区块链技术的发展与展望

区块链是一种计算机技术,即分布式账本或者分布式数据库,它采用了一种"去中心化分布式记账"的概念,特别适合金融业、制造业、以及社会管理的发展需求.本文从货币的起源分析至区块链的发展,详细的阐述了区块链所采用的关键技术,并以比特币为例,讲解了区块链的应用,对快速了解区块链,对相关研究提供了良好借鉴.     

区块链数字货币交易的匿名性：保护与对抗

近年来,以区块链技术为基础的加密数字货币持续涌现,受到各方的广泛关注.与传统的支付方式相比,区块链数字货币具有去中心化特性,支持交易匿名性.然而,匿名性也为不法行为提供了隐匿的便利条件,使得区块链数字货币日益成为洗钱、勒索等违法犯罪活动的支付媒介.因此,区块链数字货币匿名性保护和对抗技术是当前研究的热点问题.本文首先对交易匿名性的内涵进行了深入剖析,将其归纳为不可标识性、不可链接性和不可追踪性三个方面.以此为指导,对区块链数字货币的匿名性保护技术和匿名性对抗技术进行了介绍,并开展了对比分析.最后,本文总结了区块链数字货币匿名性研究所面临的挑战和未来的发展趋势.     

区块链技术综述

区块链是一种广泛应用于新兴数字加密货币的去中心化基础架构,随着比特币的逐渐被接受而受到关注和研究。区块链技术具有去中心化,区块数据基本不可篡改、去信任化等特性,因此受到企业尤其是金融机构的追捧。阐述了区块链技术的核心技术原理,探讨了区块链技术的应用以及所存在的监管问题、安全问题,旨在对区块链技术的相关研究提供帮助。     

基于区块链的可监管数字货币模型

以比特币为代表的数字货币具有去中心化特性,造成了监管上的困难.然而,针对去中心化的数字货币可监管研究工作相对较少,还有很多问题有待解决.提出了一种可监管的数字货币模型.该模型采用了双链结构设计,联盟链作为共识的核心参与者,收集和确认交易,决定系统的状态,加密存储完整的交易信息.联盟链参与者通过秘密共享保证用户交易数据的隐私性,也可以通过投票完成对交易内容的解密,以此来实现可控匿名.针对该模型,同时提出了一种基于信用的拜占庭容错机制.该机制配合简化的一致性协议以及检查点协议,让节点能够动态优化调整,促进整个模型进入良性循环.实验结果表明：该方法在保护用户隐私的前提下具有交易防篡改、可追溯、去中心化以及可监管的能力.容错性能、运行效率以及通信开销均达到设计要求.     

基于区块链的数字作品DCI管控模型

针对互联网生态下数字知识产权面临的版权登记、盗版猖獗和版权纠纷等问题,提出了去信任的数字作品数字版权唯一标识符（DCI）管控模型。首先,构建了基于区块链去中心化理念的端到端体系架构,区块链取代传统关系数据库作为核心存储机制,通过创建交易、构造区块、区块的合法性验证与链接构建了数字作品区块链的交易信息存储机制,保证版权信息不可篡改性和可溯源性;其次,提出了基于智能合约的数字化发行和流通协议,设计了版权登记、查询、转让三类合约,通过自动执行预设指令的方式产生交易,保证模型透明高效与自动化运作。理论分析和仿真表明,在数字作品区块链网络中,伪造区块攻击的概率趋近于零,与传统的基于可信第三方版权认证机制相比,该模型具有更好的架构安全性。实验结果表明,该模型降低了数字版权登记的门槛,增强了版权认证的权威,具有更好的实时性和鲁棒性。     

基于熵值理论的区块链网络去中心化程度量化评估方法

去中心化是区块链网络的重要优势。然而,尽管人们普遍认识到这一性质的重要性,但大多数关于这一主题的研究缺乏量化,而且没有对它们在实践中实现的去中心化程度进行计算。熵是随机变量不确定性的度量,也就是数据集的随机性度量,正好可以用来衡量区块链网络的去中心化程度。本文以比特币和以太坊为例,提出一种基于信息论中熵值理论来量化计算这些区块链网络去中心化程度的方法。利用信息熵计算出比特币和以太坊的出块数量和地址余额的随机程度,以此作为量化比特币和以太坊去中心化程度的指标。计算结果表明,基于出块数量的全样本统计,比特币比以太坊要高出大约12%的去中心化程度,并且基于10000个地址余额的样本统计,比特币也比以太坊要高出大约9.2%的去中心化程度。本文提出的方法具有普适性,可以用来量化评估任何区块链网络的去中心化程度。     

变异系数来度量区块链网络去中心化程度

区块链网络的最主要优点是去中心化,但大多数关于这个问题的研究缺乏量化,而且都没有针对区块链在实践中的去中心化程度进行度量.提出了一种基于统计学中变异系数来量化区块链网络去中心化程度的方法.利用变异系数,计算了出块数量和地址余额的数据离散程度,从而来量化区块链网络(以比特币和以太坊为例)的去中心化程度.计算结果表明,基于...     

基于区块链的数字货币发展现状与展望

数字货币(Digital currency)作为区块链技术迄今为止最典型也最成功的应用, 得益于区块链分布式共识与去中心化信任的技术优势, 也促使了区块链技术与经济活动的深度融合, 并由此改变了数字社会的组织方式. 近年来, 无论是在基础理论研究方面, 还是在实践应用发展方面, 数字货币均呈现出了蓬勃向上的态势. 本文从技术创新、机制设计以及风险监管三个角度梳理了数字货币的主要研究问题, 详细阐述了基础支撑技术、隐私保护技术、共识机制、激励机制、币值机制、发行机制、风险分析、监管考量等方面的研究进展、存在问题及应用现状, 并展望了未来重点研究方向, 致力于为数字货币领域的研究提供有益借鉴.     

加密数字货币系统共识机制综述

共识机制是以区块链技术为支撑的加密数字货币系统的核心,分析并比较了现有的三种典型共识机制,为区块链开发者设计共识机制提供参考和建议. 解析了三种主流共识机制PoW、PoS、DPoS的基本思想、运行过程与优缺点,随后从公平性、运转开销、可持续性等几个方面归纳出每种共识机制的特点,然后从信用的去中心化程度、授权等多个角度进行分析比较,考量不同应用场景下的共识需求. 从应用场景出发,将两种或以上共识机制结合使用,在完全去中心化与中心化中间寻找到适合的平衡点,更符合未来共识机制的应用需求.     

基于区块链的电子投票选举系统研究分析

区块链通过分布式公式算法实现去中心化信任,其核心是一个开放的、可编程的分布式数据库,该数据库是全球性的。区块链技术不仅是用在金融交易上,还可以用于记录所有有价值的东西,如财务账目、医疗过程、出生证明、保险理赔、投票等任何可用代码来表示的东西。分析了区块链技术应用于电子投票系统的可能性,分析采用区块链技术来构建新型电子投票选举系统的优缺点,在此基础上,给出了基于区块链技术的投票选举系统的框架需求分析,并提出了系统架构和设计方案,解决了电子投票选举系统中有关欺诈、欺骗选票的问题,最后给出了区块链在电子投票选举系统中的研究可行性结论,为基于区块链的系统设计与应用提供了新思路。     

基于动机分析的区块链数字货币异常交易行为识别方法

当前区块链数字货币被众多恶意交易者利用,导致了"粉尘"注入、"空投"操作、勒索、骗局等一系列异常交易行为.因此,研究区块链数字货币异常交易行为的识别方法对于规范交易行为、保障网络空间安全具有重要意义.在众多区块链数字货币中,比特币市值超过所有区块链数字货币市值和的一半,具有高代表性.比特币系统的用户数量多、交易规模大、...     

一种基于区块链的数据完整性验证解决方案

数据在物联网环境下采集、传递、存储过程中,如果缺少严密的安全防范措施,可能会出现假冒的、被篡改的或者过期的数据,这些缺乏完整性保护的物联网数据会对物联网应用造成极大的危害。数据的完整性是确保数据可信的必要条件。区块链的去中心化、分布式、持久性、不可篡改等属性,使得区块链目前成为在具有隐私保护应用需求的数据完整性验证的优选方法。文中提出了一种基于区块链的数据完整性验证的区块链结构和基于去中心化时间戳的数据完整性验证机制,设计了基于区块链的数据完整性验证的智能合约,在以太坊平台上模拟真实场景。实验结果表明,基于区块链的数据完整性验证技术方案,可以在去中心化的应用环境下,并在数据分散存储以保护数据隐私的前提下,确保数据的完整性。     

采用工作量证明共识机制的区块链中挖矿攻击者间的“鲶鱼效应”

近年来,采用工作量证明共识机制(Proof of Work,PoW)的区块链被广泛地应用于以比特币为代表的数字加密货币中.自私挖矿攻击(Selfish mining)等挖矿攻击(Mining attack)策略威胁了采用工作量证明共识机制的区块链的安全性.在自私挖矿攻击策略被提出之后,研究者们进一步优化了单个攻击者的挖矿攻击策略.在前人工作的基础上,本文提出了新颖的两阶段挖矿攻击模型,该模型包含拥有单攻击者的传统自私挖矿系统与拥有两个攻击者的多攻击者系统.本文的模型同时提供了理论分析与仿真量化分析,并将两个攻击者区分为内部攻击者与外部攻击者.通过引入内部攻击者与外部攻击者的概念,本文指出传统自私挖矿系统转化为多攻击者系统的条件.本文进一步揭示了在多攻击者系统中两个攻击者将产生竞争并面临着“矿工困境”问题.攻击者间的竞争可被总结为“鲶鱼效应”:外部攻击者的出现导致内部攻击者的相对收益下降至多67.4%,因此内部攻击者需要优化攻击策略.本文提出了名为部分主动发布策略的全新挖矿攻击策略,相较于自私挖矿策略,该策略是半诚实的攻击策略.在特定场景下,部分主动发布策略可以提高攻击者的相对收益并破解攻击者面临的“矿工困境”问题.     

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SM2数字签名的区块链匿名密钥交换协议

区块链技术因其去中心化、匿名性、不可篡改、不可伪造等优点, 已经成为我国的一项前沿技术, 在各领域得到广泛的应用。虽然用户可利用区块链发布匿名交易, 有效隐藏交易双方的身份信息, 但双方交易完成后传输交易相关数据可能破坏匿名性。这是因为在数据传输过程中, 为了保证双方通信安全, 往往使用认证密钥交换协议认证双方身份, 计算会话密钥建立安全信道。由于传统的认证密钥交换协议涉及双方的长期公私钥对信息, 所以将泄露交易双方的身份信息。虽然区块链匿名密钥交换可基于交易双方的历史链上交易完成密钥交换, 有效保障交易双方的匿名性, 但现有区块链匿名密钥交换协议主要基于国外密码算法设计, 难以适用于国产区块链平台, 不符合我国密码核心技术自主可控的要求。为丰富国产商用密码算法在区块链匿名密钥交换方面的研究, 满足区块链交易后双方匿名安全通信的需求, 本文以 SM2 数字签名算法和区块链为基础, 构造非交互式和交互式两种区块链匿名密钥交换协议。并在 CK 安全模型中证明非交互式的协议满足会话密钥安全, 交互式的协议满足有前向安全性的会话密钥安全。最后通过理论分析和编程实现结果表明, 本文协议在没有比现有协议消耗更多的计算开销与通信代价的前提下, 可适用于国产化区块链平台。     

基于区块链的数字版权存证系统模型研究

传统基于第三方中心机构的版权登记存在效率低、成本高和隐私保护性差等问题,针对这些问题,将区块链与环签名技术运用于版权保护领域,提出一种基于区块链的数字版权存证系统模型。构建了基于联盟链的数字版权存证系统架构,利用区块链的去中心化、不可篡改和可追溯等特性保证存证的信息真实可信;对环签名技术进行改进,并利用改进的环签名技术保护创作者身份隐私;对PBFT算法进行改进,提升系统效率和可靠性。经分析与实验表明,该模型能降低版权登记经济成本,防止用户身份信息被非法获取,且具有良好的性能与安全性。     

比特币区块链扩容技术研究

比特币是中本聪(Nakamoto)于2008年提出的数字货币,它具有去中心化、跨国界和发行总量固定等特性,现在已经成为使用最广泛的数字货币之一.然而,比特币设计初期的一些人为限制,导致现有网络处理交易的速率十分有限,最近交易处理能力已经接近上限,交易确认时间显著增加.这不仅严重影响比特币的使用体验,进而限制使用范围,而且对比特币的设计提出更高的要求.针对比特币所面临的交易处理性能挑战,以提升区块链容量为目标对比特币展开深入研究.首先,分析比特币当前网络状态,根据比特币交易数据,统计交易延迟情况;其次,针对链上扩容方案,分析可行性,研究扩容效果;再次,针对链下扩容方案,分析作用原理,研究扩容效果;最后,分析链上/链下扩容方案优缺点,提出适应社区的可行的比特币扩容路线方案.最新比特币扩容的进展进一步证明了我们结论的正确性.     

区块链中攻击方式的研究

随着以数字加密货币为代表的区块链1.0技术和以以太坊为代表的区块链2.0技术的发展,区块链技术的安全性成为了研究热点问题.区块链系统的数据层、网络层、共识层、激励层、合约层与应用层均存在可被攻击者利用的漏洞.本文通过分析比特币、以太坊等平台中常见的攻击方式,提出了全新的区块链中攻击方式的分类方法.本文提出的攻击分类方法...