区块链技术发展现状与展望

区块链是随着比特币等数字加密货币的日益普及而逐渐兴起的一种全新的去中心化基础架构与分布式计算范式, 目前已经引起政府部门、 金融机构、 科技企业和资本市场的高度重视与广泛关注. 区块链技术具有去中心化、 时序数据、 集体维护、 可编程和安全可信等特点, 特别适合构建可编程的货币系统、 金融系统乃至宏观社会系统. 本文通过解构区块链的核心要素, 提出了区块链系统的基础架构模型, 详细阐述了区块链及与之相关的比特币的基本原理、 技术、 方法与应用现状, 讨论了智能合约的理念、 应用和意义, 介绍了基于区块链的平行社会发展趋势, 致力于为未来相关研究提供有益的指导与借鉴.     

智能合约:架构及进展

智能合约是一种无需中介、自我验证、自动执行合约条款的计算机交易协议,近年来随着区块链技术的日益普及而备受关注.区块链上的智能合约具有去中心化、去信任、可编程、不可篡改等特性,可灵活嵌入各种数据和资产,帮助实现安全高效的信息交换、价值转移和资产管理,最终有望深入变革传统商业模式和社会生产关系,为构建可编程资产、系统和社会奠定基础.本文致力于以区块链智能合约为研究对象,对已有的研究成果进行全面梳理和系统概述,提出了智能合约的基础架构模型并以此为研究框架阐述了智能合约的运行机制与基础架构,总结了智能合约的研究挑战与进展,介绍了智能合约的技术优势与典型应用领域,讨论了智能合约的发展趋势,以期为智能合约的后续研究提供参考.     

基于区块链技术及应用的可视化研究综述

区块链技术源自比特币，是一项颠覆性的创新技术，具有十分广阔的发展前景。面对区块链平台及应用领域不断扩展的需求，引进可视化技术能够增强用户的认知能力，帮助用户从海量复杂数据中高效发现有用信息，并辅助用户的理解与决策，是区块链技术的研究前沿之一。为了深入了解基于区块链技术及应用的可视化研究，首先，介绍了区块链和可视化基础理论，并从多个维度分析了现有区块链可视化研究文献；其次，从共性关键技术出发，介绍了区块链交易处理、共识机制、智能合约和网络安全方面的可视化研究方法；同时，概述了虚拟货币、社会民生和融合创新等多个领域中区块链可视化的应用现状；最后，总结和展望了基于区块链技术及应用的可视化研究的发展趋势。     

区块链系统攻击与防御技术研究进展

区块链作为一种多技术融合的新兴服务架构,因其去中心化、不可篡改等特点,受到了学术界和工业界的广泛关注.然而,由于区块链技术架构的复杂性,针对区块链的攻击方式层出不穷,逐年增加的安全事件导致了巨大的经济损失,严重影响了区块链技术的发展与应用.从层级分类、攻击关联分析两个维度对区块链已有安全问题的系统架构、攻击原理、防御策...     

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.     

基于区块链的智能组件:一种分布式人工智能研究新范式

[目的]促进区块链与新一代人工智能技术的融合发展,利用人工智能的学习、推理和决策能力解决区块链面临的关键问题与挑战,已经成为区块链技术发展的重要突破口.[方法]致力于研究区块链与人工智能相结合的新范式,将目前相对中心化的人工智能算法嵌入到去中心化的区块链系统,使得二者共融、增强.[结果]提出了区块链赋能的智能组件概念与...     

区块链即服务:下一个云服务前沿

区块链的本质是分布式账本.它作为比特币的底层技术日益被熟知,具有去中心化、开放性、自治性、信息不可篡改、匿名性的特点.区块链即服务(blockchain as a service)则是把区块链当作基础设施,并在其上搭建各种满足普通用户需求的应用,向用户提供服务.区块链即服务已成为云计算领域的研究重点.研究了区块链即服务最新的技术发展状况,结合行业研究和企业实践探索,对区块链即服务的架构以及各模块功能进行了概要设计说明,为区块链即服务的发展提供了通用架构模型.另外,分析了结合区块链即服务的云计算相关技术特点,并给出了可能的攻击模型.最后,结合行业区块链即服务的应用,对区块链即服务的技术前景进行了展望.     

基于文献计量的国内区块链技术研究及应用态势分析

为分析区块链技术的发展态势,从区块链总体论文产出、区块链应用、区块链金融3个方面设计检索需求,以CNKI中检索获得的文献为样本,引入文献计量分析的方法,并使用CiteSpace软件绘制关键词共现图谱、作者合作和机构合作图谱,对数据进行直观的可视化分析。在分析中,对区块链应用的关键词按含义进行相应的分类,并通过对区块链热点关键词的追踪统计,创新性地提出热点关键词的变化快慢与研究趋势的关联关系。结果表明,区块链相关论文从2015年开始至今呈现爆发式增长,区块链在金融方面的应用与研究、区块链自身特性技术、区块链与新兴技术的结合这些方面是当前研究的热点问题。对于作者和机构在区块链研究中的合作较少,科研合作团体有待形成。未来区块链研究重点更趋向于实际应用与新兴技术的结合。     

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.     

可编辑区块链: 模型、技术与方法

可编辑区块链是区块链领域新兴而颇有争议的热点课题, 致力于在保障区块链安全可信等良好性质的前提下实现链上数据的可控编辑操作. 本文系统性地梳理和研究了可编辑区块链技术在信息安全和监管等领域面临的现实需求, 提出了可编辑区块链的工作框架, 并从数据修改、删除、插入、过滤和隐藏五个环节详细阐述了可编辑区块链的技术与方法, 最后讨论了该领域亟需解决的若干关键问题.     

运行于区块链上的智能分布式电力能源系统:需求、概念、方法以及展望

智能分布式电力能源系统（Intelligent distributed,electrical energy systems,IDEES）具有组件种类繁多,数量庞大,管理困难,利润低微等特点,导致传统中心化的运营管理不再适合此类系统,而区块链技术可能是推行大规模分布式智能电力能源系统重要的技术路径.由于电力能源系统是一种具有社会和技术双重属性的系统,从而注定了其在用区块链实现运行时,必然需要多种区块链来描述和建模其不同的属性,在文中称之为“区块链群”.具体来说,从底层到高层,这个区块链群由分布式数据存储与服务区块链、智能资产管理区块链、电力系统分析区块链、智能合约运营区块链和智能电力交易支付区块链组成.基于区块链技术、分布式文件服务技术、分布式电力系统分析与管理技术,这些不同层次和功能的区块链自我组织、互相协助,最后形成一个分布式自主的电力能源运行系统.在此复杂系统中,频繁而深度的计算与交互衍生出系统智能,笔者期望这种智能将促成稳定、可靠、有效的电力能源生产、传输与消费.     

区块链智能合约交易并行执行模型综述

以太坊等区块链采用串行方式执行区块中的智能合约交易,虽能严格保障执行后节点间区块链状态的一致性,但这已成为目前制约区块链吞吐率的一个重要瓶颈.因此,采用并行方法优化智能合约交易的执行逐渐成为工业界和学术界关注的重点.总结了区块链智能合约并行执行方法的研究进展,提出了一个研究框架,该框架以智能合约并行执行的阶段为视角,凝练出4种智能合约并行执行模型,即基于静态分析的并行执行模型、基于动态分析的并行执行模型、节点间并行执行模型和分治并行执行模型,然后描述了每种模型下典型的并行执行方法.最后,对交易依赖图和并发控制策略等影响并行执行的因素进行了讨论,并提出了未来可研究的方向.     

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.     

基于有向无环图的区块链技术综述

区块链技术已广泛应用于金融、公共服务、物联网、网络安全、供应链等多个领域,但传统单链结构的区块链在吞吐量、交易确认速度和可扩展性方面存在不足,导致其在一些短时高并发量数据场景中难以落地应用。基于有向无环图（DAG）的区块链技术因其具有交易并发确认功能、吞吐量高、可扩展性强等优势受到研究者广泛关注。通过分析研究现有DAG区块链的发展和演化过程、评估方法、优化方向以及应用场景,探索DAG区块链在落地应用中的可行性。阐述主流DAG区块链的研究现状,比较传统区块链与DAG区块链的优势与不足,并分析现有区块链属性评估方法,总结DAG区块链评估结果。在此基础上,从交易确认速度、系统吞吐量、系统安全性、存储结构等方面对比现有DAG区块链的优化方法,介绍DAG区块链在数据管理、基于边缘计算和联邦学习的数据共享以及面向访问控制和隐私保护的数据安全等场景中的应用情况,并指出当前研究中存在的主要问题和挑战,对未来的研究方向进行展望。     

区块链的数据管理技术综述

最近几年,随着加密货币和去中心化应用的流行,区块链技术受到了各行业极大的关注.从数据管理的角度,区块链可以视作是在一个分布式环境下众多不可信节点共同维护且不可篡改的账本.由于节点间相互不可信,区块链通过共识协议,确保数据存储的一致性,实现去中心化的数据管理.针对区块链的安全性以及共识协议,已有诸多工作进行全面的分析.将从数据管理的角度,分析区块链技术与传统数据库下数据管理技术的异同.分布式数据管理的研究已经持续数十年,涵盖了数据存储模式、事务处理机制、查询执行与验证、系统可扩展性等诸多方面,并已有诸多技术广泛应用于实际的分布式数据库中.该类工作往往假定存在中心可信节点或者节点只可能发生崩溃而不存在恶意攻击.然而在区块链环境中,系统设计需考虑不可信节点可能的攻击行为以及拜占庭容错.这给数据管理带来了新的问题与挑战.因此,将梳理并分析国内外有关区块链数据管理的文献,并展望未来的研究方向.     

基于主子链架构的新型许可公有链

针对现有区块链之间相互独立、互通困难的问题,提出一种“主链+子链”的新型许可公有链架构。首先,在现有的委托权益证明（DPOS）、可验证随机函数（VRF）、实用拜占庭容错（PBFT）等算法的基础上设计了创新双层共识算法,同时加入可信许可机制,使区块链兼具许可和公有的特性;然后,详细描述了主子链的设计过程,主链负责链群管理并提供公共服务,而子链针对不同业务场景独立设计,并且通过连接主链中继实现跨链数据通信,从而实现数据安全隔离;最后,构建实验环境进行测试,以验证许可公有链设计的可行性。实验结果表明,相较于现有的超级账本Fabric等一些区块链,所提出的许可公有链具有显著优势,吞吐量最高可达到每秒25 000次,平均延迟时间可达8 s。为进一步研究不同类型区块链跨链数据互联互通提供了技术支撑。     

基于星火区块链的跨链机制

针对当前区块链技术飞速发展的过程中,不同区块链之间相对孤立,数据不能交互共享的问题,提出一种基于星火区块链的跨链机制.首先,对常见跨链技术和当前主流跨链项目作了分析,研究了不同技术和项目的实现原理,并总结了它们的区别和优缺点;然后,利用主子链模式的区块链架构,设计了智能合约组件、交易校验组件、交易超时组件等关键核心组件...     

多区块链交易分发和事件处理的系统方案

在基于拜占庭容错协议设计的区块链系统中,系统的效率和性能较低,限制了区块链的应用与发展。提出了一种基于多区块链系统支持交易分片和事件处理的系统方案。该方案中,系统被划分为应用客户端、处理系统、各区块链3个层面。应用客户端用于发送交易请求和接收感兴趣的事件, 处理系统进行交易的分发和事件处理 ,各区块链用于区块链内部处理交易请求和事件 。处理系统适配区块链数量可变和不可变的两类多区块链系统,设计了选择区块链的两种策略,即映射关系表和哈希一致性,两种策略在交易分发时依据负载均衡、单调性和一致性的原则,并基于交易的业务类型和业务类型内部ID号把交易请求分发到合适的区块链。每个区块链与处理系统内部的交易调用客户端、事件和消息流客户端建立一一对应关系;每个应用客户端与处理系统内部的交易应用调用服务端、交易应用事件连接服务端、事件消息流服务端交互,发送交易的请求并获取交易的结果。对交易分发的方案和事件处理进行具体的设计,并对系统的整体方案进行了基本的测试和验证。     

一种基于LWE‐CPABE的区块链数据共享方案

为应对量子计算对区块链上基于数论的隐私保护技术所带来的威胁,将区块链技术与格属性基加密算法有效融合,提出一种基于格的后量子CPABE区块链数据共享方案。将容错学习（LWE）作为方案的困难问题假设,构造一种基于格的密文策略属性基加密算法LWE-CPABE,抵御量子计算对公钥密码安全的攻击,实现数据的安全共享。设计算法参数的标准格式化交易结构,以满足LWE-CPABE算法的可追责性。在此基础上,给出交易生成与交易验证智能合约,以实现交易的自动验证与共识。功能性分析与仿真实验结果表明,该方案在算法初始化、加解密以及密钥生成的计算效率方面均优于传统的基于双线性映射理论的CPABE方案,可实现区块链上数据的高效、安全、动态共享与隐私保护,明显提高区块链数据共享安全性。