跨链综述：机制、协议、应用与挑战

随着区块链技术及应用的不断发展，人们对区块链之间的交互需求日益增加。然而，区块链技术的孤立性和封闭性以及不同区块链之间的异构性造成了区块链的“价值孤岛”效应，这严重阻碍了区块链技术集成应用的广泛落地和良性发展。区块链跨链技术解决了不同区块链之间的数据流通、价值转移和业务协同等问题，也是提升区块链可扩展性和互操作性的重要技术手段。根据跨链技术的实现复杂性和功能丰富性程度，从三个方面分类总结了区块链跨链技术：一是基础的跨链机制，二是基于这些机制构建的跨链协议，三是提供了系统架构的跨链应用。最后，总结了跨链互操作中存在的问题，从而为区块链跨链技术的进一步研究提供了系统性理论参考。     

基于联盟自治的区块链跨链机制

针对目前区块链系统跨链互操作难问题而导致的“信息与价值孤岛”现象,提出一种基于联盟自治的区块链跨链机制。该机制的核心思想是以链治链,通过构建一条由多方共治的中继联盟链来管理跨链网络,用于解决不同区块链系统之间的数据共享、价值流通与业务协同问题。首先,提出了一个基于中继模式的跨链系统为同异构区块链系统提供交互服务;其次,详细设计了中继联盟链,设定了应用链及其用户参与跨链系统的规则;然后,总结了跨链交互的基本类型并制定了基于智能合约的跨链交互实现流程;最后,通过多组实验验证了跨链方案的可行性,评估了跨链系统的性能指标,并且分析了整个跨链网络的安全性。仿真结果与安全性分析证明,所提机制中的通道分配策略与出块权分配方案具有实际可行性,当涉及资产交易时,该机制的吞吐量最高可达到758 TPS,而不涉及资产交易时的吞吐量最高可达到960 TPS,且拥有高级别的安全性与粗细粒度兼具的隐私保护机制。基于联盟自治的区块链跨链机制可提供安全高效的跨链服务,适用于目前大多数跨链场景。     

区块链可扩展性研究：问题与方法

区块链技术作为分布式账本的关键技术之一,其在不依赖于任何第三方可信机构的前提下,解决开放网络中的信任问题,去中心化的特点使其有着广泛的应用前景,但面临着可扩展性不足的瓶颈.目前,区块链可扩展性的瓶颈主要体现在2个方面：性能效率低下、功能难以扩展.以比特币为例,从性能上讲,当前仅支持7笔/秒的交易吞吐量,显然无法满足现今数字支付的场景,也无法承载在数字支付领域外的其他应用.从功能上讲,当前不同区块链系统之间的资产或数据难以交互.在现实情况中,不同的区块链系统承载着不同的业务和需求.为此,需要实现链与链之间的交互,才能打通不同区块链之间的信息或价值通道,避免每一区块链成为信息或价值孤岛,并在此基础上实现价值互联网.区块链可扩展性的研究已经引起了学术界及产业界越来越多的关注,将从区块链性能提升及功能扩展2个角度出发,分别介绍区块链可扩展性领域的相关技术和研究进展,其中包括3类当前主流的、提升区块链交易吞吐量的方案：链下支付网络、Bitcoin-NG和分片机制;以及4类代表性的、实现区块链功能扩展的跨链互通技术.分析对比不同方案的特性、适合场景及可能存在的不足之处,并在此基础上给出进一步研究方向.     

PieBridge：一种按需可扩展的跨链架构

区块链由于其去中心、可溯源等特性,已被广泛应用于数字货币、供应链金融、智慧医疗等不同领域. 随着应用需求的不断拓宽,各独立区块链协作以构建更广泛价值互联网的需求日益增强,因而迫切需要研究跨链技术. 然而当前区块链生态规模不断扩大、丰富,异构/同构区块链间的互联互通需求也随之快速增长. 而现有跨链研究无法应对架构可扩展性与跨链需求多样性方面的挑战. 针对上述问题,基于“按需建域”的理念,提出一种按需可扩展的跨链架构PieBridge,并提出了一套4层跨链交互协议栈,解耦跨链传输、验证、事务与应用,满足不同跨链应用在隐私、安全、性能等方面的差异化需求. 同时实现了PieBridge原型系统,并通过建模分析与实验证明了PieBridge的可扩展性以及其对差异化跨链交互需求的灵活支持.

     

区块链互操作性技术研究进展

区块链技术因其去中心化、高透明度等优良特性引领了新一代数据存储技术的发展，近年来广泛应用于社会治理、金融保险、数字版权等领域。然而，作为一个基于规范和协议的自封闭系统，区块链不同链间无法直接实现数据通信，难以满足跨领域应用的数据共享需求，区块链互操作性技术应运而生。目前，该技术的项目实例分析较少。基于区块链互操作性最新研究成果，系统性总结了近年来互操作技术的代表性方案，并归纳展望了发展前景。首先，按照通信各链的结构差异，将区块链互操作方法划分成同构扩容和异构互操作两种类型；其次，按照技术发展脉络和区块链分层架构，分别介绍两种类型的代表性方法，分析比较了各方法的实现原理和技术细节，归纳总结它们的优缺点；再次，介绍了目前已经实施的区块链互操作性项目研发进展，重点介绍其实现思路、运营模式和现状，并在吞吐量、安全性等多个指标上对比分析其性能；最后，展望了区块链互操作性技术各方向的发展趋势。     

区块链跨链技术进展研究

随着区块链技术的发展,各种具有不同特点、适用于不同应用场景的区块链如比特币、以太坊等公有链以及私有链、联盟链大量共存.由于区块链的相互独立性,现存各区块链之间的数据通信、价值转移仍面临挑战,价值孤岛现象逐渐显现.区块链的跨链技术是区块链实现互联互通、提升可扩展性的重要技术手段.对跨链技术领域的成果进行了系统总结：首先,分析了跨链技术的需求及面临的技术难点;其次,总结了正在发展的跨链技术,并介绍了24种主流跨链技术的原理与实现思路;然后,综合分析了跨链技术存在的安全性风险,并列举了12项主要问题;最后,总结探讨了跨链技术的未来发展趋势.     

基于中继的联盟链跨链通信系统

通过研究区块链之间跨链通信困难的问题，本文在基于中继的跨链通信机制基础上进行功能开发与完善，设计一个基于中继的联盟链跨链通信系统。本文跨链系统实现了异构链互联、跨链需求的寻址转发、跨链资源调用、跨链合约发起等跨链需求，使用面向跨链通信下的二阶段执行协议，保证跨链交互的原子性。针对跨链交易验证设计了区块头同步合约，简化跨链交易验证流程，降低跨链通信的复杂性。通过实验仿真系统功能测试，本文所设计的跨链系统能够安全高效实现区块链间的跨链通信操作。     

跨链接入的区块链安全强度评估方法北大核心CSCD

目前针对跨链安全评估的研究较为薄弱,文章针对目前出现的各类区块链跨链系统安全问题,提出一整套跨链区块链安全强度评估方法,将安全问题分为跨链信任问题、跨链共识问题、跨链安全问题和跨链网络问题4种类型,同时根据其评价特性结合层次分析法和模糊综合评价法,构建评估矩阵提炼权重系数,对系统进行定量及定性评估并计算隶属度,可根据结果分析系统安全性,对跨链平台、系统评估及提升自身安全性具有一定意义。为研究评估方法的有效性,在样例跨链系统上进行安全强度评估。评估结果表明,该系统总体评价为良,得分为78.27,还具有一定提升空间。此评估方法对跨链接入的区块链系统的安全评估具有一定的借鉴意义。     

区块链技术在域间路由安全领域的应用研究

互联网域间路由系统的安全问题一直备受关注.实现全网范围的互联网资源管理认证和可信跨域协作至关重要.区块链技术以其去中心化、防篡改、可追溯等天然属性,可作为域间网络资源认证与信任建立的基础.首先分析域间路由系统安全脆弱性及其影响,以及传统域间路由安全机制面临的部署困难、管理复杂、信任中心化等困境;然后,在简要介绍区块链技术基本理论的基础上指出区块链技术运用于域间路由系统安全的技术思路,并详述区块链技术应用于域间路由认证、域间智能管理和域间DDoS防御等方面的最新进展;最后,分析区块链应用于域间路由安全领域的优势,从性能与规模、兼容性与增量部署以及区块链自身安全问题这3个方面分析其问题与挑战,并对下一步研究进行展望.     

区块链即服务平台关键技术及发展综述

区块链即服务是将区块链框架嵌入到云计算平台的一种新型应用方式,能够有效利用云平台提高区块链系统部署和运营的便捷性和高效性.文中主要对区块链即服务(BaaS)的关键技术和现有平台系统进行了全面的分析总结.首先介绍了BaaS的概念和平台功能,分析了 BaaS平台在提高安全性能、实现个性定制和降低开发成本等方面具有的优势;然后基于现有商业化BaaS平台详细介绍了 BaaS平台的系统架构和关键技术架构,并介绍了当前主流的BaaS平台的特性技术和功能,以及相关应用场景;最后,在整理当前BaaS平台遇到的挑战问题的同时对BaaS的未来研究方向进行了展望.     

从扩展性角度看区块链

区块链集成密码学、分布式共识、P2P网络和时间戳等技术,可实现数据一致存储、难以窜改和防止抵赖等功能,解决了开放网络中不依赖任何可信第三方的信任问题。去中心化的特性使得区块链具有广阔的应用前景,但随着应用的深入与拓展,扩展性问题已成为挖掘区块链技术潜力的一个关键挑战。区块链本质上仍是分布式系统,基于此,从分布式系统的扩展性角度对区块链的研究工作进行综述,基于链上扩展、链下扩展和跨链扩展三个方面论述了区块链可扩展的思路和方法,总结了近年来的研究成果;通过对现有解决方案的总结分析,探讨了提高区块链可扩展性所面临的问题和未来的研究趋势。     

基于条件代理重加密的跨链数据共享方案

目前区块链大多属于异构链,信息孤岛问题严重,所以如何打破区块链垂直发展的封闭状态和实现链间互联互通一直是区块链的研究热点。针对联盟链之间数据共享难、互操作性差和存储压力大等问题,提出一种基于条件代理重加密的跨链数据共享方案。从各联盟链中选出高信用节点充当公证人并组成公证链,作为跨链共享的媒介;引入星际文件系统实现混合存储,减小存储压力;随机确定一位公证人作为代理者,执行条件代理重加密操作实现链间共享密文的状态转变;通过信用约束和激励策略,规范公证人的行为和提高各链节点参与数据共享的积极性。理论分析和实验结果表明,提出方案在跨链数据共享方面更安全可靠,具有较高的跨链交互效率和较低的存储开销。     

区块链技术及其在信息安全领域的研究进展

区块链是一种源于数字加密货币比特币的分布式总账技术,其发展引起了产业界与学术界的广泛关注.区块链具有去中心化、去信任、匿名、数据不可篡改等优势,突破了传统基于中心式技术的局限,具有广阔的发展前景.介绍了区块链技术在信息安全领域的研究现状和进展.首先,从区块链的基础框架、关键技术、技术特点、应用模式、应用领域这5个方面介绍了区块链的基本理论与模型;然后,从区块链在当前信息安全领域研究现状的角度出发,综述了区块链应用于认证技术、访问控制技术、数据保护技术的研究进展,并对比了各类研究的特点;最后,分析了区块链技术的应用挑战,对区块链在信息安全领域的发展进行了总结与展望,希望对未来进一步的研究工作有一定的参考价值.     

Attacks Against Cross-Chain Systems and Defense Approaches: A Contemporary Survey

The blockchain cross-chain is a significant technology for inter-chain interconnection and value transfer among different blockchain networks. Cross-chain overcomes the “information island” problem of the closed blockchain network and is increasingly applied to multiple critical areas such as finance and the internet of things (IoT). Blockchain can be divided into three main categories of blockchain networks: public blockchains, private blockchains, and consortium blockchains. However, there are differences in block structures, consensus mechanisms, and complex working mechanisms among heterogeneous blockchains. The fragility of the cross-chain system itself makes the cross-chain system face some potential security and privacy threats. This paper discusses security defects on the cross-chain implementation mechanism, and discusses the impact of the structural features of blockchain networks on cross-chain security. In terms of cross-chain intercommunication, a cross-chain attack can be divided into a multi-chain combination attack, native chain attack, and inter-chain attack diffusion. Then various security threats and attack paths faced by the cross-chain system are analyzed. At last, the corresponding security defense methods of cross-chain security threats and future research directions for cross-chain applications are put forward.

     

基于星火区块链的跨链机制

针对当前区块链技术飞速发展的过程中,不同区块链之间相对孤立,数据不能交互共享的问题,提出一种基于星火区块链的跨链机制.首先,对常见跨链技术和当前主流跨链项目作了分析,研究了不同技术和项目的实现原理,并总结了它们的区别和优缺点;然后,利用主子链模式的区块链架构,设计了智能合约组件、交易校验组件、交易超时组件等关键核心组件...     

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.     

从能源互联网到能源区块链: 基本概念与研究框架

在“双碳”目标推动下,能源产业数字化转型势在必行. 随着区块链在能源行业数字化转型应用和发展,能源区块链概念逐渐形成共识,它是区块链与能源互联网深度融合的产业新形态,可助力能源主体之间的高效协作,为绿色低碳等创新业务模式提供技术支撑与服务. 能源区块链的规模化发展离不开多层次跨链技术的突破,但能源区块链的跨链服务还面临着许多问题. 将目前能源区块链领域的研究现状分为5类,即能源区块链架构、智能合约应用、跨链技术、区块链节点管理和区块链隐私保护,针对这5个方向分别总结相关研究工作,详细梳理出各研究方案的原理、优势与不足;然后,为促进能源区块链的跨链服务安全技术的发展,根据能源区块链的现实需求,结合监管机制与共识机制提出多层次跨链协同监管的能源区块链架构;最后,总结出能源区块链跨链服务安全技术中亟待解决的问题,并提出区块链在能源领域的研究展望.

     

区块链数据分析：现状、趋势与挑战

区块链是一项具有颠覆许多传统行业的潜力的新兴技术.自以比特币为代表的区块链1.0诞生以来,区块链技术获得了广泛的关注,积累了大量的用户交易数据.而以以太坊为代表的区块链2.0的诞生,更加丰富了区块链的数据类型.区块链技术的火热,催生了大量基于区块链的技术创新的同时也带来许多新的问题,如用户隐私泄露,非法金融活动等.而区块链数据公开的特性,为研究人员通过分析区块链数据了解和解决相关问题提供了前所未有的机会.因此,总结目前区块链数据存在的研究问题、取得的分析成果、可能的研究趋势以及面临的挑战具有重要意义.为此,全面回顾和总结了当前的区块链数据分析的成果,在介绍区块链技术架构和关键技术的基础上,分析了目前区块链系统中主要的数据类型,总结了目前区块链数据的分析方法,并就实体识别、隐私泄露风险分析、网络画像、网络可视化、市场效应分析、交易模式识别、非法行为检测与分析等7个问题总结了当前区块链数据分析的研究进展.最后针对目前区块链数据分析研究中存在的不足分析和展望了未来的研究方向以及面临的挑战.     

区块链关键技术及存在问题研究综述

区块链是基于数字加密货币基础上发展而来的分布式数据库技术,区块链系统具有去中心化、不可篡改、高度自治、分布共识等特点,为无需第三方监管实现分布式一致性问题提供了解决方案。随着区块链技术快速发展,区块链在弱信任平台应用领域更加普及,但也面临着自身系统漏洞和安全攻击的挑战。从区块链研究背景及漏洞发展趋势入手,总结分析了区块链关键技术原理及其优缺点、区块链系统存在的技术漏洞和安全攻击,并对技术漏洞和漏洞攻击类型进行归纳分类,指出语法错误、环境配置和图形界面错误是区块链系统中排前三的漏洞缺陷,漏洞攻击对区块链系统构成极大的安全威胁,务必加以重视和防范,以期对未来区块链技术改进发展提供参考与借鉴。