基于区块链的智能合约技术与应用综述

随着以比特币为代表的区块链技术的蓬勃发展,区块链技术已经开始逐步超越可编程货币时代而进入智能合约时代.智能合约(smart contract)是一种由事件驱动的、具有状态的代码合约和算法合同,随着区块链技术的深入发展而受到广泛关注和研究.智能合约利用协议和用户接口完成合约过程的所有步骤,允许用户在区块链上实现个性化的代码逻辑.基于区块链的智能合约技术具有去中心化、自治化、可观察、可验证、可信息共享等特点,可以有效构建可编程金融和可编程社会,广泛应用于数字支付、金融资产处置、多重签名合约、云计算、物联网、共享经济等多个领域.首先阐述了智能合约技术的基本概念、全生命周期、基本分类、基本架构、关键技术、发展现状以及智能合约的主要技术平台;然后探讨了智能合约技术的应用场景以及发展中所存在的问题;最后,基于智能合约的理论知识,搭建了以太坊实验环境并开发了一个众筹智能合约系统,旨在为基于区块链的智能合约技术的研究与发展提供参考与借鉴.     

BETASCO: 面向智能合约分片的联盟区块链系统

基于区块链的去中心化应用已在加密数字货币、云存储、物联网等多个领域提供健壮、可信且持久的服务, 然而区块链的吞吐能力难以满足去中心化应用日益增长的性能需求. 分片是当前主流的区块链性能优化技术, 但现有的区块链分片主要面向用户和用户之间的转账交易, 并不完全适用于以智能合约调用交易为主的去中心化应用. 针对此问题, 设计并实现面向智能合约分片的联盟区块链系统BETASCO. BETASCO为每个智能合约提供一个分片作为独立执行环境, 通过基于分布式散列表的合约定位服务将交易路由至目标智能合约所在的分片, 并通过智能合约间的异步调用机制满足跨智能合约的通信和协作需求. BETASCO通过节点虚拟化允许一个节点加入多个分片, 支持同一组节点上多个智能合约的并行执行. 实验结果表明, BETASCO整体吞吐能力可随智能合约数量的增加而线性增长, 且执行单个智能合约的吞吐能力与HyperLedger Fabric相当.     

边缘计算模式下全同态加密智能合约设计

区块链产生的成千上万的交易信息数据不断被收集到区块链中,会给区块链网络的计算资源和存储空间造成极大负担。为了解决区块链网络计算资源不足和存储空间有限的问题,我们将边缘计算模式应用于联盟链Hyperledger Fabric系统中,在区块链中设计了基于边缘计算模式的智能合约,以提高区块链的存储空间和运行效率。在此基础上,针对区块链存在的数据和用户身份隐私的风险,提出了基于边缘计算模式的全同态加密智能合约。在执行智能合约过程中,调用了微软的全同态加密SEAL库,边缘节点的身份信息和区块链的交易数据受到全同态加密算法BFV的保护,在保持交易数据可计算性的同时,实现了交易信息和边缘节点身份的隐私保护。最后,经过测试和分析,边缘计算模式下的原型系统在14个边缘节点同时访问时的单节点平均访问时间仅为139.68ms,相比于非边缘计算模式下的原型系统具有更好的性能;相比目前响应较快的加密联盟链系统FabZK,本系统平均用时减少35.84%,相比效率提升55.86%。设计的边缘计算模式下的全同态加密智能合约可以有效提高Hyperledger Fabric系统中网络的运行效率,同时减少了对存储空间的要求...     

区块链与智能合约并行方法研究与实现

随着区块链技术的不断成熟,能够提供安全、匿名、不可篡改的交易环境且面向企业的区块链应用越来越多。传统的区块链架构面临着性能低、拓展性不足等问题,无法满足面向企业级应用的高并发、大数据的应用场景需求。为了更好地适应愈加丰富的应用场景,发挥区块链技术的价值,文中研究并提出了一种简化拜占庭容错SBFT(Simple Byzantine Fault Tole-rance)共识算法,以提升共识阶段的效率;提出Task并行智能合约模型,充分利用多核系统的并行效率;改进传统区块链系统架构,体现了轻量、低耦合、智能合约可扩展的特点,方便企业应用的二次开发;在此基础上,研发了ParaChain区块链与智能合约系统。实验验证表明,基于并行化技术ParaChain区块链在TPS性能和可拓展性方面的表现相较于基于传统PBFT共识协议的区块链系统有较大提升。     

基于区块链智能合约的应用研究综述

通过概述区块链智能合约的运作原理及应用研究现状,对现存项目和存在的问题进行分析总结.首先,基于区块链智能合约整体架构介绍合约模型及运行原理,以Ethereum、Hyperledger Fabric和EOSIO三大区块链平台为例分析智能合约部署原理并对三大平台进行对比分析.针对国内外区块链智能合约的应用研究进行归纳总结,并讨论区块链智能合约未来创新应用和发展趋势.从金融交易、物联网和医疗应用三大应用研究领域介绍了基于Ethereum和Hyperledger Fabric平台的区块链智能合约应用现状,进一步探讨了基于EOS(enter-prise operation system)的应用研究和其他应用领域研究现状.最后,从隐私、机制设计与安全、性能和形式化验证等智能合约自身存在问题及三大平台应用存在的不足对区块链智能合约的未来研究方向进行分析和展望.     

面向区块链平台的庞氏骗局模式检测方法

区块链技术的出现给各行各业带来了新的变革,同时也给诈骗提供了新的平台。作为金融诈骗的代表形式——庞氏骗局借助智能合约在二代区块链上给人们制造了巨大的损失,这不仅影响区块链技术的发展,同时也在一定程度上扰乱了正常的社会经济秩序,因此,对借助区块链技术实施庞氏骗局的相关平台进行监管势在必行。该文选取区块链平台以太坊作为研究对象,设计了一种基于智能合约混合特征的庞氏骗局检测算法。首先根据交易主体间的关联特征判断其是否符合庞氏骗局中回报不公平的金字塔交易形式,提取智能合约交易特征;其次根据智能合约的操作代码在庞氏骗局合约和其他合约出现频率设计了一种新的ITF算法,提取区分庞氏骗局智能合约的操作码特征;最后采用Catboost集成学习算法来训练庞氏骗局检测模型,算法强调多个特征之间的联系,并解决检测算法训练过程中梯度偏差以及预测偏移问题。与其他算法相比,该算法在庞氏骗局检测上具有较高的准确率(精确率=0.89、召回率=0.78、F1值=0.82)。     

基于区块链的去中心化众包技术综述

区块链技术可以广泛应用于各种服务,如在线微支付、供应链跟踪、医疗记录共享以及众包.将该技术应用到众包系统中,可以得到一个去中心化的、隐私保护的、可验证和可追溯的众包服务平台.随着区块链技术的发展,出现了许多基于区块链的众包解决方案,但是缺乏对相关研究的综述.目前研究人员主要从两个角度对去中心化的众包系统展开研究:基于智能合约的去中心化众包平台、基于区块链架构的去中心化众包平台.文中详细综述了主要的基于区块链的去中心化众包的相关工作,并且总结了已有技术中出现的问题,如区块链系统的安全性、智能合约的安全性以及隐私保护的相关问题,并对这些问题展开了详细讨论.最后展望了该领域未来的可研究问题,并提供了大量的可参考文献.     

基于语义嵌入模型与交易信息的智能合约自动分类系统

作为区块链技术的一个突破性扩展,智能合约允许用户在区块链上实现个性化的代码逻辑从而使得区块链技术更加的简单易用.在智能合约代码信息迅速增长的背景下,如何管理和组织海量智能合约代码变得更具挑战性.基于人工智能技术的代码分类系统能根据代码的文本信息自动分门别类,从而更好地帮助人们管理和组织代码的信息.本文以Ethereum平台上的智能合约为例,鉴于词嵌入模型可以捕获代码的语义信息,提出一种基于词嵌入模型的智能合约分类系统.另外,每一个智能合约都关联着一系列交易,我们又通过智能合约的交易信息来更深入地了解智能合约的逻辑行为.据我们所知,本文是对智能合约代码自动分类问题的首次研究尝试.测试结果显示该系统具有较为令人满意的分类性能.     

基于区块链的数字化智能合约研究

随着区块链近年来热度的不断提高,智能合约也逐渐受到人们重视.智能合约是一段能够自动运行代码,允许开发人员根据具体协议、业务或逻辑个性化地开发,而区块链的去中心化、分布式等特点为智能合约的应用提供了良好的平台.首先阐述了区块链及智能合约的架构与发展,并针对部队航空导弹业务登记场景,使用超级账本作为开发平台,提出基于区块链的智能合约设计方案,并对某型航空导弹气密性检查进行了智能合约的开发、部署与调试;最后对智能合约的有效性、安全性以及隐私保护手段等方面进行了安分析,为部队应用区块链技术及智能合约提供参考.     

基于智能合约和CPSO$_$DNN的流程工艺参数可信自决策模型

针对流程制造过程中工艺关系复杂、优化效率难保证和数据安全问题,提出一种基于智能合约和改进混沌粒子群算法的工艺参数可信自决策模型PPO-TS.首先,基于区块链技术设计适合流程制造工艺特性的数据集成与存储机制,通过数据上链技术实现数据的可信存储;然后,设计工艺参数自决策智能合约机制,利用智能合约搭建基于区块链广播式通信协议的工艺参数优化网络,启动网络并编译质量指标访问、优化自决策和决策自执行智能合约,通过自动触发工艺参数优化事务完成自决策和自执行过程;在此基础上构建基于改进混沌粒子群算法CPSO和深度神经网络DNN的优化算法CPSO_DNN,实现流程制造工艺参数优化;最后,以现场采集的某流程生产线数据为例,验证了PPO-TS模型的实用性和有效性,为流程制造工艺参数优化提供了一种新思路.     

基于区块链的身份托管模型研究

针对现有中心化信任下用户多身份管理难的问题,提出一种基于区块链的身份托管模型。模型将用户拥有的各个系统的身份信息采用椭圆曲线算法加密签名,确保身份信息的所有权;设计了身份认证区块链模型和身份信息上链的智能合约,将身份签名结果存储到区块链中,确保其安全和不可篡改;设计了登录验证的智能合约,使用用户公钥对签名信息验证用户是否具有登录系统的权限。对该区块链身份托管模型在Hyperledger Fabric中进行实验论证,实验结果表明,该模型具有高的安全性和时间效率,能方便管理用户的多个系统身份信息。     

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...     

物流服务交易区块链与蚁群智能合约算法研究

为解决物流服务交易中供应商、生产商、用户等多方参与者之间的信用关系缺失,提高制定合约的效率,避免干扰合约的正常执行以及传统合约的可抵赖性、可篡改性以及不可追溯性等问题,提出了物流服务交易区块链与蚁群智能合约算法。分析传统的物流服务交易模式存在的问题,提出一种新的物流服务交易合约概念模型,并利用区块链和智能合约的特点和优势,以及物流服务交易中的信息发布、谈判、议价、制定合约等交易环节和区块链的链接关系,构建一种去中心化的物流服务交易智能合约区块链模型。以该模型为基础,依据物流服务交易合约的工作流程以及蚁群算法的特点,设计了物流服务交易区块链与蚁群智能合约算法。在多节点物流服务交易仿真平台进行实验,实验结果表明,该算法实现了基于区块链的多物流用户服务交易智能合约的创建、存储和自动执行,整个过程透明可跟踪、共识且不可篡改。因此,该算法是基于区块链解决物流服务交易问题的一种有效方法。     

云计算在智能电网调度中的应用

为解决传统电力系统中集中式计算平台海量数据流的存储和分析功能不足的问题,针对云计算在智能电网调度技术中的应用进行了研究。首先,对云计算技术在IT行业的发展进行阐述,对云计算的关键技术从虚拟化与快速部署技术、大规模分布式存储技术、资源调度技术、大规模多租户技术、海量数据处理技术以及大规模信息通信技术等方面出发进行介绍。其次,借鉴IT行业云计算技术,设计了基于云计算的智能电网计算平台以及基于云计算的智能电网互动式节能优化调度架构,以期推动云计算在电力系统中的发展,解决智能电网互动式节能优化调度算法方面的问题。     

Efficient Blockchain-Empowered Data Sharing Incentive Scheme for Internet of Things

In recent years, with many devices continuously joining the Internet of Things (IoT), data sharing as the main driver of the IoT market has become a research hotspot. However, the users are reluctant to participate in data sharing due to security concerns and lacking incentive mechanisms in the current IoT. In this context, blockchain is introduced into the data sharing of IoT to solve the trust problem of users and provide secure data storage. However, in the exploration of building a secure distributed data sharing system based on the blockchain, how to break the inherent performance bottleneck of blockchain is still a major challenge. For this reason, the efficient blockchain-based data sharing incentive scheme is studied for IoT. In the scheme, an efficient data sharing incentive framework based on blockchain is proposed, named ShareBC. Firstly, ShareBC uses sharding technology to build asynchronous consensus zones that can process data sharing transactions in parallel and deploy efficient consensus mechanisms on the cloud/edge servers and asynchronous consensus zones in sharding, thus improving the processing efficiency of data sharing transactions. Then, a sharing incentive mechanism based on a hierarchical data auction model implemented by a smart contract is presentedto encourage IoT users to participate in data sharing. The proposed mechanism can solve the problem of multi-layer data allocation involved in IoT data sharing and maximize the overall social welfare. Finally, the experimental results show that the proposed scheme is economically efficient, incentive-compatible, and real-time, with scalability, low cost, and good practicability.     

区块链赋能的高效物联网数据激励共享方案

近年来,随着大量设备不断地加入物联网中,数据共享作为物联网市场的主要驱动因素成为了研究热点.然而,当前的物联网数据共享存在着出于安全顾虑和缺乏激励机制等原因导致用户不愿意参与共享数据的问题.在此背景下,区块链技术为解决用户的信任问题和提供安全的数据存储被引入到物联网数据共享中.然而,在构建基于区块链的安全分布式数据共享...     

面向智能合约链上升级的松耦合模型研究

针对已部署到区块链上的智能合约无法实现升级的问题,结合以太坊技术提出了一种松耦合的新型智能合约模型。该模型将传统的智能合约拆分为接口合约集、逻辑合约集、数据合约集三个子集。以此松耦合智能合约模型为基础,设计了一个客户实名转账获取代币的业务场景,通过部署代币合约、接口合约、逻辑合约和数据合约,实现了基本的实名转账功能。最后通过以太坊平台进行系统测试,分析了实名转账场景的功能性、可升级性及成本花销。结果表明基于该模型设计的智能合约,在实现基本功能的同时,能够允许在上链之后对其合约子集进行升级,且能有效降低升级成本,相比传统的链下升级方案,松耦合模型合约的升级成本降低了32.43%,部署成本仅增加了24.16%。     

基于区块链的众筹智能合约设计

众筹是当前热门的一种互联网融资模式，目前的众筹平台存在违规经营、公信力不足、监管不善等诸多问题。智能合约是一种由事件驱动的、具有状态的代码合约和算法合同，随着区块链技术的深入发展而受到广泛关注和研究。基于区块链的智能合约技术具有去中心化、自治化、可观察、可验证、可信息共享等特点，可以有效构建可编程金融，为解决众筹平台的问题提供了新的途径。在区块链和智能合约理论的基础上，搭建了众筹区块链（Crowdfunding Blockchain，CBC），并基于以太坊实验环境开发了众筹合约系统，将传统的众筹合约文本代码化，合约的存储与执行均在区块链上进行，这不仅保证了众筹项目的自治化和可靠性，而且提高了项目可信性和公信力。     

An innovative approach for resource sharing and scheduling in a sustainable distributed manufacturing system

Secure, transparent, and sustainable distributed manufacturing system (DMS) is a pressing need for current Industry 4.0. In this paper, exchange of highly sensitive information in a more transparent and secure way and to avoid the misunderstandings and trust issues between the enterprises a smart contract based on blockchain technology has been proposed in case of a distributed manufacturing environment. Here, we used a public-permission less Ethereum platform to execute the smart contracts in the Blockchain to process the customer orders and to identify the right enterprise. Later, a multi-objective mixed-integer linear programming (MILP) model is formulated for optimal resource sharing and scheduling in a considered sustainable DMS. The objectives of the proposed model consist of simultaneously improvement of the performance measures such as makespan, machine utilization, energy consumption, and reliability. To solve this MILP model, a new Multi-objective-based Hybridized Moth Flame Evolutionary Optimization Algorithm (HMFEO) is developed and then the effectiveness of the proposed algorithm is validated with the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-III). The results obtained from implementing the model using experimental data along with different cases show the efficiency and the validity of the proposed model and solution approach. Moreover, several performance indicators like hyper volume are increased by nearly 15–20 % that shows the superiority of the proposed algorithm with the NSGA-III.