轻量级区块链技术综述

传统的区块链技术为了保证交易账本的全网共识和不可篡改性,要求矿工节点具有强大的计算能力和足够的存储空间,这就限制了资源受限的设备加入区块链.近几年,区块链技术已经拓展到金融经济、医疗健康、物联网、供应链等多个领域,但是这些应用场景存在大量算力弱、存储容量低的设备,这给区块链的应用带来了巨大挑战.为此轻量级的区块链技术应运而生.从轻量级计算和轻量级存储两方面出发,总结当前轻量级区块链的研究现状,对比分析各个方案的优缺点.最后展望未来轻量级区块链的发展.     

区块链的共识机制研究

[目的]为了更好地解决区块链点对点的通信过程中账本一致性问题.[文献范围]主要从知网、ACM、CCS等参考了四十余篇研究区块链、智能合约技术以及各种共识机制的文献.[方法]分析比较了较常见的共识算法的优缺点,进而说明了各种共识机制的应用场景,介绍了共识机制最新的研究成果并进行了比较.[结果]可见每种共识机制都有自己的优...     

区块链关键技术的研究进展

区块链是一种将时序数据以链式结构组合而成、以密码学机制保证交易数据不可篡改的分布式账本,是一种新型分布式计算模式与去中心化基础构架。区块链技术具有去中心化、建立信任关系、集体维护、交易公平和透明、不可篡改、可溯源等特征,已成为工业界和学术界的研究热点。介绍了区块链的组成元素,详细阐述了区块链的基本原理、智能合约、共识机制等关键技术,结合金融、物联网、供应链、医疗系统应用场景,讨论了其利用区块链技术的优化方向。总结了区块链技术在安全、效率、隐私保护等方面存在的不足,给出了相应的应对措施。提出了改进共识机制、匿名性和系统吞吐量的有效方法,为区块链技术的进一步发展和完善提供有益的借鉴和指导。     

区块链安全分析与应对

伴随着区块链技术的快速发展和应用,导致区块链项目相关的诸多网络安全事件。由此,区块链技术的安全分析尤为重要。本文始于对区块链技术本身的剖析,进而研究其各个层面的安全隐患。同时结合对区块链相关的安全事件的分析,给出相应的应对策略。本文会从应用端、共识机制、智能合约、基础公钥机制等诸多层面进行分析。希望能给出区块链安全相关的宏观全貌。     

基于区块链的车联网电子取证模型

针对车辆交通事故取证困难、责任归属难以判定等问题,提出一种车联网(IOV)通信架构下基于区块链的电子取证方案.该方案利用区块链去中心化存储机制实现电子证据的远程存储,并利用智能合约机制完成电子证据的快速检索和相关证据链的有效追溯;而为有效保护车辆身份的隐私,提出一种令牌机制来对数据进行访问控制;同时,为满足IOV的实时...     

选举供应链：基于区块链的供应链自治框架

区块链与供应链的结合应用是近几年的热门研究课题。区块链的数据可溯源、防篡改、分布式存储等优点可以为供应链提供较好的数据安全保障,而区块链自身的自治属性也为供应链自治提供了可能。区块链的自治主要依赖于共识机制,然而现有共识机制难以实现对供应链自治的良好支持。针对上述问题,提出一种基于委托权益证明（DPoS）的选举型共识机制,并在此基础上构建了一个基于区块链的供应链自制框架：选举供应链（ESC）。在ESC中,先根据节点参与的智能合约活动计算其信用分,然后从博弈论的角度分析ESC下节点的活跃度和信用分数对其权益的影响。最后,通过定理证明与仿真实验验证了该机制对节点具有良好的激励作用,能有效抑制理性节点支付的最大交易费用,且抑制的力度会随着代表数量的增加而增大。     

基于联盟区块链的电子病历系统模型研究

本文通过研究联盟区块链技术,结合医疗健康信息集成规范IHE,探讨对跨区域电子病历共享模型研究方法,构建了基于联盟区块链的电子病历系统模型,设计系统的四个智能合约。区块链存储患者关键医疗和交易记录,采用了改进的PBFT共识算法,该算法适用于P2P网络且能耗较低;医疗机构作为联盟成员互联互通,自动执行智能合约,通过授权可以共享和交换患者的完整病历信息。这个跨平台、安全可靠的医院间电子病历共享模型,对医疗大数据背景下共享医疗资源和提升医疗系统的服务质量有重大的现实意义。     

基于区块链的物联网可伸缩管理机制

为了解决大规模物联网（IoT）设备集中式管理的安全性和可伸缩性问题,提出一种基于区块链技术的轻量级物联网设备可伸缩管理框架。该框架采用区块链网络,在网络中部署智能合约为设备管理提供操作接口,利用设备管理器将轻量级物联网设备独立于区块链网络之外,并改进了区块链中拜占庭容错算法（PBFT）的一致性协议,增加了动态选举机制。仿真实验分别对改进共识算法的性能和机制的可伸缩性进行验证,结果表明,该机制具有良好的伸缩性,设备管理器每秒能响应约1 000次的请求。与传统PBFT算法相比,改进算法提高了交易吞吐量,缩短了交易延时,并减少了通信开销。     

2019年中国区块链发展形势展望

展望2019年,我国区块链技术与产业发展仍存在诸多瓶颈,如区块链安全问题日益突出、区块链关键技术急需突破、区块链有待与实体产业深度融合以及区块链人才缺口较大。基于此,赛迪智库提出了加强安全技术研究,构建区块链安全风险应对能力;提升自主研发实力,加速区块链核心技术突破;开展试点示范,促进区块链与实体产业深度融合;完善区块链人才培养机制,建设区块链人才队伍等对策建议。     

区块链技术综述

基于区块链整体架构介绍技术栈层级,以比特币为例分析区块链工作原理,从分布式账本的角度描述区块链账本存储模型和账本分类情况。区块链中的数据通过共识算法在全网传播、达成共识并存储。在不存在可信第三方的情况下,利用智能合约实现交易、事务及分布式应用的独立运行,保证区块链数据的完整性、安全性及合法性。同时将哈希算法与默克尔树相结合降低区块链存储空间,基于数字签名算法为区块链参与者提供匿名身份证明,并使用加解密技术进一步保护区块链数据隐私。针对区块链安全、隐私保护、钱包管理等问题对当前研究的不足和未来的研究方向进行分析和展望。     

基于多层区块链的跨域认证方案

针对现有集中式身份认证方式在物联网应用场景下管理成本高、异构信任域之间的证书管理困难以及跨域认证场景下多信任域难以互相信任的问题,提出了一种基于多层区块链的跨域认证方案.使用本地区块链来进行物联网应用场景下分布式的节点管理,使用公共区块链来进行区块链之间的跨链身份认证,设计了跨域认证协议.针对跨域访问时存在的多个管理域相互信任问题,提出了基于信任度评价的委托权益证明(DPOS)来评估节点的可信度.最后对跨域认证方案进行了安全和效率分析,分析表明该方案在保证较好安全性和有效性的基础上,提升了跨域认证的效率.     

面向解决民航虚占座位的改进PoA共识机制区块链系统研究

为了解决航空机票销售过程中某些机票代理商或旅客恶意“虚占座位”的问题,提出了一种基于改进PoA (proof of authority,权威证明) 共识机制的区块链系统方案。该方案使用联盟区块链作为各航空公司之间的沟通平台;采用信用积分、动态分级,形成新的PoA共识机制;使用哈希算法保护旅客的隐私信息;依靠智能合约实现航空公司数字身份信息的存储、旅客身份注册、旅客订票信息的存储和共享。原型系统试运行表明：该系统可以及时发现并有效制止“虚占座位”行为。经分析评估得出,该方案具有保护隐私、去中心化、高安全性的特点,为解决民航领域存在已久的“虚占座位”问题提供了新的借鉴思路。     

星型区块链架构的TKM分片算法

区块链系统的通量严重不足,而解决此问题最有效的一类方案是并行化处理,并行化方案主要为星型架构,当前星型架构对系统中节点的分片方式多为账户随机分片,这种分片方式的系统通量仍然不足。针对此问题,提出了一种基于星型结构的TKM分片算法,该算法将原始K-means聚类算法进行改进,并运用在节点分片上。TKM分片算法将聚类算法与区块链的网络分片技术相结合,使节点根据地理位置进行分片,极大提高邻近节点发生的交易为片内交易的概率,从而提高系统通量,同时在原始算法的基础上引入了时间戳,减少了恶意节点的攻击。仿真实验表明该算法与传统的随机分片算法相比,最大系统通量提高了20%。根据上述通量模型,通过实验得出基于TKM算法的星型区块链系统的最优分片数量。     

基于区块链智能合约的代币系统

针对传统代币中存在的公信力不足、监管困难等问题,结合区块链和智能合约技术,设计了一种去中心化的区块链代币系统。以此区块链代币系统为基础,通过部署代币合约、众筹合约,构建了一个基于区块链的众筹系统,实现了基本的众筹功能。同时设计了资金管理合约,实现了众筹成功后对发起者的监督和资金的管理。最后通过以太坊平台进行系统测试,分析了该代币系统的功能性、安全性以及时间性能。结果表明,基于区块链的代币系统在实现代币基本功能的同时,能够有效提升代币的安全性和功能性。     

面向跨域可信的泛中心化区块链DNS架构研究

DNS 系统是重要的互联网基础设施,采用中心化层级式结构,在根区存在中心化现象,导致单点故障风险、中心权利滥用风险等缺陷。设计新的泛中心化 DNS 架构将使域名系统从依赖中心的单一信任域,变为多个以顶级域名为根相互平行的信任域,存在跨域可信的研究挑战。围绕跨域可信架构的设计,在架构设计层面采用控制与解析分离的思想,提出双区块链 DNS 架构;在数据层面的跨域验证方面设计了基于单向累加器的验证方案,将传统验证过程 O(N)的时间复杂度降为接近 O(1);在关键技术的性能层面,结合DPoS机制与BFT算法提出CDBFT算法,平均吞吐量可以达到736 TPS（transaction per second）。并用理论推导和实验验证了架构在安全、性能及可扩展性方面具有优势。     

LHB:用于工业互联网标志解析的轻量级混合区块链模型

针对工业互联网标志解析系统存在的数据完整性、真实性问题以及传统区块链部署方案显现的节点计算、存储、网络资源受限瓶颈和可扩展性问题,基于混合共识、一致性哈希等技术设计一种高性能的轻量级混合区块链(lightweight hybrid blockchain,LHB)模型,以异步的方式实现可信验证和冗余备份,通过对全网区块存证防止窜改和伪造数据.性能比较与分析表明,LHB同时拥有联盟链的高吞吐量与公有链的安全等级,在最优情况下,基于LHB的标志解析系统时延可低至10 ms.     

基于区块链和动态累加器的跨域认证方案

基于区块链的跨域认证利用区块链代替传统的CA机构颁发区块链证书,借助区块链的去中心化和透明性,实现了信任的去中心化;针对现有基于区块链的跨域认证存在着跨域认证效率不高,没有完整的证书管理功能、区块链存储证书开销大的问题,提出了基于区块链和动态累加器的跨域认证方案,设计了区块链证书格式,描述了跨域认证协议,将区块链证书信息映射为累加值,提升了验证效率,通过在智能合约中构建动态累加器,实现证书的注册,撤销和查询功能;实验结果表明,该方案能够有效降低区块链证书存储成本,提升跨域认证效率.     

基于区块链的云数据审计方案

云存储凭借高扩展性、高可靠性、低成本的数据管理优点得到用户青睐。然而,如何确保云数据完整性成为亟待解决的安全挑战。目前的云数据完整性审计方案,绝大部分是基于半可信第三方来提供公共审计服务,它们存在单点失效、性能瓶颈以及泄露用户隐私等问题。针对这些缺点提出了基于区块链的审计模型。该模型采用分布式网络、共识算法建立一个去中心化、易扩展的网络解决单点失效问题和计算力瓶颈,利用区块链技术和共识算法加密用户数据保证数据不可窜改和伪造,确保了用户数据的隐私。实验结果表明,与基于半可信第三方云数据审计方案相比,该模型能够保护用户隐私,显著提高了审计效率,减少通信开销。