借助软件定义网络的集中管理控制实现动态选调和多模判决等功能。实验验证了架构的入侵容忍能力和可用性。     

拟态防御Web服务器设计与实现

Web服务器系统作为重要的服务承载和提供平台,面临的安全问题日益严重.已有的防御技术主要基于已知攻击方法或漏洞信息进行防御,导致难以很好地应对未知攻击的威胁,从而难以全面防护web服务器系统的安全.论文首先提出了攻击链模型,对已有技术的问题和不足进行了深入的分析.在此基础上,提出了基于“动态异构冗余”结构的拟态防御模型,并描述了拟态防御模型的防御原理和特点.基于拟态防御模型构建了拟态防御web服务器,介绍了其架构,分析了拟态原理在web服务器上的实现.安全性和性能测试结果显示拟态防御web服务器能够在较小开销的前提下,防御测试中的全部攻击类型,说明拟态防御web服务器能够有效提升系统安全性,验证了拟态防御技术的有效性和可行性.最后讨论了拟态防御技术今后的研究前景和挑战.     

基于区块链的网络安全防御关键技术研究

区块链是互联网发展的阶段性产物,引入了共识机制、点对点传输、分布式数据存储和加密算法等先进技术,已经在金融证券、数据存储、产品追溯等领域得到广泛应用.网络安全作为区块链的一个重要应用领域,其可以基于区块链构建一个新型的网络安全防御体系,提高网络安全防御性能,比如利用专有网络的防数据篡改,保护互联网基础服务,防止分布式拒绝服务攻击,避免发生数据被盗、拒绝服务等安全事故,具有重要作用和意义.     

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.     

动态异构冗余架构下Web实践及安全性分析

当前网络环境下安全事件频发,攻防双方处于极度失衡状态,对其进行解决刻不容缓.针对目前安全领域内缺乏有效的防御手段的现状,对拟态安全防御技术进行分析、探索、实践.在对现有防御技术探讨的基础上,通过对拟态安全防御中核心思想、架构设计的引入与分析,构建一种动态异构冗余架构下的典型Web服务系统,并在实验中证实该系统的安全稳定性.进一步地,从攻击行为模型和安全防护概率角度出发,对系统的安全性进行分析.仿真结果表明,系统在动态异构冗余架构下能够增强防护能力,这对现网环境下网络安全改造方案具有指导意义,为下一步构造安全稳固的系统提供了理论支撑.     

网络空间拟态防御发展综述：从拟态概念到“拟态+”生态

网络空间拟态防御（CMD,cyberspace mimic defense）基于动态异构冗余架构实现多体执行、多模裁决和多维重构,以不确定性系统应对网络空间泛在化的不确定性威胁。从纵向、横向、当前、发展和未来5个视角对其8年来的演进进行系统综述：纵向观,概述了CMD从概念提出,到理论、实践层面形成发展的历程;横向观,阐述了CMD的DHR（dynamical heterogeneous redundancy）核心架构、以CMD三定理为支柱的原理、安全增益、性能开销,将其与入侵容忍、移动目标防御、零信任架构、可信计算和计算机免疫学 5 类其他主动防御技术进行了综合对比辨析;当前观,综述了拟态路由器、拟态处理机、拟态 DNS服务器、拟态云平台等 11 类现有主要拟态产品的实现要素、性能表现、系统架构、异构策略、调度策略、表决策略等共性技术模式与特性技术特点;发展观,结合人工智能、物联网、云计算、大数据和软件定义网络5类新型技术探讨了“拟态+”AICDS（拟态+AI/ IoT/Cloud/Data/SDN）共生生态,提出了相应技术结合点和交叉研究价值;未来观,展望了未来拟态基线 2.0 产品生态、“拟态+5G/6G”“拟态+边缘计算”“拟态+云”和“拟态+区块链”5 类“拟态+”应用场景,分析归纳了拟态防御技术面临的存在多模决策攻击逃逸空间、异构与同步互制约、安全与功能难平衡和现有内生安全组件变换空间有限4点挑战。     

区块链数据安全服务综述

区块链是由一系列网络节点构建的一种分布式账本,本身具有不可篡改性、去中心化、去信任化、密码算法安全性和不可否认性等安全属性,对基于区块链实现的安全服务进行了综述,这些安全服务包括数据机密性、数据完整性、身份认证、数据隐私、数据可信删除.首先介绍了区块链和公钥密码学的基础知识,并围绕上述5种安全服务,给出了用户真实场景中面临的安全问题以及传统的解决方案,讨论了这些传统实现方案所面临的问题,之后介绍了使用区块链技术解决相关问题的实现方案,最后讨论了区块链的价值以及面临的问题.     

基于区块链的游戏资产交易平台研究

区块链的去中心化、公开透明、安全可靠、不可篡改等特征给网络游戏中的资产交易提供了新的发展方向。区块链技术可以很好地解决现有游戏交易平台中存在的安全隐患。通过分析现有游戏资产交易平台现状以及存在的弊端，提出了一种基于区块链技术的游戏资产交易平台。详细介绍了区块链游戏资产交易平台中使用的关键技术：数据区块、P2P网络、数字加密技术、共识，提出总体设计架构，讲解具体交易流程和交易验证过程，最后对区块链现有技术存在的不足进行分析说明。     

LBA：轻量级区块链架构

针对现有区块链架构在面临垂直结构型的轻量级应用时存在着结构冗余、性能不足的缺点,提出一种轻量级区块链架构(lightweight blockchain architecture,LBA).在数据层,提出按行存储机制提高数据读写效率,并增加基于MongoDB的存储方式,支持海量数据的线下隔离存储.在共识层,设计分层共识机制,将节点按事务粒度划分为决策层和执行层,减少参与共识的节点数量,提升共识效率.在网络层,提出分布式结构化网络模型,提高网络中数据的广播效率.在应用层,设计自定义事务接口,支持不同场景下的区块链系统功能定制,采用自定义的有限状态机取代图灵机,提高智能合约的可控性和降低复杂度.实验仿真结果表明,LBA架构能有效提高区块链系统中的数据存储效率、网络通信和共识效率,适用于区块链的轻量级中小型应用.     

区块链技术应用的安全与监管问题

区块链技术由于具有分布式高冗余存储、时序数据且不可篡改与伪造、去中心化信用等显著特点,因此得到了广泛的应用,但其自身和应用的安全性以及监管问题也日益受到重视。文中对区块链技术的安全问题和监管问题作了剖析,首先收集和分析了各类区块链安全事件,对事件的成因进行归类,并给出了相应的安全防范措施;其次,分析了中国区块链监管的现状,并借鉴了国际上对区块链的监管政策,提出了适合中国国情的区块链监控模式;最后,总结了区块链在监管模式下的技术发展需求。     

拟态防御体系攻击检测研究与分析

网络空间拟态防御技术是一种采用动态异构冗余架构的新型主动防御技术,论述了基于拟态防御体系的攻击检测方法,能够检测定位漏洞并及时修复,完成从静态防御到动态防御的转变,提高对未知漏洞和后门攻击的防御能力。     

基于区块链的网络安全体系结构与关键技术研究进展

随着互联网技术的不断演进与用户数量的“爆炸式”增长,网络作为一项基础设施渗透于人们生存、生活的各个方面,其安全问题也逐渐成为人们日益关注的重点.然而,随着网络规模的扩大以及攻击者恶意行为的多样化、复杂化,传统网络安全体系架构及其关键技术已经暴露出单点信任、部署困难等诸多问题,而具备去中心化、不可篡改等特性的区块链技术为网络安全所面临的挑战提供了新的解决思路.本文从网络层安全、应用层安全以及PKI安全三方面对近几年基于区块链的网络安全体系结构与关键技术研究进行梳理,并将区块链的作用归类为真实存储、真实计算、真实激励三种情形.针对区块链的具体应用领域,本文首先介绍了该领域的安全现状,然后对区块链的具体应用研究进行了介绍,并分析了区块链技术在该领域所存在的优势.本文最后结合现有的解决思路对未来区块链应用中所需要注意的隐私问题、可扩展性问题、安全问题以及区块链结构演进的方向进行了分析,并对未来基于区块链的网络安全体系结构与关键技术研究进行了展望.     

web服务器拟态防御原理验证系统测试与分析

web服务器拟态防御原理验证系统是基于拟态防御原理的新型web安全防御系统,利用异构性、冗余性、动态性等特性阻断或扰乱网络攻击,以达成系统安全风险可控的要求。针对传统的测试方法实施于web服务器拟态防御原理验证系统中存在不足、不适应复杂安全功能测试以及难以实现准确度量等问题,本文提出了适用于拟态防御架构的web服务器测试方法,基于让步规则改进了灰盒测试,还丰富了漏洞和后门利用复杂度的含义。并以此为基础设计适于该系统的测试方案、测试原则和测试方法,在性能、兼容性、功能实现、HTTP协议一致性,安全性这些方面进行了全面的测试和分析。     

基于区块链的网络级移动目标防御系统设计

网络级移动目标防御技术是应对诸如泛洪攻击等攻击手段的有效方式。但现有网络级移动目标防御系统多采用单一静态中央控制器,这种集中式的管理架构易带来单点故障以及数据不可信等风险。针对上述问题,本文提出一种基于区块链的网络级移动目标防御方案,通过PoW共识机制实现中央控制器的动态切换,解决集中式中央控制器带来的单点故障问题并提高其健壮性。此外,基于区块链所构建的分布式可信网络环境,在动态中央控制器中引入负载均衡与容灾备份机制,使得网络级移动目标防御系统具有良好的高并发服务请求能力以及遭遇致命网络攻击后的服务快速恢复能力。本文设计并实现了基于区块链的网络级移动目标防御原型系统并进行充分的性能测试实验。实验结果表明系统具有良好的可用性和鲁棒性。     

区块链在水利行业政府网站防篡改中的应用研究

水利行业各级政府网站所发布的信息应该及时、准确、权威,信息一旦被篡改,将会严重影响国家安全,损坏水利政府部门公信力和形象,传统防篡改系统存在默认信任特定节点,底稿存储不可靠等问题。为更好地保障水利行业政府网站信息安全,降低入侵风险,通过研究区块链的分布式记账原理和可信去中心化特点,提出一种基于区块链和分布式存储的新型防篡改系统。利用区块链的去中心化的信任机制和分布式存储的安全性,新型防篡改系统能够消除单点薄弱环节,可靠存储底稿文件,不需信任特定节点。测试结果表明：与传统防篡改系统相比,新型防篡改系统能够更好地满足水利行业政府网站在防篡改领域的需求,保证水利行业政府网站发布的内容得到有效保护,保护水利行业政府网站免遭篡改的侵害。