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...     

区块链系统中的分布式数据管理技术——挑战与展望

区块链是在数字加密货币的应用基础之上发展起来的一种分布式数据库技术.区块链系统具有去中心化、不可篡改、分布共识、可溯源和最终一致性等特点,这使其可以用于解决不可信环境下数据管理问题.区块链独特的数据管理功能已经成为各领域应用中发挥区块链价值的关键.本文基于对比特币、以太坊、超级账本等代表性区块链系统的研究分析,阐述区块...     

区块链共识算法演进过程

基于比特币技术衍生出了大量虚拟货币,其主要特点是对于比特币共识算法的优化和共识算法模式的变革。为研究共识算法演化历程,以比特币共识机制作为切入点,从源代码层级解析了比特币共识算法工作量证明（proof of work,POW）的工作原理及其优缺点,同时分析了比特币演进产生的以太坊共识算法。在理论探讨后,利用洛伦兹曲线及基尼系数评价比特币、以太坊共识机制的实际去中心化效果;并介绍了权益证明（proof of stake,POS）、股份授权证明机制（delegated proof of stake,DPOS）、实用拜占庭容错算法（practical Byzantine fault tolerance,PBFT）的演进过程及算法原理。最后,从共识算法去中心化能力、激励机制、处理效率、分布式安全性等方面进行了比较,得到了共识算法得分表及得分雷达图,以期为未来不同场景、不同需求的区块链应用提供共识算法分析标准。     

基于区块链的去中心化物品共享交易服务系统

随着共享经济的发展，对于高可信的分布式交易管理具有迫切的需求，然而，传统的中心化信息系统难以满足。区块链技术提供了一种共享账本机制，为构建可信的分布式交易管理奠定了基础。以支持智能合约的区块链2.0平台——以太坊平台作为基础框架，深入研究基于区块链技术的去中心化共享物品交易服务系统的运行机制与实现技术。设计了基于以太坊的去中心化物品共享交易服务系统框架，提出了基于智能合约机制的交易管理处理流程，详细描述了包括用户接口在内的系统实现技术，并对该系统在交易处理上的性能进行了实验测试。实验结果表明，基于以太坊的交易服务系统在保证交易数据可信性的基础上，平均交易处理速度为每秒21.7条，有索引查询速度为每秒117.6条，具有较高的运行效率。     

基于区块链的数字货币演化

区块链是数字货币研究的主流技术和重要前提。作为一种去中心化的分布式计算技术,区块链具有共同维护、防窜改、可追溯等中心化技术所不具备的优势。以区块链的基本原理为基础,主要分析了哈希加密、共识机制以及智能合约方面的关键技术;以区块链中的首个应用比特币为基础,分析了以太坊、达世币、卡尔达诺、比特股等数字货币的发展演化历程。根据数字货币的研究现状及其所面临的诸多挑战,展望了区块链未来在数字货币的发行与监管、交易跟踪和海量交易数据分析方面的研究趋势。     

区块链中Merkle树性能研究

区块链技术具有去中心化、安全可靠和不可篡改等特性,已经得到广大的重视.Merkle树是区块中核心组成部分,占据区块存储空间的96%以上,主要用来解决在区块链交易中的简化支付验证问题,因此选择合适的Merkle树结构会极大影响区块链系统性能.但是,目前缺乏公共的平台对不同区块链系统下的Merkle树性能进行分析和实验验证.本文提出了一整套相关性能评价与分析指标,从存储、验证和构建时间等方面,综合评价比特币、以太坊和超级账本三种主流区块链的Merkle树的性能.本文提出的指标及评价方法不仅为Merkle树的进一步研究提供了定量的数据支持,也为区块链从业者选择Merkle树结构提供了理论依据.     

基于交易网络的公有链用户识别方法

分析与研究公有链交易数据及系统用户行为对于保证公有链应用安全至关重要。比特币作为公有链的代表性应用,是一种基于P2P网络的电子现金系统。比特币交易地址具有匿名特征,无法关联到用户真实信息,这使得比特币溯源非常困难。为识别比特币中交易地址间的关联关系,推断出用户真实信息,提出一种基于交易网络的用户识别方法。对比特币区块数据进行预处理,通过解析比特币区块数据中的脚本信息,将比特币原始交易数据处理为更加直观的数据格式。衡量交易输入与输出地址间的相似程度,根据交易地址关联信息识别出比特币匿名地址对应的所有用户。在实验中应用真实的比特币区块数据,利用可视化方式对用户识别结果进行分析,结果表明该方法不受交易规则的限制,能对比特币匿名地址进行有效识别,且随着比特币区块数量的增加,识别准确率基本稳定于80%。     

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。     

区块链数据库:一种可查询且防篡改的数据库

随着比特币、以太币等一系列加密货币的兴起,其底层的区块链技术受到越来越广泛的关注.区块链有防篡改、去中心化的特性.以太坊利用区块链技术来构建新一代去中心化的应用平台.BigchainDB将区块链技术与传统的分布式数据库相结合,利用基于联盟投票的共识机制改进传统Pow机制中的节点全复制问题,提高了系统的扩展性与吞吐率.但是现有的区块链系统存储的信息大都是固定格式的交易信息,虽然在每个交易里有数据字段,但是现有的区块链系统并不能经由链上对交易内的数据字段的具体细节进行直接查询.如果想要查询数据字段的具体细节,只能先根据交易的哈希值进行查询,得到该交易的完整信息,然后再检索该交易内的数据信息.数据可操作性低,不具备传统数据库的查询功能.首先提出一种区块链数据库系统框架,将区块链技术应用于分布式数据管理;其次提出一种基于哈希指针的不可篡改索引,根据该索引快速检索区块内数据,以此实现区块链的查询;最后,通过实验测试数据库的读写性能,实验结果表明,所提出的不可篡改索引在保证不可篡改的同时具有较好的读写性能.     

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...     

区块链资产窃取攻击与防御技术综述

自中本聪提出比特币以来,区块链技术得到了跨越式发展,特别是在数字资产转移及电子货币支付方面。以太坊引入智能合约代码,使其具备了同步及保存智能合约程序执行状态,自动执行交易条件并消除对中介机构需求,Web3.0 开发者可利用以太坊提供的通用可编程区块链平台构建更加强大的去中心化应用。公链系统具备的特点,如无须中央节点控制、通过智能合约保障交互数据公开透明、用户数据由用户个人控制等,使得它在区块链技术发展的过程中吸引了更多的用户关注。然而,随着区块链技术的普及和应用,越来越多的用户将自己的数字资产存储在区块链上。由于缺少权威机构的监管及治理,以太坊等公链系统正逐步成为黑客窃取数字资产的媒介。黑客利用区块链实施诈骗及钓鱼攻击,盗取用户所持有的数字资产来获取利益。帮助读者建立区块链资产安全的概念,从源头防范利用区块链实施的资产窃取攻击。通过整理总结黑客利用区块链环境实施的资产窃取攻击方案,抽象并归纳威胁模型的研究方法,有效研究了各类攻击的特征及实施场景。通过深入分析典型攻击方法,比较不同攻击的优缺点,回答了攻击能够成功实施的根本原因。在防御技术方面,针对性结合攻击案例及攻击实施场景介绍了钓鱼检测、代币授权检测、代币锁定、去中心化代币所属权仲裁、智能合约漏洞检测、资产隔离、供应链攻击检测、签名数据合法性检测等防御方案。对于每一类防御方案,给出其实施的基本流程及方案,明确了各防护方案能够在哪类攻击场景下为用户资产安全提供防护。     

区块链公链应用的典型安全问题综述

区块链作为互联网金融的颠覆性创新技术,吸引学术研究和工程应用领域广泛关注,并被持续推广应用到各种行业领域中.以公有链为代表的区块链系统具有弱中心化、信任共识、平台开放、系统自治、用户匿名、数据完整等特点,在缺乏集中可信的分布式场景中实现可信数据管理和价值交易.但区块链作为新兴信息技术,由于自身机制和周边设施不够完善、用...     

区块链技术与应用前瞻综述

区块链技术是一种去中心化、去信任化的分布式数据库技术方案。该数据库由参与系统的所有节点集体维护,具有去中心化、不可篡改、透明、安全等特性。区块链技术归功于比特币应用,它作为比特币的底层技术支持,是比特币系统的核心支撑。区块链技术 具有广阔的 发展前景,从关键技术、内容、原理、瓶颈、应用和前景几个方面进行介绍,对相关研究问题进行探讨。     

区块链技术发展现状与展望

区块链是随着比特币等数字加密货币的日益普及而逐渐兴起的一种全新的去中心化基础架构与分布式计算范式, 目前已经引起政府部门、 金融机构、 科技企业和资本市场的高度重视与广泛关注. 区块链技术具有去中心化、 时序数据、 集体维护、 可编程和安全可信等特点, 特别适合构建可编程的货币系统、 金融系统乃至宏观社会系统. 本文通过解构区块链的核心要素, 提出了区块链系统的基础架构模型, 详细阐述了区块链及与之相关的比特币的基本原理、 技术、 方法与应用现状, 讨论了智能合约的理念、 应用和意义, 介绍了基于区块链的平行社会发展趋势, 致力于为未来相关研究提供有益的指导与借鉴.     

区块链安全问题:研究现状与展望

区块链是比特币底层的核心技术，展示了在自组织模式下实现大规模协作的巨大潜力，为解决分布式网络中的一致性问题提供了全新的方法.随着比特币的广泛流通和去中心化区块链平台的蓬勃发展，区块链应用也逐渐延伸至金融、物联网等领域，全球掀起了区块链的研究热潮.然而，区块链为无信任的网络环境提供安全保障的同时，也面临安全和隐私方面的严峻挑战.本文定义了区块链系统设计追求的安全目标，从机制漏洞、攻击手段和安全措施三方面对区块链各层级的安全问题进行全面分析，提出了区块链的平行安全概念框架，并总结未来区块链安全问题的研究重点.本文致力于为区块链研究提供有益的安全技术理论支撑与借鉴.     

A Practical Heartbeat-based Defense Scheme Against Cloning Attacks in PoA Blockchain

Consensus mechanism, as the soul-building-block of decentralized settings, enables a series of blockchain applications, such as Bitcoin and Ethereum. For better security and soundness, more and more blockchain systems tend to adopt proof-of-authority (PoA) to avoid or alleviate the various security risks caused by their peer-to-peer (P2P) networks. However, the PoA protocol is also vulnerable to cloning attack (CA), which provides a potential pathway for double-spending attack and has not been well solved. In this paper, we propose a heartbeat-based defense scheme to achieve an effective CA detection in PoA blockchians. To this end, we first analyze two PoA algorithms, Aura and Clique, along with their CA. On this basis, we propose a heartbeat-based defense scheme that can detect CA effectively regardless of the underlying consensus algorithm of the blockchain. Then, to avoid the potential efficiency reduction caused by the increase of sealers, we further design an enhanced hierarchical node selection algorithm, in which sealers can challenge partial nodes selected randomly according our strategy to detect CA in an efficient manner. Finally, we theoretically estimate the precision rate model of our scheme and then establish a prototype PoA blockchain system to test the performance of our scheme. As expected, the experiment results are consistent with our theoretical analysis, which powerfully demonstrates the efficiency and practicability of the proposed scheme.