区块链技术及其在信息安全领域的研究进展

区块链是一种源于数字加密货币比特币的分布式总账技术,其发展引起了产业界与学术界的广泛关注.区块链具有去中心化、去信任、匿名、数据不可篡改等优势,突破了传统基于中心式技术的局限,具有广阔的发展前景.介绍了区块链技术在信息安全领域的研究现状和进展.首先,从区块链的基础框架、关键技术、技术特点、应用模式、应用领域这5个方面介绍了区块链的基本理论与模型;然后,从区块链在当前信息安全领域研究现状的角度出发,综述了区块链应用于认证技术、访问控制技术、数据保护技术的研究进展,并对比了各类研究的特点;最后,分析了区块链技术的应用挑战,对区块链在信息安全领域的发展进行了总结与展望,希望对未来进一步的研究工作有一定的参考价值.     

Intrusion Detection Systems Using Blockchain Technology: A Review,Issues and Challenges

Intrusion detection systems that have emerged in recent decades can identify a variety of malicious attacks that target networks by employing several detection approaches. However, the current approaches have challenges in detecting intrusions, which may affect the performance of the overall detection system as well as network performance. For the time being, one of the most important creative technological advancements that plays a significant role in the professional world today is blockchain technology. Blockchain technology moves in the direction of persistent revolution and change. It is a chain of blocks that covers information and maintains trust between individuals no matter how far apart they are. Recently, blockchain was integrated into intrusion detection systems to enhance their overall performance. Blockchain has also been adopted in healthcare, supply chain management, and the Internet of Things. Blockchain uses robust cryptography with private and public keys, and it has numerous properties that have leveraged security’s performance over peer-to-peer networks without the need for a third party. To explore and highlight the importance of integrating blockchain with intrusion detection systems, this paper provides a comprehensive background of intrusion detection systems and blockchain technology. Furthermore, a comprehensive review of emerging intrusion detection systems based on blockchain technology is presented. Finally, this paper suggests important future research directions and trending topics in intrusion detection systems based on blockchain technology.     

区块链安全问题:研究现状与展望

区块链是比特币底层的核心技术，展示了在自组织模式下实现大规模协作的巨大潜力，为解决分布式网络中的一致性问题提供了全新的方法.随着比特币的广泛流通和去中心化区块链平台的蓬勃发展，区块链应用也逐渐延伸至金融、物联网等领域，全球掀起了区块链的研究热潮.然而，区块链为无信任的网络环境提供安全保障的同时，也面临安全和隐私方面的严峻挑战.本文定义了区块链系统设计追求的安全目标，从机制漏洞、攻击手段和安全措施三方面对区块链各层级的安全问题进行全面分析，提出了区块链的平行安全概念框架，并总结未来区块链安全问题的研究重点.本文致力于为区块链研究提供有益的安全技术理论支撑与借鉴.     

区块链在数据安全领域的研究进展

大数据时代,数据已成为驱动社会发展的重要的资产.但是数据在其全生命周期均面临不同种类、不同层次的安全威胁,极大降低了用户进行数据共享的意愿.区块链具有去中心化、去信任化和防篡改的安全特性,为降低信息系统单点化的风险提供了重要的解决思路,能够应用于数据安全领域.该文从数据安全的核心特性入手,介绍区块链在增强数据机密性、数...     

拟态区块链——区块链安全解决方案

区块链起源于比特币,其核心是去中心化、去信任、防篡改、防伪造、可溯源,因此在任何高价值数据的管理、存储与流通的过程中都可以用到区块链.区块链已经在多种场景中得到应用,但是区块链的安全问题一直存在,且对用户权益影响极大.拟态防御是由中国的研究团队提出的新型网络防御技术,对新型系统的网络防御具有重要的作用.首先介绍区块链面临的安全威胁以及目前存在的应对方案,然后对拟态防御中核心的动态异构冗余（dynamic heterogeneous redundance,简称DHR）架构进行介绍;其次,针对区块链存在的潜在安全问题,借鉴动态异构冗余架构和密码抽签的思想,结合安全性定义和参数选择规则,从动态异构共识机制以及动态异构冗余签名算法两个角度提出了区块链的安全解决方案,称为拟态区块链;最后进一步分析了拟态区块链的安全性和性能,结果显示,动态异构冗余区块链可以在多个方面得到比典型区块链更好的安全性.     

从扩展性角度看区块链

区块链集成密码学、分布式共识、P2P网络和时间戳等技术,可实现数据一致存储、难以窜改和防止抵赖等功能,解决了开放网络中不依赖任何可信第三方的信任问题。去中心化的特性使得区块链具有广阔的应用前景,但随着应用的深入与拓展,扩展性问题已成为挖掘区块链技术潜力的一个关键挑战。区块链本质上仍是分布式系统,基于此,从分布式系统的扩展性角度对区块链的研究工作进行综述,基于链上扩展、链下扩展和跨链扩展三个方面论述了区块链可扩展的思路和方法,总结了近年来的研究成果;通过对现有解决方案的总结分析,探讨了提高区块链可扩展性所面临的问题和未来的研究趋势。     

区块链互操作技术综述

区块链技术被认为是构建价值互联网的基石,然而彼此独立的区块链系统形成了数据、价值孤岛.区块链互操作(也被称为跨链操作)是打破链间壁垒、构建区块链网络的关键技术.在区分狭义与广义区块链互操作的基础上,重新定义狭义区块链互操作,并抽象出跨链读与跨链写两类基本操作;分析总结实现狭义区块链互操作需要解决的3个关键技术问题:跨链信息传输、跨链信任传递、跨链操作原子性保障;系统梳理这3个问题的研究现状,并分别从多角度进行比较;在此基础上,从关键技术问题的角度分析具有代表性的整体解决方案;最后指出几个值得进一步探索的研究方向.     

区块链网络综述

区块链是典型的分布式系统,底层网络的性能和安全性至关重要.区块链网络的本质是P2P网络,然而在安全模型、传输协议和性能指标等方面与传统P2P网络存在明显差异.首先,针对区块链网络的传输流程进行全面、深入地分析,阐明区块链网络所面临的瓶颈挑战.其次,针对区块链网络拓扑结构和传输协议的最新研究工作,从节点异构性、编码方案、广播算法和中继网络等方面系统性地分类梳理,并归纳总结跨链网络实现和网络仿真工具.最后,探讨区块链网络的未来研究趋势.     

区块链的安全检测模型

区块链^[1]是去中心化交易平台比特币的底层技术.该系统由分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术组成,它的安全性受到广泛关注.目前的研究大多使用数学证明的方法分析每个攻击的作用,本文提出了一种新颖的根据区块链的结构来评估和检测安全性的方法.在真实环境下当一个区块连接超过6个区块后,该区块的内容基本无法改变,被认为是稳定状态,分支产生的概率逐渐降低,因此整个系统的状态是无限循环的.该方法通过分析每个结构到达稳定状态的概率来评估系统的安全性,并通过实验分析了攻击力度,攻击状态和实验循环次数之间的关系,验证了该方法的可行性和有效性.     

基于区块链的访问控制技术研究进展

区块链技术有着去中心化、可信度高、难以篡改的特点,能够解决传统访问控制技术中存在的信任难题.通过总结现有的基于区块链的访问控制机制,分别从基于交易事务和基于智能合约两种实现方式分析了将区块链技术应用于访问控制领域的独有优势.根据区块链应用中的关键问题,从动态访问控制、链上空间优化、隐私数据保护3个关键技术总结了现有的研...     

几种典型区块链共识机制的安全性分析

区块链技术源于比特币的出现,随着比特币和其他数字货币在金融市场的火爆,区块链技术得到了各界的广泛关注。共识机制是区块链技术的核心,区块链上的账本和数据都是共识机制的产物,一旦共识机制的安全性出现问题,区块链的可用性和信用度都将受到严重的打击。本文从共识机制的安全性出发,首先介绍区块链和共识机制的概念,然后对3种典型的区块链共识机制进行对比分析：通过逐一研究针对3种共识机制的攻击方法,对它们的一致性和敌手模型进行对比。最后,指出了目前区块链共识机制安全性分析上的局限性,并明确了未来研究共识机制安全性的方向。     

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。     

Secure decentralized peer-to-peer training of deep neural networks based on distributed ledger technology

The accuracy and performance of deep neural network models become important issues as the applications of deep learning increase. For example, the navigation system of autonomous self-driving vehicles requires very accurate deep learning models. If a self-driving car fails to detect a pedestrian in bad weather, the result can be devastating. If we can increase the model accuracy by increasing the training data, the probability of avoiding such scenarios increases significantly. However, the problem of privacy for consumers and lack of enthusiasm for sharing their personal data, e.g., the recordings of their self-driving car, is an obstacle for using this valuable data. In Blockchain technology, many entities which cannot trust each other in normal conditions can join together to achieve a mutual goal. In this paper, a secure decentralized peer-to-peer framework for training the deep neural network models based on the distributed ledger technology in Blockchain ecosystem is proposed. The proposed framework anonymizes the identity of data providers and therefore can be used as an incentive for consumers to share their private data for training deep learning models. The proposed framework uses the Stellar Blockchain infrastructure for secure decentralized training of the deep models. A deep learning coin is proposed for Blockchain compensation.

     

区块链存储可扩展性研究进展

区块链是一种结合分布式共识、加密、时间戳等方法,在不依赖任何第三方中心化机构的情况下,实现点对点交易、协调以及协作的技术.近几年,区块链技术的不断发展引起了产业界和学术界的极大兴趣.但是,区块链的存储可扩展性问题,提高了区块链设备的门槛,成为了区块链应用落地的瓶颈.介绍了区块链的基本原理和存储模型,分析了当前区块链所面...     

区块链技术与应用前瞻综述

区块链技术是一种去中心化、去信任化的分布式数据库技术方案。该数据库由参与系统的所有节点集体维护,具有去中心化、不可篡改、透明、安全等特性。区块链技术归功于比特币应用,它作为比特币的底层技术支持,是比特币系统的核心支撑。区块链技术 具有广阔的 发展前景,从关键技术、内容、原理、瓶颈、应用和前景几个方面进行介绍,对相关研究问题进行探讨。     

基于混合算法区块链和节点身份认证的数据存储方案

为了增强云数据存储的完整性和安全性,在无线传感器网络（WSN）中,提出一种基于混合算法区块链的数据存储方案,以及一种集成身份验证和隐私保护的去中心化框架。首先,簇头将采集到的信息传递至基站,而基站在分布式区块链上记录所有关键参数,并传递至云端存储。然后,为了获得更高的安全等级,合并椭圆曲线加密（ECC）的160位密钥与高级加密标准（AES）的128位密钥,并在云存储层之间进行密钥对交换。基于混合算法的区块链结合身份验证方案可以很好地保证云数据的安全性存储,因此所提方案在安全性方面较为优秀。此外,恶意节点可通过基站从区块链中直接移除并撤销认证,方便快捷。仿真结果表明,与去中心化的区块链信息管理（BIM）方案、基于信任和分布式区块链评估的安全定位（DBE）算法和利用密钥衍生加密和数据分析（KDE-DA）管理方案相比,所提方案在延迟、吞吐量、计算开销方面具有一定的优越性。     

双链式区块链交易监管研究

最近,作为去中心化的分布式帐本,区块链使人们能够在不可信赖的环境中进行安全可靠的交易,慢慢地被应用于各个领域。但是,逐渐出现了一些问题,用户隐私信息泄露,存在非法的交易且缺乏有效的监管,智能合约市场存在漏洞等。针对区块链非法交易,提出了监管链的概念,并建立了可以有效监管区块链交易的交易区块链（TBC）和监管区块链（RBC）双链结构。为了提高智能合约的安全性,进一步在监管链中建立智能合约市场,并设计了用于智能合约功能校验的零知识证明算法。理论和数据分析表明,双链结构具有高效率和可扩展性强。实验结果表明机器学习算法对于区块链交易数据的分类准确性达到95.0%,并证明了零知识证明校验智能合约功能的可行性。     

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.     

基于区块链的数字货币演化

区块链是数字货币研究的主流技术和重要前提。作为一种去中心化的分布式计算技术,区块链具有共同维护、防窜改、可追溯等中心化技术所不具备的优势。以区块链的基本原理为基础,主要分析了哈希加密、共识机制以及智能合约方面的关键技术;以区块链中的首个应用比特币为基础,分析了以太坊、达世币、卡尔达诺、比特股等数字货币的发展演化历程。根据数字货币的研究现状及其所面临的诸多挑战,展望了区块链未来在数字货币的发行与监管、交易跟踪和海量交易数据分析方面的研究趋势。     

区块链存储：技术与挑战

区块链具有不可被篡改和去中心化的特性,将其应用到存储系统中,有助于提高存储系统的数据安全性和系统可扩展性。区块链技术与存储技术的融合主要分为 3 方面：基于区块链构建的去中心化存储系统、基于区块链优化已有系统的存储性能和区块链系统自身的存储方法与优化。对这些工作进行了综述,讨论对比了当前典型的采用了区块链技术的存储系统,总结了区块链存储面临的主要挑战,并展望了区块链存储的发展方向。