一种基于物联网及区块链的去中心化数据管理系统

为解决传统烟草行业缺少物料管理数据留痕导致的物料无法追溯问题,在研究区块链中智能合约及IoT技术基础上提出了一种基于物联网及区块链的去中心化数据管理系统。系统由三个主要组件组成,包括IoT客户端网络、智能合约和安全模块。实现利用区块链技术防止数据信息被篡改,利用数据加密等特性存储数据。通过物联网技术实现物料从采购到出库...     

一种基于区块链的物联网标识管理方案

随着物联网的快速发展,越来越多的物联网装置被部署到网络中用于数据的采集、处理、存储。目前物联网主要采用注册服务器,集中管理物联网装置的标识。这种方式存在单点故障、用户隐私易于泄露、处理效率低等问题。为了解决上述问题,基于区块链技术,提出了一种物联网标识管理方案。通过散列技术和数字签名技术设计了数字标识的生成规则,易于标识的管理和验证;通过将标识管理操作中涉及到的关键数据信息记录到区块链上,实现标识的可信发布和可信管理。此外,在以太坊平台上部署标识管理的智能合约仿真实现了基于区块链的物联网标识管理系统。实验结果表明,所提的方案是正确的和可行的,有望促进物联网标识管理从中心化向去中心化的转型,以满足日益增长的物联网标识管理的需求。     

基于动态累加器的去中心化加密搜索方案

近年来区块链技术取得广泛关注,涌现出众多基于区块链技术的新型应用,其中以 StorJ、Filecoin为代表的去中心化存储应用取得了较好的市场反响。对比传统中心化存储,去中心化存储为用户提供了全新的数据存储思路,令用户在获得更好的服务伸缩性的同时,有效降低数据存储的成本。但在现有的去中心化存储方案中,用户的隐私不能得到有效保护。基于此,介绍了一种利用加密搜索技术对去中心化存储方案进行加强的方法。新方法将动态累加器算法引入加密搜索过程中,保障用户存储内容隐私并提供了更好的加密搜索性能。     

基于区块链的农产品溯源系统研究

针对部分农产品溯源系统存在溯源信息集中、信息易被篡改、信息不透明的突出问题,利用区块链去中心化、不可篡改、公开透明的特点,以传统农产品溯源系统的问题分析为前提,以构建基于区块链的农产品溯源系统模型为基础,利用数据分片实现农产品信息的分布式存储,设计智能合约使系统满足实际交易过程,构建系统架构并实现该区块链溯源系统.系统实现了农产品的可信溯源,保障了农产品质量信息的安全性和可信性.     

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.     

面向物联网的基于智能合约的认证和授权方案

由于存在单点失效、规模受限等问题,传统中心化的解决方案很难满足物联网的安全需求。针对这种情况,提出一个面向IoT的基于智能合约的访问控制方案。通过引用IoT智能网关作为IoT设备的中心管理节点和公有区块链的全能节点,采用中心化与去中心化相结合、私有区块链和公有区块相结合、本地局部存储和外部公共存储相结合的方法加以实现。该方案实现IoT设备和IoT智能网关的相互认证,并实现用户对IoT设备中资源及存储在数据库中的数据的授权访问,具有去中心化、分布式优点,满足了规模性和安全性要求。     

基于智能合约的可信筹款捐助方案与平台

传统筹款捐助平台的集中式管理难以满足高可信机制的需求,筹款信息真假难辨,善款流向不透明。区块链技术的去中心化、数据不可篡改、可溯源、点对点交易等特点为构建可信捐助平台奠定了基础。由此以区块链技术为基础,提出了一种基于以太坊智能合约的捐助方案。首先,将筹款信息和捐款交易事件等存储在以太坊区块链上,并利用保证金机制保证了数据的真实性和可溯性;同时,阐述了该方案的架构模型,提出智能合约算法Donate代替人工操作,防止善款挪用和久未到账问题;最后,通过基于智能合约的可信筹款捐助平台验证了该方案的可行性。将所提平台与传统筹款平台比较分析,证明了该平台能安全有效地防止虚假筹款和善款挪用。     

基于区块链的配网物资质量管控平台研究及应用

在传统配网物资质量管控工作中,检测数据和报告等信息保真能力不强、互信度不高、投诉纠纷处理难等问题时有发生。本文利用区块链技术的去中心化、不易篡改、可追溯等优点,集成区块链中P2P网络通信、非对称加密、共识算法、智能合约、分布式存储等先进关键技术,将区块链应用到配网物资质量管控工作之中,实现从抽样、封样、送样、试验到结果出具检测全过程数据信息上链存证和共享。开发的基于区块链的配网物资质量管控平台,具备数据存储稳定性高、更安全可靠、可追溯、可验真等特点,可供电力企业、质检机构、产品供应商等相关利益方使用,改善各方生产关系。既解决质检机构公信力问题,满足质量数据存证需求,又利于各部门、组织间数据共享,满足物资资产全周期管控。     

基于去中心化索引的IPFS数据获取方法研究

星际文件系统(interplanetary file system,IPFS)实现了去中心化存储,可以满足日益增长的数据存储需求,然而IPFS仅提供一种精确的数据获取方式,在缺乏数据唯一标识时无法查找数据.现有的IPFS数据获取方法削弱了IPFS的去中心化,仅实现了关键字搜索,对长查询语句进行关键词搜索加重了网络负担....     

一种基于区块链的物联网攻击防御方案

为了解决目前物联网装置资源有限而导致的安全防护能力弱的问题,同时摆脱传统的中心化安全防护模式带来的单点故障和信任问题,可以采用一种去中心化的模式对物联网装置的身份信息进行可信存储和管理,用于防御通过假冒装置身份信息对物联网发起的攻击。区块链因其去中心化、不可篡改、可溯源等技术特征,为实现在去中心化模式下的物联网装置的安全防护提供了设计思路。针对上述物联网安全防护中可能存在的问题,提出了一种基于区块链的物联网攻击防御方案,以去中心化的方式可信地存储和管理装置身份信息,使得装置可以利用链上的身份信息确认通信双方的合法性。基于以太坊平台及其支持的智能合约技术,设计了物联网装置的攻击防御方案,通过创建以太坊私有链进行方案的仿真实验,结果证明了该方案的可行性。     

基于Hadoop平台的分布式重删存储系统

针对数据中心存在大量数据冗余的问题,特别是备份数据造成的存储容量浪费,提出一种基于Hadoop平台的分布式重复数据删除解决方案。该方案通过检测并消除特定数据集内的冗余数据,来显著降低数据存储容量,优化存储空间利用率。利用Hadoop大数据处理平台下的分布式文件系统(HDFS)和非关系型数据库HBase两种数据管理模式,设计并实现一种可扩展分布式重删存储系统。其中,MapReduce并行编程框架实现分布式并行重删处理,HDFS负责重删后的数据存储,在HBase数据库中构建索引表,实现高效数据块索引查询。最后,利用虚拟机镜像文件数据集对系统进行了测试,基于Hadoop平台的分布式重删系统能在保证高重删率的同时,具有高吞吐率和良好的可扩展性。     

可验证的云存储安全数据删重方法

数据删重技术在云存储系统中得到了广泛的应用.如何在保证数据隐私的前提下,在半可信的云存储系统中实现高效的数据删重,是云计算安全领域的研究热点问题.现有方案在数据标识管理和用户数量统计方面普遍依赖于在线的可信第三方,执行效率有待提高,且容易造成系统瓶颈.提出了一种可验证的数据删重方法,无需可信第三方在线参与.基于双线性映射构造双文件标识方案进行流行度查询,确保标识不泄露数据的任何明文信息.采用改进的群签名方案,使用户可验证服务器返回的流行度标识,有效地防止云服务器伪造数据流行度的查询结果.设计了多层加密方案,可以根据数据的流行度,采用不同的加密方式.分析并证明了方案的安全性和正确性.通过仿真实验,验证了方案的可行性和高效性.     

A blockchain-based compact audit-enabled deduplication in decentralized storage

Secure deduplication and data auditing are significant in improving the resource utilization and data integrity protection of data outsourcing services. However, existing audit-enabled deduplication schemes cannot implement block-level deduplication over audit tags since they contain file information, and have to bear the consequent storage burden. Also, they suffer from the low coupling problem caused by the difference in optimal data chunking between deduplication and auditing. In this paper, we propose a blockchain-based compact audit-enabled deduplication scheme in decentralized storage. Specifically, we introduce the concept of $N$-ary tag commitment tree (NTCT), which integrates the information of all data blocks into a file authenticator to support integrity verification and enable block-level deduplication over audit tags. On this basis, we propose a blockchain-based compact audit-enabled deduplication protocol, which adopts an aggregatable vector commitment to generate audit tags, thereby overcoming the low coupling problem between deduplication and auditing. Notably, data users can outsource the task of tag generation to storage servers. Meanwhile, the capabilities of duplication detection, proof of ownership (PoW), and integrity verification are integrated into audit tags to reduce tag redundancy. Furthermore, we present an update protocol to allow data users to achieve a lightweight data update without uploading the entire new data. Finally, security analysis and performance evaluation demonstrate that our scheme is practical.     

轻量级的安全跨域去重方案

云存储为用户提供文件外包存储功能,然而随着数据外包数量的激增,数据去重复变得至关重要.目前数据压缩非常有效也是很常用的一个手段是去重,即识别数据中冗余的数据块,只存储其中的一份.以前的方案可以满足不同的用户将相同的文件加密为相同的密文,这样暴露了文件的一致性,随后的方案提出基于集中式服务器作为去重辅助的方案,随着用户的增加,数据去重效率也随之降低.针对目前云存储的安全性及数据去重效率低等问题,本文提出了跨区域的重复数据删除方案.所提方案为每个数据生成随机标签和固定长度的随机密文,确保多域重复数据消除下的数据机密性及抵抗暴力攻击、保护信息平等信息不被披露.同时,对所提方案的实施情况和功能比较进行了仔细分析,安全性分析表明,所提方案在抵抗蛮力攻击的同时,实现了数据内容、平等信息和数据完整性等隐私保护,性能分析表明,所提方案展示了优于现有方案的重复搜索计算成本及时间复杂度,可实现轻量级特色.     

Zero knowledge based client side deduplication for encrypted files of secure cloud storage in smart cities

As typical applications in the field of the cloud computing, cloud storage services are popular in the development of smart cities for their low costs and huge storage capacity. Proofs-of-ownership (PoW) is an important cryptographic primitive in cloud storage to ensure that a client holds the whole file rather than part of it in secure client side data deduplication. The previous PoW schemes worked well when the file is in plaintext. However, the privacy of the clients’ data may be vulnerable to honest-but-curious attacks. To deal with this issue, the clients tend to encrypt files before outsourcing them to the cloud, which makes the existing PoW schemes inapplicable any more. In this paper, we first propose a secure zero-knowledge based client side deduplication scheme over encrypted files. We prove that the proposed scheme is sound, complete and zero-knowledge. The scheme can achieve a high detection probability of the clients’ misbehavior. Then we introduced a proxy re-encryption based key distribution scheme. This scheme ensures that the server knows nothing about the encryption key even though it acts as a proxy to help distributing the file encryption key. It also enables the clients who have gained the ownership of a file to share the file with the encryption key generated without establishing secure channels among them. It is proved that the clients’ private key cannot be recovered by the server or clients collusion attacks during the key distribution phase. Our performance evaluation shows that the proposed scheme is much more efficient than the existing client side deduplication schemes.     

Version-vector based video data online cloud backup in smart campus

As a kind of popular multimedia service, the video business in smart campus is fully developed, and the data volume is experiencing a continuous tremendous growth. However, the video data storage also needs to cope with many security threats resulted from some uncertainly factors. Recently, data backup has been credited as an important method to address these issues. Yet, how to improve the efficiency of video data online backup remains a critical challenge. In the context of cloud computing, a version-vector based video data online backup system is proposed in this paper, which fully implements three important functions, e.g., backup, indexing and recovery. At the time of the client backuping the data to the server, the version vectors of files and data chunks are produced as metadata. Accordingly, only through exchanging a small amount of metadata between the data nodes, it can identify the redundant data such that breaking the limitations on file-level deduplication and data-chunk-level deduplication in the existing backup systems, and can further improve the performance of backup, indexing and recovery. The conducted experiments have been shown to demonstrate the efficiency.

     

一种基于重复数据删除的备份系统

重复数据删除技术有效地提升了备份系统的备份效率,但重复数据的匹配开销也随之增加.针对该问题,设计并实现了一种基于重复数据删除的备份系统THBS,该系统提出了高精简的数据备份方法HAD(hierachical approach of data deduplication),依次从目录、文件、块、字节粒度分层多步,由粗及细地匹配删除重复数据,同时采用bloomfilter和倒排索引技术,以减少不必要的数据匹配与磁盘访问,提高匹配查找速度.通过两组真实数据集的实验发现,THBS在备份过程中节省了63.1%～96.7%的存储空间,比Scp和Rsync分别节约了71.3%～97.6%,41.2%～66.7%的网络带宽,累计备份时间分别为Scp和Rsync的75%～86%和91%～97%.     

面向海量高清视频数据的高性能分布式存储系统

通过对视频监控数据的特点和传统存储方案进行分析,提出一种高性能分布式存储系统解决方案.不同于传统的基于文件存储的方式,设计了一种逻辑卷结构,将非结构化的视频流数据以此结构进行组织并直接写入RAW磁盘设备,解决了传统存储方案中随机磁盘读写和磁盘碎片导致存储性能下降的问题.该方案将元数据组织为两级索引结构,分别由状态管理器和存储服务器管理,极大地减少了状态管理器需要管理元数据的数量,消除了性能瓶颈,并提供精确到秒级的检索精度.此外,该方案灵活的存储服务器分组策略和组内互备关系使得存储系统具备容错能力和线性扩展能力.系统测试结果表明,该方案在成本低廉的PC服务器上实现了单台服务器能同时记录400路1080P视频流,写入速度是本地文件系统的2.5倍.     

Protecting free expression online with Freenet

Freenet is a distributed information storage system designed to address information privacy and survivability concerns. Freenet operates as a self-organizing P2P network that pools unused disk space across potentially hundreds of thousands of desktop computers to create a collaborative virtual file system. Freenet employs a completely decentralized architecture. Given that the P2P environment is inherently untrustworthy and unreliable, we must assume that participants could operate maliciously or fail without warning at any time. Therefore, Freenet implements strategies to protect data integrity and prevent privacy leaks in the former instance, and provide for graceful degradation and redundant data availability in the latter. The system is also designed to adapt to usage patterns, automatically replicating and deleting files to make the most effective use of available storage in response to demand     

基于存储网关的数据安全去重方案

在实行客户端去重的云存储系统中,通过所有权证明可以解决攻击者仅凭借文件摘要获得整个文件的问题。然而,基于所有权证明的去重方案容易遭受侧信道攻击。攻击者通过上传文件来观察是否发生去重,即可判断该文件是否存在于云服务器中。基于存储网关提出一种改进的所有权证明去重方案,存储网关代替用户与云服务器进行交互,使得去重过程对用户透明,并采用流量混淆的方法抵抗侧信道攻击和关联文件攻击。分析与比较表明,该方案降低了客户端计算开销,并提高了安全性。