可验证布隆过滤器:加速区块链中的不存在查询与证明

传统基于区块链的“真实存储”系统在过滤“无效查询请求”时忽略了提供“不存在证明”,恶意节点可以随时对指定用户发动拒绝服务攻击.本文提出了可验证布隆过滤器的一种构建方式,基于布隆过滤器快速过滤无效查询请求的同时能有效提供证据证明数据不存在;此外,针对证明过程中可能造成的隐私泄露问题,本文提出了“隐秘的可验证布隆过滤器”和“数据混淆”两种方式,前者确保每个“不存在证明”只会泄露布隆过滤器的一位置零位,减少了数据泄露量;后者则是在前者的基础上进一步降低用户从泄露的布隆过滤器中推测出真实内容准确率.实验数据表明,当无效查询请求量占比为35%时,读取性能提升大约30%;当无效查询请求量占比为95%时,读取性能可提升十倍以上.     

存储容量可扩展区块链系统的高效查询模型

区块链技术是目前计算机领域的研究热点,其实现了去中心化,并且能够安全地存储数字信息,有效降低现实经济的信任成本.提出一种区块链存储容量可扩展模型的高效查询方法——ElasticQM.此查询模型由用户层、查询层、存储层和数据层这4个模块组成.在用户层,模型将查询结果缓存,加快再次查询相同数据时的查询速度;在查询层,模型采用容量可扩展区块链模型的全局查询优化算法,增加了查询超级节点、查询验证节点和查询叶子节点这3种节点角色,提高了查询效率;在存储层,模型改进了区块链的容量可扩展模型ElasticChain的数据存储过程,实现了存储的可扩展性,并减少了占用的存储空间;在数据层,提出一种基于B-M树的区块链存储结构,并给出了B-M树的建立算法和基于B-M树的查找算法,基于B-M树的存储结构,区块链会在进行块内局部查找时提高区块链的查询速度.最后,通过在多节点不同数据量的区块链中查询的实验结果表明,ElasticQM查询方法具有高效的查询效率.     

面向主从区块链的多级索引构建方法

主从区块链是一种面向领域的、采用高效密码学原理进行大数据可信化通信及存储的新型信息处理技术.随着领域数据规模的指数级增长,现有主从区块链系统存在的查询效率低、溯源时间长等问题愈发严重.针对这些问题,提出一种面向主从区块链的多级索引构建方法（multi-level index construction method for master-slave blockchain,MSMLI）.首先,MSMLI引入权重矩阵,基于主链结构将整个主从区块链进行分片,并对各个分片进行权重赋值;其次,针对每个分片内的主区块链,提出基于跳跃一致性哈希的主链索引构建方法（master chain index construction method based on jump consistent Hash,JHMI）,输入节点关键值和索引槽位数量,输出主链索引;最后,引入布隆过滤器,改进基于列的选择函数,对各个主区块对应的从属区块链构建2级复合索引.在3种约束条件和2类数据集上的实验结果表明,MSMLI对比现有方法,平均能够缩减9.28%的索引构建时间,提升12.07%的查询效率,同时降低24.4%的内存开销...     

区块链下社交网络用户抄袭识别方案

针对社交网络中用户抄袭难以识别的问题,为保障原创作者权益并对具有抄袭行为的用户进行追责,提出了区块链下社交网络用户抄袭识别方案。针对现有区块链缺少通用溯源模型的问题,设计基于区块链的溯源信息管理模型来记录用户操作信息,为文本相似度检测提供依据。在Merkle树和布隆过滤器结构的基础上,设计了新的索引结构BHMerkle,减少了区块构建和查询时的计算开销,实现了对交易的快速定位。同时提出多特征权重Simhash算法,提高了词权计算的准确性并提高签名值匹配阶段的效率,从而对具有抄袭行为的恶意用户进行识别,并通过奖惩机制遏制恶意行为的发生。抄袭识别方案在不同主题的新闻数据集上的平均准确率为94.8%,平均召回率为88.3%,相较于多维度Simhash算法和基于信息熵加权的Simhash(E-Simhash)算法,平均准确率分别提升了6.19、4.01个百分点,平均召回率分别提升了3.12、2.92个百分点。实验结果表明,所提方案在抄袭文本的查询及检测效率方面均有所提升,且在抄袭识别方面具有较高的准确性。     

基于区块链的铁路电子提单系统

提单是国际物流中的重要单证,应用于铁路运输时将提高货物和资金流转效率.现存的电子提单系统存在安全性低、公信力不足等问题,难以保障各个参与方的权益.本文在满足提单主要功能的基础上,利用区块链去中心化、可溯源、可编程的特性,确定了基于区块链的电子提单系统框架.采用超级账本技术,本文设计并实现了在区块链网络中多机构、多角色参与的电子提单发布、审核、质押等业务逻辑,保证了电子提单安全、高效地流转.经过区块链系统打包的交易数据,凭借共识机制被锚定在链上,实现了交易信息实时共享与查询,有效地解决了物权争议与货物追踪问题.     

SMT: 一种区块链上适用于流数据高效认证的数据结构

认证数据结构(authenticated data structure, ADS) 解决了数据外包存储场景下服务器的不可信问题, 用户通过ADS可以验证不可信服务器返回查询结果的正确性与完整性, 但数据拥有者的安全性难以保证, 攻击者可以篡改数据拥有者存储的ADS, 破坏对查询结果的完整性、正确性验证. 数据拥有者将ADS存储在区块链上, 借助区块链的不可篡改性, 可以解决上述问题. 但现有ADS实现方案在区块链上维护成本较高并且大部分只支持静态数据的可验证查询, 目前缺少一种针对区块链设计的高效ADS. 通过分析智能合约的gas消耗机制与基于传统MHT的ADS的gas开销, 提出一种新型ADS认证结构SMT, 实现对流数据的高效可验证查询, 并且在区块链上具备更低的gas消耗. 从理论及实验出发, 验证了SMT的高效性, 通过安全性分析, 证明了SMT的安全性.     

基于区块链的工业互联网数据溯源技术实现

针对工业互联网数据量大、数据关系复杂的问题,提出一种基于区块链和PROV-DM模型的数据溯源方法,该方法采用PROV-DM模型进行溯源信息记录,可描述多种工业互联网数据关系;储存结构为区块链-区块链,可减少溯源查询过程的数据计算量,提高溯源查询效率;在每个区块链都设置有智能合约,可有效保证加密解密速率。经试验,该数据溯源方法可完成数据溯源记录和溯源查询等多项功能、对数据量较大的溯源信息加密解密速率高、溯源查询效率高、吞吐量大,基本满足工业互联网数据溯源需求。因此,基于区块链和PROV-DM模型的数据溯源方法在工业互联网的实际应用中具有一定的价值。     

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.     

物联网中基于区块链的密态内容审计方案

低功耗广域网技术以功耗低、距离远等优势,已成为当前的一个研究热点。但是,由于低功耗广域网中传感器节点安全防护能力有限、容易老化以及存在恶意节点等问题,导致系统在效率和私密性方面并不是完全可靠。针对上述问题,本文为无线电广域网的媒体介入控制层设计一套密文数据审计算法。通过使用布隆过滤器,加快密文数据处理的效率。此外使用同态加密技术,在保护数据的前提下,实现有效密文数据范围查询功能。最后利用区块链技术实现对通讯数据的溯源,方便日后对问题节点进行追踪。分析结果显示,新方案具有较高的安全性能,并且运行效率能够达到O(logn)。     

基于区块链的可信制造供应链溯源框架设计

针对传统制造业供应链管理信息不透明、数据流易窜改以及追溯能力不足等导致的供应链组织间缺乏信任、机会成本增加的问题,利用区块链技术设计了可信制造供应链溯源框架（trusted manufacturing supply chain traceability,TMSCT）。首先,设计了一种主从链协作机制,帮助用户在保护隐私的同时进行可信合作;其次,通过链上链下存储模式减轻分布式节点的存储压力;此外,基于布隆过滤器与Merkle树构建B-Merkle 树,以快速判断当前区块是否包含目标数据。实验结果表明,B-Merkle树可以有效降低查询请求的平均处理时延,所提框架在数据存在性判断、隐私保护、灵活性和缓解节点存储压力方面相比现有解决方案具有更好的表现。