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.     

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。     

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。     

基于区块链和智能合约的物联网访问控制架构

为解决传统的中心化的物联网(Internet of Things,IoT)访问控制解决方案中存在的单点失效、规模受限等安全问题,基于以太坊区块链和智能合约技术,采用中心化与去中心化相结合的方法,提出了一个面向IoT的访问控制架构.该架构中设计了多个访问控制合约、一个设备管理合约、一个管理员管理合约等多种合约,来实现去中...     

区块链智能合约应用与安全问题研究

独有的金融特性使得广泛嵌套于各种区块链平台上的智能合约成为区块链技术最成功的应用之一。由于承载着大量的资产及虚拟货币,具有极高的经济价值,因此,智能合约不断受到各种安全攻击。此外,匿名与自动执行等特点使得智能合约被用于多种违法交易与恶意应用。基于此,作者首先介绍智能合约在区块链相关技术方面的运行机制和原理,探讨智能合约技术的应用场景及发展中存在的潜在安全漏洞,以及可能引发的安全问题,然后根据对现有研究工作的总结,探讨智能合约漏洞检测领域面临的挑战,并结合深度学习技术展望智能合约的未来研究方向。     

基于区块链的智能门禁可信监控系统

为解决传统智能门禁中用户生物特征易被盗取、监控数据易被伪造等问题,提出一种基于以太坊区块链的智能门禁监控系统。利用智能合约将用户身份信息与监控数据写入区块链,配合硬件设计的身份识别与入侵检测,实现链上链下的协同工作,有效避免集中管理造成的数据篡改以及暴力窃取链下用户信息等潜在问题。根据区块链不可篡改的特性,利用代理合约实现智能合约的升级,达到提升系统扩展性的目的。实验结果表明,在保证身份识别以及监控数据可信的基础上,系统性能可以达到实际应用所需效果。     

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%。     

基于区块链的食品溯源信息化平台

消费者对食品质量安全非常关心,特别是食品供应链的可信度,食品溯源能够连接产品流通各个环节,对产品进行不定向追踪管理,对保障食品质量安全具有重要意义。利用Go、Hyperledger Fabric、Vue等高级语言和框架设计实现基于区块链的食品溯源信息化平台,凭借区块链技术去中心化、时序数据、集体维护、可编程和安全可信等特点,为用户提供食品信息的溯源,从而对食品供应的各个环节进行有效的监管,保证食品安全。     

基于形式化方法的智能合约验证研究综述

智能合约是区块链技术应用的一个重要场景,智能合约技术实现了区块链的可编程化,提高了其扩展性,有广阔的应用前景。然而,一系列关于智能合约的安全事件造成了大量经济损失,削弱了人们的信心,安全性问题已经成为制约智能合约进一步发展的关键问题。如果合约设计和代码实现的过程中存在缺陷,可能会造成严重后果。而智能合约发布后无法修改,因此,在智能合约发布前对其正确性做出验证尤为重要。近年来,国内外学者在智能合约的验证领域取得了大量成果,但对这些研究成果的系统分析和总结相对较少。对以太坊的交易过程、gas 机制、存储结构、编写语言做了简要介绍,在此基础上调查归纳了智能合约中常见的8种漏洞类型,解释了漏洞产生的原因,回顾了一些真实发生的安全事件并给出了漏洞示例代码;根据不同的技术手段,如符号执行、模型检测、定理证明等,对智能合约的形式化验证工作做分类介绍,分析了各种方法的优劣,并选取了3个开源的自动化验证工具Mythril、Slither和Oyente,从运行效率、检测漏洞类型以及准确率等方面作出实验评估和对比;研究了目前已有的相关综述文章,总结了这些研究的区别与优势;概述了智能合约的漏洞检测技术中仍存在的关键问题,对智能合约验证工作的现状进行了分析和展望,提出了未来能够进一步研究的方向。     

基于超级账本的集群联邦优化模型

联邦学习作为分布式机器学习框架,在数据不离开本地的情况下,通过共享模型参数达到协作训练的目标,一定程度上解决了隐私保护问题,但其存在中心参数服务器无法应对单点故障、潜在恶意客户端梯度攻击、客户端数据偏态分布导致训练性能低下等问题。将去中心化的区块链技术与联邦学习相结合,提出基于超级账本的集群联邦优化模型。以超级账本作为分布式训练的架构基础,客户端初始化后在本地训练向超级账本传输模型参数及分布信息,通过聚类优化联邦学习模型在客户端数据非独立同分布下的训练表现。在此基础上,随机选举客户端成为领导者,由领导者代替中央服务器的功能,领导者根据分布相似度和余弦相似度聚类并下载模型参数聚合,最后客户端获取聚合模型继续迭代训练。以EMNIST数据集为例,数据非独立同分布情况下该模型平均准确率为79.26%,较FedAvg提高17.26%,在保证准确率的前提下,较集群联邦学习训练至收敛的通信轮次减少36.3%。     

基于以太坊区块链的公平可搜索加密方案

传统的对称可搜索加密解决了云存储中加密数据的检索问题,但是没有考虑到检索的公平性问题,即用户在支付了服务费后服务器没有返回检索结果或返回错误的检索结果的情况.随着区块链的出现,基于比特币的对称可搜索加密方案被提出,但是比特币系统的交易周期长,且比特币的脚本语言不是图灵完备的,不能适用于更多的场景.因此提出基于以太坊区块...     

企业级区块链技术综述

在传统跨机构交易的企业应用中,各个机构都是独立记录己方的交易数据,机构间数据的差异会引起争议,通常需要人工对账或中介机构来解决,因而增加了结算时间和交易费用.区块链技术实现了交易数据在写入前共识验证、写入后不可篡改的分布式记账,可信地保证了多机构间的数据一致性,避免了人工对账和中介机构.区块链是一种去中心化、不可篡改、可追溯、可信的、多方共享的分布式数据库,企业级区块链是节点加入需经许可的适用于企业级应用的区块链技术.结合Hyperledger Fabric,Corda和Quorum等企业级区块链平台,提出了企业级区块链的系统架构;从交易流程、区块链网络、共识机制、区块链数据、智能合约、隐私保护几方面阐述了企业级区块链的原理与技术;针对企业级区块链的现状,总结了当前的研究挑战与未来的发展趋势.     

基于Fabric的快速公平合同签署协议

区块链在商业交易领域的快速发展及应用;尤其是交易合同的签署对公平的需求;导致传统的单向信任模式的区块链需要更换为双向信任模式。基于已有的多种公平合同签署协议（fair contract signing protocol;FCSP）;提出一种面向Fabric区块链的快速公平合同签署协议（TFCSP）;与已有FCSP的分步多次区块上传或者简单智能合约的实现不同;TFCSP通过修改Fabric的gossip进程;由交易发起方对交易签名、接收方对块信息验证并签名再进行上传;这种多次异步签名一次上传及二次验证合约内容的方式保证了双向信任;并且大大提升了交易的效率。最后将该协议应用到保险区块链;完成其架构设计;并通过实验验证其有效性;实验结果表明;该协议在保证交易可信的前提下保持了较好的性能。     

基于Fabric的出行数据隐私保护方法

针对智能交通出行数据共享中的隐私保护问题,提出一种基于Fabric的出行数据隐私保护模型。利用区块链不可篡改、可追溯的特性,结合AES算法与访问控制列表机制,从出行数据的上传、查询和访问控制等方面对模型中Fabric区块链数据库、智能合约、中间件等模块进行设计和实现。安全性分析和实验结果表明,所提方法具有较好的安全性、保密性以及可行性,可以提高智能交通出行数据共享环境下的个人隐私安全。     

基于区块链物联网的抽样检测平台

当前我国的抽样检测平台信息化智能化程度较低导致抽检工作效率低下, 且中心化平台导致了数据可篡改与来源不可信问题. 针对这些问题, 提出了一种面向抽样检测的区块链技术方案, 利用区块链中联盟链多中心化、不可篡改、隐私保护等特点, 结合物联网终端设备对过程的智能感知, 实现了数据安全可信, 过程可追溯可监控的抽样检测平台, 提高了抽样检测的效率与检测结果的可信性, 保障了数据的安全性.