基于可验证延迟函数的Hyperledger Fabric背书策略优化方案

为了解决Hyperledger Fabric使用固定背书节点进行背书而引发的安全问题, 提出了一种基于可验证延迟函数的Hyperledger Fabric背书策略优化方案. 利用可验证延迟函数不可并行计算以及可高效验证的特点, 设计了匿名化、随机化选取背书节点的Fabric交易模型, 增强了Fabric交易背书的安全性. 通过实验对比优化方案与原始方案, 验证了优化方案在增强安全性的同时, 在效率上也有一定的提升.     

BlockU: Extended usage control in and for Blockchain

An electronic business transaction among untrusted bodies without consulting a mutually trusted party has remained widely accepted problem. Blockchain resolves this problem by introducing peer-to-peer network with a consensus algorithm and trusted ledger. Blockchain originally introduced for cryptocurrency that came with proof-of-work consensus algorithm. Due to some performance issues, scientists brought concept of permissioned Blockchain. Hyperledger Fabric is a permissioned Blockchain targeting business-oriented problems for industry. It is designed for efficient transaction execution over Blockchain with pluggable consensus model; however, there is limitation of rapid application development. Hyperledger introduced a new layer called Hyperledger Composer on top of the Fabric layer, which provides an abstract layer to model the business application readily and quickly. Composer provides a smart contract to extend the functionality and flexibility of Fabric layer and provides a way of communication with other systems to meet business requirements. Hyperledger Composer uses role-based access control (RBAC) model to secure access to its valuable assets. However, RBAC is not enough because many business deals require continuous assets monitoring. Our proposed model, BlockU, covers all possible access control models required by a business. BlockU can monitor assets continuously during transactions and updates attributes accordingly. Moreover, we incorporate hooks in Hyperledger Composer to implement extended permission model that provides extensive permission management capability on an asset. Subsequently, our proposed enhanced access control model is implemented with a minimal change to existing Composer code base and is backward compatible with the current security mechanism.     

基于负载均衡算法的Hyperledger Fabric共识机制研究

Hyperledger Fabric将业务逻辑解耦,在提升系统灵活性的同时存在性能瓶颈,无法满足高并发快响应的业务需求。通过对Hyperledger Fabric共识机制中的背书、排序、验证3个阶段进行分析,为均衡背书节点性能并提高系统效率,设计基于动态负载均衡算法的提案分发优化方案。综合均衡指数、反馈周期等性能指标,设计节点负载和节点权值量化方法。通过采集节点负载信息计算并选取合理的反馈周期和影响权重以更新节点权值,同时结合加权轮询算法将交易提案分发至当前权重最大的节点进行背书,实现背书节点负载的动态均衡。在Caliper工具上的测试结果表明,优化方案提升了Hyperledger Fabric共识机制的请求处理性能,相比于原始方案的链码交易和查询吞吐量提高了17.53%和15.84%,平均时延下降了6.7%和18.2%。     

Handling conditional queries and data storage on Hyperledger Fabric efficiently

World Wide Web - As a popular consortium blockchain platform, Hyperledger Fabric has received increasing attention recently. When executing transactions on such platform, it usually costs a lot of...     

基于超级账本的集群联邦优化模型

联邦学习作为分布式机器学习框架,在数据不离开本地的情况下,通过共享模型参数达到协作训练的目标,一定程度上解决了隐私保护问题,但其存在中心参数服务器无法应对单点故障、潜在恶意客户端梯度攻击、客户端数据偏态分布导致训练性能低下等问题。将去中心化的区块链技术与联邦学习相结合,提出基于超级账本的集群联邦优化模型。以超级账本作为分布式训练的架构基础,客户端初始化后在本地训练向超级账本传输模型参数及分布信息,通过聚类优化联邦学习模型在客户端数据非独立同分布下的训练表现。在此基础上,随机选举客户端成为领导者,由领导者代替中央服务器的功能,领导者根据分布相似度和余弦相似度聚类并下载模型参数聚合,最后客户端获取聚合模型继续迭代训练。以EMNIST数据集为例,数据非独立同分布情况下该模型平均准确率为79.26%,较FedAvg提高17.26%,在保证准确率的前提下,较集群联邦学习训练至收敛的通信轮次减少36.3%。     

A novel logistics data privacy protection method based on blockchain

This paper is dedicated to investigating the application of blockchain in e-commerce logistics. In the traditional logistics system, the protection mechanism of complete logistics information is not perfect and the privacy of users is leaked. Although access control can ensure the confidentiality of data to some extent, the traditional centralized access control is difficult to adapt to the access control needs of the e-commerce logistics environment. On this basis, a novel access control scheme for logistics data is proposed. It combines the membership in Hyperledger and ciphertext-policy attribute-based encryption and ensures the security of the user’s private key with the membership in Hyperledger instead of the traditional key distribution center. Finally, an experimental test and verification results on Hyperledger Fabric show the feasibility of the scheme.

     

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CP-ABE算法的区块链数据访问控制方案

与公有链不同,联盟区块链超级账本Fabric额外集成了成员管理服务机制,能够提供基于通道层面的数据隔离保护。但这种数据隔离保护机制在通道内同步的仍是明文数据,因此存在一定程度的数据泄露风险。另外,基于通道的数据访问控制在一些细粒度隐私保护场景下也不适用。为了解决上述提及的联盟链超级账本中存在的数据隐私安全问题,提出了一种基于CP-ABE算法的区块链数据访问控制方案。结合超级账本中原有的Fabric-CA模块,提出的方案在实现用户级细粒度安全访问控制区块链数据的同时,还能够实现对CP-ABE方案中用户属性密钥的安全分发。对该方案进行的安全分析表明,该方案实现了ABE用户属性私钥安全分发和数据隐私性保护的安全性目标,性能分析部分也说明了所提方案具有良好的可用性。     

一种典型场景区块链平台性能测试方法及应用研究

Hyperledger Fabric区块链平台作为一种经典代表广泛应用于各种现实场景,其性能及其指标的量化影响成为众多科研人员的关注焦点。本文针对基于Hyperledger Fabric区块链平台的交通产品质量控制系统,通过性能测试过程模型及架构的明确,基于平台性能基准测试,研究建立以选取吞吐率、读写吞吐量、响应时间、区块生成速率以及交易延迟来分析出块时间、区块最大交易条数、区块首选字节数、区块最大字节数以及总连接数等因素对平台性能影响的方法体系,其研究和分析应用源于工程领域典型案例,具体化、针对性和可移植性特征明显。结果表明该方法体系可有效测试区块链平台的服务性能,并能对各指标的影响进行量化分析,测试评估工作质量和效率明显提升,对平台服务性能优化提升具有实际指导意义。     

车载自组织网络中基于区块链的路况预警方案

路况预警方案是解决车载自组织网络（VANET,vehicular ad-hoc network）中车辆拥堵、交通事故问题的有效手段。分析了我国目前的交通状况以及车载自组织网络的发展和应用,结合区块链技术提出了一种适用于车载自组织网络的基于区块链的路况预警方案。采用Hyperledger Fabric联盟链技术平台对该方案进行了仿真实验,实验结果表明本方案合理、可行。     

Hyperledger Fabric中基于层级结构的公钥广播加密方案

针对Hyperledger Fabric联盟链的公开账本上的安全群组通信问题,基于Fabric通道中成员管理的层级结构,提出使用子集覆盖框架下的CS方法和IBE算法相结合的方式构造出适用于联盟链的公钥广播加密方案。该方案改进了CS方法原有的完全二叉树结构,依据Fabric通道内部的组织结构建立了具有层级结构的二叉树;采用类哈夫曼编码方式唯一标志各节点在二叉树中的位置以提高查询速度;引入预留节点和弃用节点,设计了相应的二叉树更新算法以实现成员的动态加入和退出。分析和测试结果表明,该方案为联盟链系统提供了一种高效、安全、细粒度的数据隐私保护方案。     

Hyperledger Fabric平台的国密算法嵌入研究

Hyperledger Fabric 是为企业级商用区块链项目提供支撑的且可扩展的联盟链平台,密码算法为该平台的核心,保证上链数据的安全和不可篡改,但原始Fabric平台缺乏对国密算法的支持。因此,设计并实现了Fabric平台的国密算法的嵌入和支持。首先,通过分析Fabric平台中组件间交互逻辑和密码算法的调用场景,提出了在该平台嵌入国密支持的设计思路;其次,基于同济开源国密实现源码,为 Fabric 平台BCCSP添加SM2、SM3和SM4算法模块与接口;再次,将Fabric平台的各组件上层应用的密码算法调用接口与对应国密算法接口相关联,实现上层应用对国密算法调用的支持;最后,通过创建 fabric-gm 联盟链测试实例验证Fabric平台中嵌入的国密算法模块和接口的正确性及有效性,并与原生Fabric平台镜像构建的测试实例进行了性能比较。实验结果表明,嵌入的国密算法模块和接口可用、正确且生成的国密证书有效,与原生Fabric平台镜像相比,网络启动时间增加3%,毫秒级单位下的交易时间开销增加1倍,动态证书生成时间增加9%,各项性能指标均在可接受范围内。     

Blockchain: Secured Solution for Signature Transfer in Distributed Intrusion Detection System

Exchange of data in networks necessitates provision of security and confidentiality. Most networks compromised by intruders are those where the exchange of data is at high risk. The main objective of this paper is to present a solution for secure exchange of attack signatures between the nodes of a distributed network. Malicious activities are monitored and detected by the Intrusion Detection System (IDS) that operates with nodes connected to a distributed network. The IDS operates in two phases, where the first phase consists of detection of anomaly attacks using an ensemble of classifiers such as Random forest, Convolutional neural network, and XGBoost along with genetic algorithm to improve the performance of IDS. The novel attacks detected in this phase are converted into signatures and exchanged further through the network using the blockchain framework in the second phase. This phase uses the cryptosystem as part of the blockchain to store data and secure it at a higher level. The blockchain is implemented using the Hyperledger Fabric v1.0 and v2.0, to create a prototype for secure signature transfer. It exchanges signatures in a much more secured manner using the blockchain architecture when implemented with version 2.0 of Hyperledger Fabric. The performance of the proposed blockchain system is evaluated on UNSW NB15 dataset. Blockchain performance has been evaluated in terms of execution time, average latency, throughput and transaction processing time. Experimental evidence of the proposed IDS system demonstrates improved performance with accuracy, detection rate and false alarm rate (FAR) as key parameters used. Accuracy and detection rate increase by 2% and 3% respectively whereas FAR reduces by 1.7%.     

基于对应比较图的Fabric排序机制优化

针对HLF (Hyperledger Fabric)区块链系统在排序阶段中存在的缺陷,提出了一种基于对应比较图的图排序优化方案.利用对应比较图具有相关不变性质的图合并过程以及其算法运行时间短的特点,设计了一种基于交易重要度的拓扑算法,旨在减少由于默认的顺序排序而导致的序列化冲突问题.通过实验与分析,表明该方案有效解决了原始方案的序列化冲突问题,减少了系统中无效事务的比例,提升了系统交易效率,节省了大量的计算与存储资源.     

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.     

Fabric中的匿名身份认证技术研究

解决联盟链上用户的隐私问题成为加速区块链实际应用落地的关键。基于联盟链的典型代表Hyperledger Fabric平台设计了一套基于公钥基础设施的匿名身份认证方案。通过将私钥d分解为两部分，由不同的角色使用各自私钥对匿名证书生成联合签名的方式实现证书生成过程中的权限分离，并解决匿名证书追踪过程中的单点攻击问题。分析表明，改进后的方案能够以更低的计算和存储开销，实现比原有方案更高的安全性。     

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,...     

基于Fabric区块链技术的电力企业人资信息化系统研究

针对现有技术中电力企业人资管理落后、效率低下的问题,借助于新型的区块链技术,提出了新型的电力企业人资信息化系统.该系统以Hyperledger Fabric(分布式账本)技术为依托,融合了共识算法、加密算法、数字资产交互、信息共享、数据传递、智能合约和身份认证等技术,构建出包括数据层、网络层、共识层、激励层和智能合约层的底层数据架构,并采用椭圆曲线函数实现对人力资源数据的加密、计算,又对人资数据信息的共享方法进行了说明.试验结果表明,该系统的数据共享能力强,加密性能好.     

支撑财政转移支付的区块链技术方案研究

为提升财政转移支付业务办理效率，提高数据安全可信程度，增强监督审查质效，充分利用区块链技术去中心化、防篡改、可追溯、公开透明的特点，提出了一种基于Hyperledger Fabric平台的转移支付系统。由中央、省、市、县四级行政区划构成区块链网络节点，按照各级财政转移支付业务特点划分出业务通道，解决了数据监督与数据隐私之间的矛盾。实验结果证明了该系统的正确性和高效性。该系统具有即时高效、安全可信和不可篡改的特性，有望改变财政转移支付监督检查方式，提升财政转移支付公平公正水平。     

区块链技术原理与应用综述

近年来,随着数字加密货币逐步走进人们的视野,其底层的区块链技术也引起了研究者的高度重视。区块链作为一种分布式账本技术,具有多方维护、不可篡改、公开透明等特点。首先,将区块链结构按层级进行划分,从低到高介绍了每层的作用和原理,根据开放程度将区块链分为公有链、联盟链、私有链,以比特币、Hyperledger Fabric为例分析了公有链和联盟链的工作机理。其次,对区块链的底层核心技术共识算法、智能合约、隐私安全做了详细阐述。最后,分析了区块链的研究进展并进行了展望。