基于信誉的区块链分片共识方案

分片是一种解决区块链扩容问题的技术,但是分片可能会导致恶意节点更容易集中在单个分片内,从而阻碍整个系统的安全运行。文中提出了一种基于信誉的区块链分片共识协议,通过建立信誉机制来衡量节点行为,促使节点遵循协议,并通过基于信誉等级的分片方法来减小各分片节点信誉等级分布的差异,防止恶意节点集中在单一分片进行作恶。提出一种验证链和记录链相结合的双链模型,该模型通过交易信息的差异化存储,在扩展区块链存储容量的同时提高了区块链的安全性。将投票份额与节点信誉相关联,同时差异化节点承诺,提出了基于信誉的快速拜占庭容错共识算法,使诚实节点更快达成共识,并减小恶意节点的影响。安全性分析表明,RCBSP能够保证分片内节点分布的合理性和共识过程的安全性,防止双花攻击、无利害关系攻击。实验结果表明,RBSCP在保证安全性的前提下,能够做到低分区时延、低共识时延和高吞吐量。     

面向版权授权交易的区块链共识机制

为实现安全高效的版权授权交易,使原创版权作品得到有效保护。针对区块链技术中的共识机制加以改进,提出一种适应可信版权登记与授权交易场景的DPOS共识机制改进方法。基于信用值和币龄进行设计,采用CES生产函数模型对节点可信程度进行衡量,减少作恶节点当选代表节点的概率;通过基于混合同余算法的随机出块策略和新型区块合法性验证策略,实现区块可信的产生与验证过程,增强共识算法安全性;增加基于出块时间的信用值奖惩机制,增大网络带宽与节点性能更好的节点成为出块节点的概率,提升系统效率。实验结果表明,改进方案可以全面提升区块链系统的安全性和效率,有效应用在版权交易领域,实现可信的版权授权交易。     

实用拜占庭容错共识算法的奖惩机制优化研究

联盟链是农业溯源行业的首选区块链方案,针对其核心共识机制实用拜占庭容错共识算法（PBFT）存在的共识安全性低、主节点出错概率大、通信开销大等问题,通过引入奖惩机制以及分组共识机制,提出了基于奖惩机制的改进实用拜占庭容错共识算法。把节点划分为4类,制定节点信誉规则,增强节点主动性,减少拜占庭节点的参与;剔除作恶节点参与共识资格,统计其余节点信誉值及票数,动态筛选信誉良好节点作为共识节点,并依据最高信誉值规则选取主节点,从而提升共识安全、降低拜占庭节点当选主节点概率;以PBFT共识为基础,将共识过程简化为组内共识及全局共识两个阶段,并基于最少广播消息数提出最优分组,缓解共识节点数目增多导致通信量过大的问题。实验结果表明,该方案能够有效抑制拜占庭节点,提升共识安全性能,降低共识成本。     

一种基于区块链的大健康数据存储和共享模型

针对各类机构健康数据共享困难、用户隐私保护不力等问题,提出一种基于区块链的大健康数据存储和共享模型,实现居民健康数据的安全存储和共享.为了处理跨链交易数据,保证数据跨域流转过程中的安全性、完整性、一致性,提出基于联盟链的双链网络模型.其中,联盟链存储数据的hash摘要、存储地址、关键字密文;大健康联盟链存储数据跨域访问记录,并利用代理重加密技术对跨域数据进行重加密操作.为了防止节点共谋并提高共识效率和模型容错率,设计一种基于节点信誉的当值节点选择方案.通过安全性分析和仿真实验得出方案的安全性与高效性,证明其适用于大健康数据存储和共享模型.     

公开选举代表投票的DAG共识机制

区块链作为一种创新型的分布式账本技术, 以其去中心化、可追溯、防篡改等特性, 在未来许多行业中具有广泛的应用前景. 但现有单链式结构的区块链存在并发低、高延迟等问题. 一种基于有向无环图(directed acyclic graph, DAG)结构的新型账本技术的出现有望突破传统区块链的性能瓶颈, 但目前基于DAG型区块链系统的共识机制并不成熟. 本文针对典型DAG型区块链系统Nano网络的ORV共识机制存在的安全性问题进行改进, 提出了一种基于代表选举模型的公开选举代表投票共识机制, 即OERV (open election representative voting). 使主要代表节点的权益得到了分散, 增强了去中心化程度, 提高了网络安全性. 实验结果表明, OERV算法性能高效, 能够在不牺牲系统效率的同时增强系统的稳定性和安全性, 对于推动DAG型区块链共识机制的研究有着重要的现实意义.     

基于信誉的动态授权PBFT共识机制

区块链是一种基于零信任基础、去中心化及不可篡改的分布式账本技术。共识算法作为区块链主要技术之一,其效率直接影响区块链系统性能。针对PBFT共识算法运行效率低的问题,本文提出了基于信誉的动态授权PBFT共识机制,引入信誉评价体系对系统节点进行信誉评价,动态决定从信誉最高的节点中选取共识节点,同时实现了非停机情况下动态增删节点的功能,且随着系统长期运行,所能容忍的拜占庭节点动态增加;优化了一致性协议,将传统的一致性协议与基于speculation技术的拜占庭协议进行融合,降低了算力开销和通信代价;通过对共识节点的信誉及行为分析,进一步降低恶意节点成为共识节点的概率,解决了由拜占庭节点作为主节点带来的交易延迟增加问题。最后从算力开销、交易吞吐量和容错性能等方面进行了论证分析。     

基于双层架构的溯源许可链共识机制

区块链中的区块按照时间历史顺序进行排列,同时通过数据加密技术以及共识机制使区块链具有不可篡改性,这使产品溯源成为区块链的重要应用场景。选择产品信息追溯技术要考虑技术的可行性同时要考虑产品以及生产者的市场属性,这使许可链代替公有链成为产品信息溯源的重要部署方式。现有研究成果中对溯源许可链的研究多停留在机制设计和框架建构上,少有对适用于产品信息溯源的共识算法进行研究。在技术工程实践过程中,联盟链中多选用实用拜占庭容错（PBFT,practical byzantine fault tolerance）作为溯源链的共识机制（如超级账本项目 Hyperledger）,但随着参与节点数量的增加,溯源链的运行效率明显下降,延迟时间明显提高,致使多数项目依然处于实验阶段。基于此,提出基于双层架构的溯源许可链共识机制（DLPCM）。首先将参与者在垂直维度上化分为两层,其次在不同层次上根据区块链的不同部署方式采用不同的共识机制,最后对该共识机制下的溯源信息查询机制进行介绍,为基于许可链的溯源系统的开发和设计提供了重要借鉴。     

基于博弈论抗共谋攻击的全局随机化共识算法

随着区块链技术的不断发展,作为区块链技术基石的共识技术受到更多关注,共识技术的发展越发迅速,但依旧存在相关难题。容错类共识算法作为区块链共识技术的代表性之一,依然存在诸多难题待研究,针对容错类共识算法中节点随机性和节点共谋攻击问题进行了研究,提出基于博弈论抗共谋攻击的全局随机化共识算法,通过实现节点的随机化和解决相关安全问题提高区块链网络的安全性和吞吐量。在选择参与容错类共识算法的节点过程中,利用映射函数和加权随机函数实现发起者和验证者节点的全局随机化,从而保证发起者和验证者节点的身份匿名,提高区块链网络的安全性。利用信誉更新模型实现信誉动态更新的同时利用博弈论分析容错类共识算法的安全问题,构造更加正确和高效的算法模型以提高算法的吞吐量并分析发现这类算法中存在超过1/3节点的共谋攻击问题,利用精炼贝叶斯博弈构造共谋合约,分析求得共谋者之间的纳什均衡点,从而解决超过1/3节点的共谋攻击问题。通过安全性分析和实验表明,基于博弈论抗共谋攻击的全局随机化共识算法相对工作量证明（Po W,proof of work）、权益证明（Po S,proof of stake）和实用拜占庭容错（PBFT,...     

基于区块技术的权重标识的跨域认证方案

在分布式的网络环境中,多个企业机构之间有在某种共识下的共享资源.为预防未经授权的用户访问这些资源,将改进的基于权重的秘密共享签名方案用于联盟链中的共识过程,提出基于区块技术的权重标识的跨域认证模型.模型中不同CA机构作为联盟链中共识机制的验证节点,系统基于验证节点的权重采用改进的秘密共享方案生成拥有不同权重的私钥分配给...     

基于双链的可扩展物联网模型

针对当前区块链和物联网结合面临的存储和交易吞吐量压力进行了研究,提出一种基于双链的可扩展物联网模型.首先,设计了基于交易链和哈希(hash)链的双链存储结构和分区模型,通过交易链差异化存储降低了节点的存储压力,通过hash链提升了系统的整体安全性,并实现了全网数据的自由交易;其次,提出了一种并行多块创建协议(parallel multi-blocks creation protocol,PMCP),降低了系统共识时延,提高了系统的吞吐量,具有良好的可伸缩性;最后,提出了基于信誉的验证者和领导者选举算法,保证了节点选择的随机性和公平性,避免了系统中心化问题,设计了节点信誉值的评估机制,保证了协议的安全性.实验结果表明,该模型存储容量较传统区块链模型有大幅度提升,提高了区块链系统的可扩展性,PMCP协议的吞吐量和时延要明显优于PBFT等协议,所提信誉机制激励节点作出理性选择,可以很好地提升网络的安全性.     

基于联盟区块链的农产品质量安全高效追溯体系

针对农产品追溯系统中的安全和效率问题，依据区块链的去中心化安全特性，提出一种基于联盟区块链的高效解决办法。首先，通过星际文件系统（IPFS）对农产品数据进行hash转变，从而减小区块中单条事务数据量，并利用IPFS数据的不可逆原理，达到数据的初步保障；其次，建立联盟区块链模型进行数据验证，区块链数据验证的共识算法采用实用拜占庭容错（PBFT）算法来减少全网共识时间；最后，根据仿真实验中参与节点数、区块大小和网络带宽，来拟合验证交易的时间曲线，进而计算出不同带宽下的区块链交易效率，并结合数以万计的传感器参与下的农产品追溯系统的实际情况，对比区块链双链结构，给出分析结果。实验结果表明，在低于1000个验证节点的条件下，区块链最大共识时长为32 min，联盟链系统可支持35~40万条传感器数据，可适用于大范围、多数据的农产品追溯。     

一种基于区块链的车联网安全认证协议

针对车联网环境下,车辆节点快速移动造成的中心服务器认证效率低、车辆隐私保护差等问题,提出了一种基于区块链的车联网安全认证协议。该协议利用Fabric联盟链存储车辆临时公钥与临时假名,通过调用智能合约,完成车辆身份认证,同时协商出会话密钥,保证通信过程中数据的完整性与机密性;利用假名机制有效避免了车辆在数据传输过程中身份隐私泄露的风险;使用RAFT共识算法高效达成数据共识。经安全性分析与实验结果表明,所提协议具有抵抗多种网络攻击的能力,且计算开销低、区块链存储性能好,能够满足车联网通信的实时要求。     

基于联盟区块链的电动汽车可信充电模型

基于中央服务器的传统架构是过去后台服务搭建的重要解决方案,但随着用户数与应用需求的爆发式增长,该架构对中心节点的计算与存储能力提出了更高的要求,同时也带来了信任危机.分布式系统的一个典型代表-区块链,作为比特币的核心技术,它的不可篡改,可追溯,不可伪造数据等特性使得它在近几年受到广大研究者的广泛关注.本文提出将联盟区块链应用到电动车,充电桩,智能电表,传输电网所组成的充电网络中,利用区块链技术来管理充电记录,以此来保护每一方的利益,为交易纠纷的解决提出一种数据层面的支撑.本文在提出专用联盟区块链的同时,也提出了一种新的适用于电动汽车可信充电模型的共识机制和对应的查询智能合约.实验结果表明所设计的共识机制能在该可信充电网络模型中安全高效的运行,同时也能够满足用户快速查询交易的需求.     

基于区块链的电子文件流转设计与实现

针对互联网生态下电子文件流转中文件没有统一登记、对文件去向没有跟踪、流转过程不规范等问题,提出了基于区块链的电子文件流转方案。首先,采用区块链中联盟链的多中心化体系,提出基于区块链的电子文件流转系统设计目标与设计架构。然后,借助云存储平台进行电子文件存放来实现文件的上传功能,通过将文件的所有权转换数据加盖时间戳,使流转过程连续、关联、可追溯且诚实可信,实现了基于区块链的电子文件流转系统。通过数据库调用完成数据存取,实现了基于区块链的电子文件流转系统的数据同步和追溯。最后,提出了电子文件所有权转换、查询的智能合约,这种合约通过读取文件标识来实现对文件内容的验证和保护。安全性分析和性能测试表明,该方案与现有的文件流转系统相比更具安全性,增强了流转信息的可信度,同时智能合约的执行时间较短,使得系统具有更好的可靠性和可溯源性。     

基于区块链的电子文件流转设计与实现

针对互联网生态下电子文件流转中文件没有统一登记、对文件去向没有跟踪、流转过程不规范等问题，提出了基于区块链的电子文件流转方案。首先，采用区块链中联盟链的多中心化体系，提出基于区块链的电子文件流转系统设计目标与设计架构。然后，借助云存储平台进行电子文件存放来实现文件的上传功能，通过将文件的所有权转换数据加盖时间戳，使流转过程连续、关联、可追溯且诚实可信，实现了基于区块链的电子文件流转系统。通过数据库调用完成数据存取，实现了基于区块链的电子文件流转系统的数据同步和追溯。最后，提出了电子文件所有权转换、查询的智能合约，这种合约通过读取文件标识来实现对文件内容的验证和保护。安全性分析和性能测试表明，该方案与现有的文件流转系统相比更具安全性，增强了流转信息的可信度，同时智能合约的执行时间较短，使得系统具有更好的可靠性和可溯源性。     

基于身份密码系统和区块链的跨域认证协议

随着信息网络技术的快速发展和网络规模的持续扩张,网络环境中提供的海量数据和多样服务的丰富性和持久性都得到了前所未有的提升.处于不同网络管理域中的用户与信息服务实体之间频繁交互,在身份认证、权限管理、信任迁移等方面面临一系列安全问题和挑战.本文针对异构网络环境中用户访问不同信任域网络服务时的跨域身份认证问题,基于IBC身...     

基于三链的艺术品区块链存证溯源模型

针对现有艺术品流通信息不透明、中心化交易权限不对称等问题,提出一种基于三链的艺术品区块链存证溯源模型.首先,针对艺术品信息单条数据量大的特点,提出基于区块链的对称可搜索加密算法,并结合星际文件系统对艺术品流通记录进行链上链下安全存储.其次,对于艺术品信息有效数据日渐增长的特点,提出基于区块链的倒排快速查询溯源算法,帮助数据用户实现快速溯源定位.同时,首次提出虚假信息联盟链存储失实艺术品流通记录,实现对虚假信息的处理.最后,实验验证了模型的大数据安全存储、快速查询溯源可行性.实验表明该模型可行,查询方法有效.     

区块链技术在域间路由安全领域的应用研究

互联网域间路由系统的安全问题一直备受关注.实现全网范围的互联网资源管理认证和可信跨域协作至关重要.区块链技术以其去中心化、防篡改、可追溯等天然属性,可作为域间网络资源认证与信任建立的基础.首先分析域间路由系统安全脆弱性及其影响,以及传统域间路由安全机制面临的部署困难、管理复杂、信任中心化等困境;然后,在简要介绍区块链技术基本理论的基础上指出区块链技术运用于域间路由系统安全的技术思路,并详述区块链技术应用于域间路由认证、域间智能管理和域间DDoS防御等方面的最新进展;最后,分析区块链应用于域间路由安全领域的优势,从性能与规模、兼容性与增量部署以及区块链自身安全问题这3个方面分析其问题与挑战,并对下一步研究进行展望.     

基于教育区块链与无证书签名的身份认证方案

针对当前教育资源共享安全性低和身份认证困难的问题, 提出了一种区块链技术与无证书签名相结合的可跨域身份认证方案, 将无证书签名技术的高安全性、无密钥托管问题等优点应用到区块链的分布式网络中, 实现了身份认证过程中用户安全、跨域认证、恶意用户可追溯、注册信息不可篡改. 首先, 基于教育区块链与无证书签名的身份认证方案是建...