区块链的数据管理技术综述

最近几年,随着加密货币和去中心化应用的流行,区块链技术受到了各行业极大的关注.从数据管理的角度,区块链可以视作是在一个分布式环境下众多不可信节点共同维护且不可篡改的账本.由于节点间相互不可信,区块链通过共识协议,确保数据存储的一致性,实现去中心化的数据管理.针对区块链的安全性以及共识协议,已有诸多工作进行全面的分析.将从数据管理的角度,分析区块链技术与传统数据库下数据管理技术的异同.分布式数据管理的研究已经持续数十年,涵盖了数据存储模式、事务处理机制、查询执行与验证、系统可扩展性等诸多方面,并已有诸多技术广泛应用于实际的分布式数据库中.该类工作往往假定存在中心可信节点或者节点只可能发生崩溃而不存在恶意攻击.然而在区块链环境中,系统设计需考虑不可信节点可能的攻击行为以及拜占庭容错.这给数据管理带来了新的问题与挑战.因此,将梳理并分析国内外有关区块链数据管理的文献,并展望未来的研究方向.     

基于区块链的可信日志存储与验证系统

为满足计算机操作系统中日志数据的完整性保护需求,基于区块链技术,设计并实现可信日志存储与验证系统。存储阶段将本地日志的数据指纹上传至区块链,并保存区块链返回的存储凭证。验证阶段将本地日志的数据指纹与从区块链中获取的数据指纹进行比对,实现日志的完整性验证。分析结果表明,该系统具有去中心化、不可篡改、公开透明等特点,可有效检测日志数据的篡改行为。     

一种基于区块链的数据完整性验证解决方案

数据在物联网环境下采集、传递、存储过程中,如果缺少严密的安全防范措施,可能会出现假冒的、被篡改的或者过期的数据,这些缺乏完整性保护的物联网数据会对物联网应用造成极大的危害。数据的完整性是确保数据可信的必要条件。区块链的去中心化、分布式、持久性、不可篡改等属性,使得区块链目前成为在具有隐私保护应用需求的数据完整性验证的优选方法。文中提出了一种基于区块链的数据完整性验证的区块链结构和基于去中心化时间戳的数据完整性验证机制,设计了基于区块链的数据完整性验证的智能合约,在以太坊平台上模拟真实场景。实验结果表明,基于区块链的数据完整性验证技术方案,可以在去中心化的应用环境下,并在数据分散存储以保护数据隐私的前提下,确保数据的完整性。     

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。     

基于区块链的去中心化电力交易与访问控制系统

随着信息化的大力发展及广泛应用,传统中心化电力交易与数据存储方式的缺点逐渐显现出来。基于去中心化的区块链技术,提出分布式电力交易方法。此外,为了实现电力数据的安全存储与访问控制,设计了一个多中心属性加密方案,各联盟节点分别管理不同属性,同时联合对用户进行密钥生成及授权,从而达到去中心环境下的电力数据细粒度访问控制机制。     

基于区块链技术的公益时间银行系统

在现有的时间银行系统中，时间币的发行功能和结算功能完全集中到一个中心节点上。这种极度中心化的功能结构，不仅存在容易发生中心节点单点失效、数据容易被篡改等信息安全问题，还存在着时间币的发行和流通缺乏透明度以及时间币的结算依赖中心化的结算机构等问题。针对这些问题，提出了一种基于区块链技术的解决方法。首先，将时间币的发行功能和结算功能从中心节点上分离出来；然后，利用具有分布式去中心化、集体维护和不可篡改等特性的区块链技术，将分离出来的发行功能逐步去中心化，将分离出来的结算功能去中心化，形成公益时间链（PWTB）；最终，PWTB利用区块链技术以去中心化的方式将时间银行系统由单个节点维护账本变成由集体维护一个分布式的共享账本，使时间币的发行和流通公开透明，时间币的结算不依赖某个中心化的节点。安全分析表明所设计的PWTB能够实现安全的信息传输与存储，以及数据的共享。     

基于区块链的智慧城市边缘设备可信管理方法研究

由于物联网设备的资源受限,当前智慧城市相关应用系统,在抵御以物联网设备为目标的恶意攻击时存在局限性,难以提供安全可靠的服务。本文设计了基于区块链的智慧城市边缘设备管理架构,将区块链技术引入智慧城市建设研究中,利用区块链分布式架构和去中心化的思想,实现感知数据的可信收集和存储,并基于该架构提出了一种新的基于信誉的PoW共识算法,为物联网设备提供信任机制,该算法极大的增加了由物联网设备端发起的恶意攻击的成本,有效的预防了设备的恶意攻击行为,实现了边缘设备行为的可信管理。基于所提方法实现的智慧城市应用案例验证了其可行性,有效防范了来自节点的恶意攻击,增强了系统的信息安全性。     

基于区块链的企业管理系统框架设计与分析

区块链技术如何赋能现代企业管理,越来越受到广泛的关注。企业资源计划（ERP,enterprise resource planning）技术将现代信息技术与企业生产流程管理紧密结合,有效加强了企业的工作效率和管理水平,但存在中心化结构特有的设备安全、数据安全、工控安全、信息泄露等固有的痛点问题。针对当前ERP系统暴露的问题,利用区块链的去中心化、去信任化、公开透明、可信数据库、可追溯性等特点,提出一种基于区块链的现代企业管理ERP系统框架模型。重点解决企业生产与管理流程中的数据可信和高效协同问题,并引入区块链的激励机制,利用Token强化协同管理,提高效率,为企业效绩评估与考核提供一种新思路。     

兼容多种标识的新型根区管理技术

现有互联网域名及工业互联网标识体系根区的管理模式是一种中心化的架构,会形成一个绝对权威中心控制所有数据,权力的过于集中会存在权力滥用、缺乏监管等风险.针对这个问题,分析了互联网域名及工业互联网标识解析体系中根区顶级域或顶级节点当前的管理模式,并对这种中心化的模式进行改进,提出了一种新的兼容多种标识的根区管理技术.首先,利用区块链分布式存储、难以篡改等特性,根节点之间通过准入机制构建平等共治的联盟链,然后选择安全高效的共识机制,设计合理的数据结构,对根区数据进行注册、更新和注销,从而使顶级域或顶级节点共同参与维护根区数据,实现根区的去中心化管理,保证根区数据的一致性与安全性.     

基于区块链的水利数据共享平台开发与应用研究

针对水利政务各部门存在业务纵向独立,跨部门数据共享与业务协同困难等问题,为提升水利政务办事效率与群众满意度,研究并实现一种基于区块链技术的水利数据共享平台。利用区块链分布式共享、不可篡改等特性,将水利数据去中心化存储;采用应用服务与数据管理分离的架构模型与一致性访问接口,解决各水利应用间的数据共享问题;结合智能合约与数字签名技术,实现数据访问与共享的去信任化和智能化。该研究已应用于围绕电子采砂证照的水利数据共享场景中,应用分析表明：平台可实现水利数据去中心化存储与访问,实现水利数据的跨部门安全可信共享,提高水利政务协同工作效率,研究成果可为各地方、 部门和层级间政务数据的安全互通起示范作用。     

基于智能合约的多微电网市场化交易模型及算法

针对传统的输配电网络集中方式管理运行存在的成本高、效率低、透明度低等问题,及多微电网中各博弈主体利益最大化需求,建立公平的竞价规则及多目标动态规划模型。利用区块链可信账本和智能合约技术,形成去中心化、透明开放、信息对称的市场化交易模型,保证各方主体利益。对所构建的交易模型及求解算法进行仿真分析,结果表明,模型分配策略可有效平衡市场主体利益,验证了该竞价规则在多微电网市场化交易场景下具有适用性和有效性。     

CoC: A Unified Distributed Ledger Based Supply Chain Management System

Modern supply chain is a complex system and plays an important role for different sectors under the globalization economic integration background. Supply chain management system is proposed to handle the increasing complexity and improve the efficiency of flows of goods. It is also useful to prevent potential frauds and guarantee trade compliance. Currently, most companies maintain their own IT systems for supply chain management. However, it is hard for these isolated systems to work together and provide a global view of the status of the highly distributed supply chain system. Using emerging decentralized ledger/blockchain technology, which is a special type of distributed system in essence, to build supply chain management system is a promising direction to go. Decentralized ledger usually suffers from low performance and lack of capability to protect information stored on the ledger. To overcome these challenges, we propose CoC (supply chain on blockchain), a novel supply chain management system based on a hybrid decentralized ledger with a novel two-step block construction mechanism. We also design an efficient storage scheme and information protection method that satisfy requirements of supply chain management. These techniques can also be applied to other decentralized ledger based applications with requirements similar to supply chain management.     

区块链与可信数据管理:问题与方法

作为支撑比特币实现无中心高可信的账本管理的技术,区块链在金融领域得到了广泛关注.区块链实现了不完全可信环境中的可信数据管理,具有去中心化、防篡改、不可抵赖、强一致和完整性等特性,同时也具有高延迟和低吞吐率的性能问题.在互联网技术发展,新型应用层出不穷的大背景下,借鉴区块链在数字加密货币应用中的成功经验,探索可信数据管理的理论、技术,并设计、实现系统,是学术界所面临的重要问题.本文从可信数据管理角度,介绍区块链相关的技术和研究进展,包括分布式共识、智能合约、数据溯源等,并分析应用对可信数据管理所提的需求和研究挑战.     

分布式账本技术的发展历程研究综述

物联网、人工智能、大数据等众多领域缺乏量身定制的安全隐私技术保障,基于分布式账本技术(DLT)的系统作为一种分散的数据管理方法可以很好地满足其安全需求,因此基于分布式账本技术的系统层出不穷。为了帮助后续的研究者更全面快速地了解分布式账本技术,梳理了近年来基于分布式账本的研究成果,分别从数据结构、技术原理、共识机制和性能等多个角度对区块链进行深入分析,并且基于当前研究现状详细比较分析了分布式账本技术的一些最新进展,如哈希图(Hashgraph)、全链(Holochain)和初链(Truechain)等。最后总结了该领域未来的发展前景。     

基于区块链的供应链可信数据管理

为解决传统供应链中贸易数据潜在伪造、篡改等安全问题,提出了一种基于区块链技术的供应链可信数据管理方案.首先,以智能合约将贸易规则代码化,防范履约风险和提高贸易数据处理可信性;其次,采用ZSS04方案和抽样技术交互完成贸易数据完整性检验;再次,设计了适用于供应链的分布式共识机制,以提高贸易数据存储可信性;最后,利用区块链技术所具有的原生特性实现非可信环境下的可信数据管理.分析以及实验结果表明,该方案能够为供应链中贸易数据管理提供新的思路和技术支持.     

基于区块链的充电交易数据安全存储平台设计

电动汽车充电平台作为智能电网的重要组成部分,越来越多的用户使用充电平台内的充电桩进行充电,充电平台将会存储大量的用户交易信息。在现有的充电桩共享平台中,用户的充电交易数据被保存在中心化的数据库中,但这种过度中心化的存储方式极易遭受恶意攻击而引发单点失效以及重要交易数据被恶意篡改等信息安全问题,并因此可能造成大量用户隐私信息泄露。针对这些问题,利用区块链技术在电动汽车充电平台中选定若干充电站作为数据中心节点,设计了一个充电交易数据存储方案。用户可对交易后的个人数据进行加密控制数据使用权,各数据中心节点之间使用共识机制对加密数据进行去中心化地同步存储。安全分析表明所设计的数据存储平台能实现安全、有效的数据存储。     

一种基于区块链的存储资源可信分配方法

为了摆脱目前大多传统云存储几乎唯一依赖于第三方信任机构的现状,可以采用一种去中心化的模式实现对网络上闲散存储资源的有效整合与优化.区块链具有去中心化、不可篡改、基于多方共识的信任等技术特征,为实现在去中心化模式下的存储资源可信共享方案提供了设计思路.针对目前传统云存储行业的中心化信任模式可能存在的问题,提出一种基于区块...     

一种基于联盟管理的高效分布式域名系统

在域名解析系统中,下级域名的命脉被上级域名所掌握,这种中心化的管理为域名解析带来了巨大的风险。以比特币等加密货币为代表的区块链则具有去中心化的特性。随着namecoin的提出,区块链开始被应用在命名系统和域名解析的领域,之后的Blockstack和ENS都提出了去中心化命名系统的解决方案。其中,Namecoin和Blockstack采用了完全去中心化的命名管理方式,产生了域名抢占问题。因此,我们将目光转向了采用小群组投票决定域名增加和删除的联盟化管理方案。在联盟化管理方案中,比如ENS的和超级账本的均存在交易空间太大的问题,在区块链本身存储代价大的背景下,存储效率将变得低下。因此,DNS系统和区块链的结合难度很大,不仅需要保证在多变的域名存储信息中保证存储总量较小,同时还需要针对域名解析实现高效的联盟化管理,这使得至今仍未有一个令人满意的去中心化域名解析系统的解决方案。为此,我们提出了ECMDNS——一个高效的基于联盟化管理的域名解析系统,既考虑到DNS区域文件具有存储量大且变换频繁的特点,又能在完全中心化和完全去中心化之间采取折衷方案,并拥有较高的时空效率及较小的存储总量。我们通过区分链上链下的存储保证在多变的域名信息中保证存储总量较小;通过群组决策投票的方式实现联盟化管理,同时优化了Hyperledger Fabric提出的混合复制模型,将空间存储效率优化到原本的1/16。并且仅需要花费1次分布式副本同步,就可以完成一项由n名成员背书对同一域名背书的事务,并在联盟化管理的基础上实现区块链交易空间性能的高效性,从而实现整体存储效率的高效性。