基于改进区块链的智能制造安全模型

针对传统区块链智能制造安全模型存在的区块构建和数据查询速度慢、插入查询操作的时间复杂度高等难题,提出了基于改进区块链的智能制造安全模型。首先为了克服传统区块链耗电量大和吞吐量低的弊端,引入新型Merkle Patricia树(MPT)扩展区块链结构,以提供节点状态的快速查询;然后针对MPT不支持并发操作和高负载状态下性能较差的问题,设计无锁并发缓存Merkle Patricia树,支持无锁的并发数据操作,可以提升在多核系统下的效率;最后采用具体仿真实验分析了所提模型的性能。结果表明,改进区块链的智能制造安全模型可以有效降低插入查询操作的时间复杂度,大幅提升区块构建和数据查询的速度,相较于传统模型,获得了更优的整体性能。     

基于智能合约构建可信物联网安全模型

物联网系统错综复杂,数据会在整个传输过程中经过不同的载体,其存在的隐私安全和漏洞问题也随着暴露出来。为解决传统防护技术的不足,保证物联网信息安全,本文旨在研究基于区块链技术的物联网信息安全技术,利用区块链技术在物联网网关之间建立安全的通信通道,通过在物联网网关中设置检查点来管理智能合约,与传输的所有数据链及其支链构建Merkle树,根据Merkle树根哈希值验证数据是否被篡改,提高物联网数据传输的安全性。     

结合区块链的非结构化大数据云存储优化研究

针对非结构化数据云存储效率低下的问题,提出了结合区块链技术的非结构化大数据云存储方法.云存储网络利用F2域获得存储信息,根据域首判断出数据状况,实时更新存储策略;同时存储调度利用存储窗与采集窗估算出数据均值与动态振荡,确定存储更新的频次.另外,在云存储网络中引入存储审计策略,根据数据热度与损坏性确定存储审计需求,对存储数据进行存储时间、数据包量的审计,从而优化存储效率.最后考虑到传统非结构化数据云存储过程中的数据验证效率不佳问题,设计了区块链网络结构,并在其中实现了基于Merkle树与Hash的数据完整性高效验证.仿真结果表明,结合区块链技术的非结构化大数据云存储方法显著降低了数据的审计与存储时间,有效提高了非结构化数据的云存储效率,具有良好的大数据处理性能.     

面向区块链的高效物化视图维护和可信查询

区块链具有去中心化、不可篡改和可追溯等特性,可应用于金融、物流等诸多行业.由于所有交易数据按照交易时间顺序存储在各个区块,相同类型的交易数据通常会散布在诸多区块之中,降低了面向历史区块的追溯查询的处理效率.索引构建和物化视图是提升查询性能的两种典型方法,但当待处理数据分布于多个区块时,使用索引无法改善I/O访问效率,而物化视图可有效应对这个问题.然而,由于区块链系统的特点明显区别于关系数据库,传统的面向关系数据库的物化视图技术无法被直接应用到区块链之中.鉴于此,首次提出一种面向区块链的高效物化视图机制,具有如下特征:(1)将视图维护操作与共识过程同时执行,降低该操作对系统性能的影响;(2)使用字典树加快以区块为单位的多物化视图维护进程;(3)以默克尔验证的方式确保物化结果不被恶意篡改,进而确保查询结果可信.所提出的物化视图维护机制已经被集成到一个区块链系统中,并通过实验来验证该机制的高效性.     

面向智慧水务平台的区块链BaaS关键技术

传统水务数据大多以中心化管理模式为主,但是数据权益涉及到水务集团、设备生产商和保险公司等.在此前提下,数据是否可信,数据传输和存储过程中是否被篡改成为利益涉及方痛点问题与面临的挑战.针对上述问题和挑战,本文结合区块链技术去中心化、不可篡改、可追溯的特性,提出了一种智慧水务区块链BaaS(Blockchain as a Service,区块链即服务)的构建思路和方法,较好地解决了水务数据所面临的可信度低问题.对BaaS服务关键技术:(1)BaaS服务体系架构;(2)智能水表健康数据分布式账本数据模型和Merkle二叉树验证模型;(3)基于双缓冲队列和多区块链节点接入的关键技术,进行了较为详细的阐述.     

融合图像质量评价指标的相关性分析及性能评估

图像融合质量评价指标研究旨在提供一种高效、准确的方法,为融合模型 选择、参数优化等问题提供支持. 本文通过对现有指标的机理分析、指标性能检验与 指标间相关性分析,提出一种客观评价指标集的遴选策略. 本文首先将现有客观评价 指标归为三类:基于统计的、基于信息的和基于人类视觉系统的;之后列举了类别内经典指标和最新指标;并在标准数据集上,使用正确排序指标对各图 像融合客观评价指标的性能进行验证. 结果表明,基于视觉系统类的指标性能普遍优于前两类. 最后,利用Spearman相关系数挖掘各指 标间的相关程度. 实验表明,通过指标性能和相 关系数可以选取合适的客观评价指标集.     

基于Augur的交易者身份管理方案研究

随着物联网应用的快速发展,其安全问题也引起越来越多的关注.由于物联网设备众多,且信任机制缺失,物联网设备安全问题日益突出.区块链技术成为可能的解决途径.利用区块链技术的安全机制,物联网可以建立一套可信的加密系统,从而维护数据的安全.为探索如何利用区块链技术解决物联网设备安全问题,一个可行的解决方案是探索区块链应用的身份管理方案.本文通过对区块链应用Augur的身份管理技术进行研究,探索区块链应用的身份管理方案以及潜在风险,并针对Augur的身份管理方案潜在风险和设计缺陷攻击提出了一个基于信誉评估的安全解决方案.该方案选取了6个信誉指标和3种信誉计算方法,为交易者选择有效市场及其他Augur交易活动提供信誉依据.最后本文利用3个指标检验3种方法针对不同用户类型的评估准确度,为评估方法的选择提供了依据.     

Merkle树遍历机制的改进及应用研究

无线Mesh网络的网络结构导致了无线Mesh网络具有更多的安全隐患.其中数据完整性校验是保障无线Mesh网络通信安全的一个重要方面,而Merkle可信树适用于批量数据验证.研究无线Mesh网络的安全特点,并研究Merkle可信树数字签名技术.研究表明,在Merkle可信树应用中,遍历可信树计算认证路径节点值需要消耗大量的时间.Merkle可信树的遍历算法的效率是影响Merkle可信树数字签名的关键.在研究的基础上,提出了一种改进的Merkle可信树遍历算法,并将改进后的Merkle可信树应用于无线Mesh网络的数据完整性校验机制.     

基于区块链的微认证系统架构

针对现有微认证系统架构依靠中心化的管理模式, 不能够保证微认证安全性的弊端, 本研究利用了区块链的分布式结构, 透明性与不可篡改性的特点, 探讨了如何将区块链技术引入微认证系统的架构设计中. 本文首先阐明了当前微认证系统中存在的弊端, 介绍了区块链生态系统的基本概念; 其次, 设计并提出了基于区块链的微认证系统架构, 以提供高效率且简单直观的微认证相关服务; 最后, 实现了解决方案的原型, 验证了系统原型的性能表现, 并进行了安全性探讨. 实验结果表明, 本文方法能很好地应用于微认证系统, 以促进设计和实现基于区块链的微认证系统.     

基于形式化方法的区块链系统漏洞检测模型

随着区块链技术在各行各业的广泛应用,区块链系统的架构变得越来越复杂,这也增加了安全问题的数量.目前,在区块链系统中采用了模糊测试、符号执行等传统的漏洞检测方法,但这些技术无法有效检测出未知的漏洞.为了提高区块链系统的安全性,本文提出了基于形式化理论的区块链系统漏洞检测模型VDMBS (Vulnerability Detection Model for Blockchain Systems),该模型综合了系统迁移状态、安全规约和节点间信任关系等多种安全因素,同时提供了基于业务流程执行语言BPEL (Business Process Execution Language)流程的漏洞模型构建方法.最后,本文用NuSMV在基于区块链的电子投票选举系统上验证了所提出的漏洞检测模型的有效性,实验结果表明,与现有的五种形式化测试工具相比,所提出的VDMBS模型能够检测出更多的区块链系统业务逻辑漏洞和智能合约漏洞.     

一种基于区块链的安全云存储方案设计

云存储方式是将数据上传到云服务器中,以此来减轻本地存储的负担。然而,把数据存储到不受信任的第三方云服务器上,可能导致一些数据安全隐患的出现,其中最典型的是数据的完整性问题和隐私问题。针对数据完整性问题和隐私问题,提出一种基于区块链的云存储方案。该方案利用区块链的梅克尔树属性、匿名性、不可篡改等特点构建安全云存储系统,有效地解决了数据完整性问题和隐私保护问题。     

云存储中基于MHT的动态数据完整性验证与恢复方案

针对云服务器上存储数据完整性验证过程中的高通信开销和动态数据验证问题,提出一种基于Merkle哈希树(MHT)的动态数据完整性验证与恢复方案。首先,基于MHT构建了一种新型分层认证数据结构,将数据块的每个副本块组织成副本子树,以此大幅降低多副本更新验证的通信开销。然后,在数据验证中,融入了对服务器安全索引信息的认证,以此避免服务器攻击。最后,当发现数据损坏时,通过二分查找和Shamir秘密共享机制来恢复数据。实验结果表明,该方案在验证过程中能有效降低计算和通讯开销,并能够很好地支持数据的动态操作。     

Data dynamics for remote data possession checking in cloud storage

In cloud storage, storage servers may not be fully trustworthy. Therefore, it is of great importance for users to check whether the data is kept intact. This is the goal of remote data possession checking (RDPC) schemes. In this paper, an RDPC scheme based on homomorphic hashing is proposed. To enable data dynamics, the Merkle hash tree is introduced to record the location for each data operation in the scheme. Data dynamics, including the most general forms of data operations such as block modification, insertion and deletion, are supported. Our scheme provides provable data possession and integrity protection. The security and performance analysis shows that the scheme is practical for real-world use.     

区块链性能的量化分析研究

区块链技术在很多领域有着广泛的应用前景，如何提高区块链性能是目前区块链应用面临的一个主要挑战。通过建立区块链性能的数学模型，研究区块大小、区块生成速率以及网络传输速度等因素与区块链性能和安全性之间的定量关系。通过量化分析可知，增加区块大小或区块生成速率可以等效地提升区块链性能和安全性，但是提升效果是边际递减的。而且增加区块大小或区块生成速率对区块链性能和安全性的提升作用受到网络传输速度的限制，区块大小和区块生成速率需要与网络传输速度相匹配，才能达到最佳的提升效果。该数学模型不仅可以为定制区块链系统提供理论支持，而且可以帮助人们理解区块链性能瓶颈，为进一步发展高效区块链技术的研究提供参考依据。     

SE-Chain:A Scalable Storage and Efficient Retrieval Model for Blockchain

Massive data is written to blockchain systems for the destination of keeping safe.However,existing blockchain protocols still demand that each full node has to contain the entire chain.Most nodes quit because they are unable to grow their storage space with the size of data.As the number of nodes decreases,the security of blockchains would significantly reduce.We present SE-Chain,a novel scale-out blockchain model that improves storage scalability under the premise of ensuring safety and achieves efficient retrieval.The SE-Chain consists of three parts:the data layer,the processing layer and the storage layer.In the data layer,each transaction is stored in the AB-M tree (Adaptive Balanced Merkle tree),which adaptively combines the advantages of balanced binary tree (quick retrieval) and Merkle tree (quick verification).In the processing layer,the full nodes store the part of the complete chain selected by the duplicate ratio regulation algorithm.Meanwhile,the node reliability verification method is used for increasing the stability of full nodes and reducing the risk of imperfect data recovering caused by the reduction of duplicate number in the storage layer.The experimental results on real datasets show that the query time of SE-Chain based on the AB-M tree is reduced by 17％ when 16 nodes exist.Overall,SE-Chain improves the storage scalability extremely and implements efficient querying of transactions.     

基于格的大数据动态存储完整性验证方案

文章提出了一种基于格的大数据动态存储完整性验证方案,方案基于量子计算机也难以破解的格上困难问题,具有较高的安全性,采用了Merkle哈希树技术,支持数据动态变化,并且运行效率也很高。最后文章论证了方案的正确性和安全性,该方案能够广泛的应用到与大数据动态完整性验证相关的场景中。     

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.     

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。     

一种基于MB 树的网络共享数据查询和检验方法*

网络数据共享机制将数据置于远程网络服务商处并通过外部访问接口进行共享,用户无需保存数据副本,网络服务商负责数据的安全保障,因此无副本情况下数据用户对网络服务商处存储数据的查询和安全效验至关重要。分析目前对远程存储数据查询和检验常用的Merkle散列树方法,就其对大规模数据进行检验时存在验证过程冗余、验证辅助数据量大等不足,提出一种基于MB 树的网络共享数据查询和检验方法,帮助数据用户确认位于网络服务商处数据的正确性和完整性。利用MB 树非叶结点包含多出度、叶结点直接映射数据等特性对数据文件进行抽象组织,避免Merkle散列树的结点数和深度随数据文件块的增多而呈现线性增长的问题,同时缩短检验过程中的查询认证路径,减少检验所需的辅助认证信息,有效地控制了时间和空间消耗。通过实验分析可知,相较于常用的方法（如Merkle散列树）,处理大规模数据时MB 树更易于构建,也能够更加快速地查询和检验数据文件。