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.     

智能合约安全与实施规范研究

自区块链2.0时代以来,以智能合约为代表的第二代区块链平台及应用呈爆发式增长,但随之而来的智能合约安全事件也频繁发生。区块链3.0时代,智能合约因其固有的去信任化、自动性、防篡改、可追溯等技术特性,必将被广泛应用。但是,在此前景之下,智能合约的安全性成为了区块链生态安全的基石。文章创新地提出了智能合约3.0—智慧合约的概念,并基于智能合约基础架构研究了智能合约安全威胁,提出了一套基本的智能合约安全实施规范,旨在为智能合约安全实施提供参考与借鉴。     

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.     

智能合约安全综述

区块链为构建社会价值传递和信任机制提供了一种新的技术。区块链的快速发展促进了智能合约与人工智能、大数据、物联网等技术的深入融合,其安全性受到重点关注。近几年,区块链与智能合约安全研究取得了较大进展,基于区块链智能合约,对智能合约的运行机制、链上安全和链外安全的最新相关研究成果进行归类、分析、比较、总结和讨论,并展望了智能合约安全性的研究方向和趋势。     

区块链资产窃取攻击与防御技术综述

自中本聪提出比特币以来,区块链技术得到了跨越式发展,特别是在数字资产转移及电子货币支付方面。以太坊引入智能合约代码,使其具备了同步及保存智能合约程序执行状态,自动执行交易条件并消除对中介机构需求,Web3.0 开发者可利用以太坊提供的通用可编程区块链平台构建更加强大的去中心化应用。公链系统具备的特点,如无须中央节点控制、通过智能合约保障交互数据公开透明、用户数据由用户个人控制等,使得它在区块链技术发展的过程中吸引了更多的用户关注。然而,随着区块链技术的普及和应用,越来越多的用户将自己的数字资产存储在区块链上。由于缺少权威机构的监管及治理,以太坊等公链系统正逐步成为黑客窃取数字资产的媒介。黑客利用区块链实施诈骗及钓鱼攻击,盗取用户所持有的数字资产来获取利益。帮助读者建立区块链资产安全的概念,从源头防范利用区块链实施的资产窃取攻击。通过整理总结黑客利用区块链环境实施的资产窃取攻击方案,抽象并归纳威胁模型的研究方法,有效研究了各类攻击的特征及实施场景。通过深入分析典型攻击方法,比较不同攻击的优缺点,回答了攻击能够成功实施的根本原因。在防御技术方面,针对性结合攻击案例及攻击实施场景介绍了钓鱼检测、代币授权检测、代币锁定、去中心化代币所属权仲裁、智能合约漏洞检测、资产隔离、供应链攻击检测、签名数据合法性检测等防御方案。对于每一类防御方案,给出其实施的基本流程及方案,明确了各防护方案能够在哪类攻击场景下为用户资产安全提供防护。     

语义区块链研究综述

区块链因具有去中心化、不可窜改、可追溯、集体维护、可编程和安全可信等特点,已应用于金融、物联网、供应链与物流链管理、数字资源版权管理等行业,但因缺乏链间互操作、无法索引查询等问题,极大制约了它的深入应用.语义Web技术和区块链技术融合产生的语义区块链技术,有望解决这些相关问题.为方便研究者系统地了解语义区块链的研究现状和发展趋势,对语义区块链技术进行了综述.首先,分析了区块链对语义Web技术的需求、语义区块链的优点;然后,分析和总结了语义区块链的研究和应用现状,包括区块链本体的设计、区块链数据的语义描述、语义数据的存储、智能合约的语义化、语义区块链的相关应用;最后,对语义区块链的主要研究方向进行了展望.     

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。     

一种基于物联网及区块链的去中心化数据管理系统

为解决传统烟草行业缺少物料管理数据留痕导致的物料无法追溯问题,在研究区块链中智能合约及IoT技术基础上提出了一种基于物联网及区块链的去中心化数据管理系统。系统由三个主要组件组成,包括IoT客户端网络、智能合约和安全模块。实现利用区块链技术防止数据信息被篡改,利用数据加密等特性存储数据。通过物联网技术实现物料从采购到出库...     

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.     

智能合约安全漏洞检测研究进展

智能合约是运行在区块链合约层的计算机程序,能够管理区块链上的加密数字货币和数据,实现多样化的业务逻辑,扩展了区块链的应用.由于智能合约中通常涉及大量资产,吸引了大量攻击者试图利用其中的安全漏洞获得经济利益.近年来,随着多起智能合约安全事件的发生(例如TheDAO、Parity安全事件等),针对智能合约的安全漏洞检测技术成为国内外研究热点.提出智能合约安全漏洞检测的研究框架,分别从漏洞发现与识别、漏洞分析与检测、数据集与评价指标这3个方面分析现有检测方法研究进展.首先,梳理安全漏洞信息收集的基本流程,将已知漏洞根据基础特征归纳为13种漏洞类型并提出智能合约安全漏洞分类框架;然后,按照符号执行、模糊测试、机器学习、形式化验证和静态分析5类检测技术对现有研究进行分析,并讨论各类技术的优势及局限性;第三,整理常用的数据集和评价指标;最后,对智能合约安全漏洞检测的未来研究方向提出展望.     

智能合约安全漏洞研究综述

智能合约是一种基于区块链平台运行,为缔约的多方提供安全可信赖能力的去中心化应用程序。智能合约在去中心化应用场景中扮演着重要的角色,被广泛地应用于股权众筹、游戏、保险、物联网等多个领域,但同时也面临着严重的安全风险。相比于普通程序而言,智能合约的安全性不仅影响合约参与多方的公平性,还影响合约所管理的庞大数字资产的安全性。因此,对智能合约的安全性及相关安全漏洞开展研究显得尤为重要。本文系统分析了智能合约的特性及其带来的全新安全风险;提出了智能合约安全的三层威胁模型,即来自于高级语言、虚拟机、区块链三个层面的安全威胁;并以世界上最大的智能合约平台——以太坊为例,详细介绍了15类主要漏洞;并总结了智能合约安全研究在漏洞方面的进展和挑战,包括自动漏洞挖掘、自动漏洞利用和安全防御三个方面的研究内容;最后,本文对智能合约未来安全研究进行了展望,提出了两个潜在的发展方向。     

Decentralized cloud manufacturing-as-a-service (CMaaS) platform architecture with configurable digital assets

Contemporary Cloud Manufacturing-as-a-Service (CMaaS) platforms now promise customers instant pricing and access to a large capacity of manufacturing nodes. However, many of the CMaaS platforms are centralized with data flowing through an intermediary agent connecting clients with service providers. This paper reports the design, implementation and validation of middleware software architectures which aim to directly connect client users with manufacturing service providers while improving transparency, data integrity, data provenance and retaining data ownership to its creators. In the first middleware, clients have the ability to directly customize and configure parts parametrically, leading to an instant generation of downstream manufacturing process plan codes. In the second middleware, clients can track the data provenance generated in a blockchain based decentralized architecture across a manufacturing system. The design of digital assets across a distributed manufacturing system infrastructure controlled by autonomous smart contracts through Ethereum based ERC-721 non-fungible tokens is proposed to enable communication and collaboration across decentralized CMaaS platform architectures. The performance of the smart contracts was evaluated on three different global Ethereum blockchain test networks with the centrality and dispersion statistics on their performance provided as a reference benchmark for future smart contract implementations.     

基于字节码的以太坊智能合约分类方法

近年来,区块链技术已在金融、医疗和政务等领域得到了广泛应用和关注。然而,由于智能合约的不易篡改性和运行环境的特殊性,各类安全问题频繁出现。一方面是合约开发者在编写合约时出现的代码安全问题,另一方面是以太坊出现不少高风险智能合约,普通用户很容易被高风险合约提供的高回报所吸引,但对合约的风险却无从知晓。然而,关于智能合约安全的研究主要集中于代码安全方面,对合约功能识别的研究相对较少。假如能对智能合约功能进行准确分类,将有助于人们更好地理解智能合约的行为,同时保障智能合约生态安全,减少或挽回用户的损失。已有的智能合约分类方法通常依赖于对智能合约开源代码的分析,但以太坊发布的合约仅强制要求部署字节码,且只有极少数合约公布了其开源代码。因此,提出了一种基于字节码的以太坊智能合约分类方法。收集以太坊智能合约字节码和对应类别标签,然后提取操作码频率特征以及控制流图特征;通过实验对特征重要性进行分析,获取适合的图向量维度及最优的分类模型;在交易所、金融、赌博、游戏和高风险5个类别的智能合约多分类任务中进行实验验证,使用XGBoost分类器时的F1值达到0.9138。实验结果表明所提方法能较好地完成以太坊智能合约的分类任务,并且能够应用于现实中的智能合约类别预测。     

基于纳什均衡的智能合约缺陷检测

本文研究区块链智能合约的缺陷检测问题,即检测合约中是否存在部分合约方无论选择什么动作,均无法避免损失的状态.将智能合约问题转换成合约状态迁移图上的博弈策略选择问题,提出了基于纳什均衡理论的合约缺陷自动检测方法,以及为了提高检测效率,提出了针对合约状态变迁图和博弈策略形式的一系列化简方法.最后,实现了一个智能合约建模、分...     

Measuring the impact of blockchain and smart contracts on construction supply chain visibility

This work assesses the impact of blockchain and smart contracts on the visibility of construction supply chain and in the context of payments (intersection of cash and product flows). It uses comparative empirical experiments (Charrette Test Method) to draw comparisons between the visibility of state-of-practice and blockchain-enabled payment systems in a commercial construction project. Comparisons were drawn across four levels of granularity. The findings are threefold: 1) blockchain improved information completeness and information accuracy compared with the digital state-of-practice solution; 2) the improvements were significantly more pronounced for information queries that had higher product, trade, and temporal granularity; and 3) blockchain-enabled solution was robust when faced with more granular information queries, while the conventional solution experienced 50% and 66.7% decline respectively in completeness and accuracy of information. The paper concludes with a discussion of mechanisms contributing to visibility and the implications for the construction industry.     

智能合约安全漏洞挖掘技术研究

近年来，以智能合约为代表的第二代区块链平台及应用出现了爆发性的增长，但频发的智能合约漏洞事件严重威胁着区块链生态安全。针对当前主要依靠基于专家经验的代码审计效率低下的问题，提出开发通用的自动化工具来挖掘智能合约漏洞的重要性。首先，调研并分析了智能合约面临的安全威胁问题，总结了代码重入、访问控制、整数溢出等10种出现频率最高的智能合约漏洞类型和攻击方式；其次，讨论了主流的智能合约漏洞的检测手段，并梳理了智能合约漏洞检测的研究现状；然后，通过实验验证了3种现有符号执行工具的检测效果。对于单一漏洞类型，漏报率最高达0.48，误报率最高达0.38。实验结果表明，现有研究涵盖的漏洞类型不完整，误报及漏报多，并且依赖人工复核；最后，针对这些不足展望了未来研究方向，并提出一种符号执行辅助的模糊测试框架，能够缓解模糊测试代码覆盖率不足和符号执行路径爆炸问题，从而提高大中型规模智能合约的漏洞挖掘效率。     

Elastic Smart Contracts in Blockchains

In this paper, we deal with questions related to blockchains in complex Internet of Things (IoT)-based ecosystems. Such ecosystems are typically composed of IoT devices, edge devices, cloud computing software services, as well as people, who are decision makers in scenarios such as smart cities. Many decisions related to analytics can be based on data coming from IoT sensors, software services, and people. However, they are typically based on different levels of abstraction and granularity. This poses a number of challenges when multiple blockchains are used together with smart contracts. This work proposes to apply our concept of elasticity to smart contracts and thereby enabling analytics in and between multiple blockchains in the context of IoT. We propose a reference architecture for Elastic Smart Contracts and evaluate the approach in a smart city scenario, discussing the benefits in terms of performance and self-adaptability of our solution.