基于区块链的应用系统开发方法研究

本文从区块链的技术层面及应用层面分析其特征,并给出区块链的分类。挖掘区块链的设计需求,针对区块链的一致性和可扩展性的应用需求进行深入分析。对区块链的应用系统开发方法及区块链建模进行研究,提出了账户区块链（account blockchain,简称ABC）和交易区块链（trading blockchain,简称TBC）的双链设计模型。对智能合约进行深入剖析,提出了链上代码并行执行模型应用原则。最后对区块链应用技术进行总结和展望。     

一种可监管的区块链跨链平台设计

随着区块链技术在各行各业的大力发展,不同的区块链之间的价值传递和数据共享成为一个新的需求.通过对常用跨链技术和现有的跨链平台进行分析,并对众多企业的区块链云服务平台功能特色作了调查,基于上述调查和研究,设计了一种基于中继链的跨链平台,主要包括面向智能合约的跨链服务和跨链通信协议,基于跨链网关的跨链交易流程以及跨链事务管理,以及基于监管链的双链并行模式实现监管功能.     

物流服务交易区块链与蚁群智能合约算法研究

为解决物流服务交易中供应商、生产商、用户等多方参与者之间的信用关系缺失,提高制定合约的效率,避免干扰合约的正常执行以及传统合约的可抵赖性、可篡改性以及不可追溯性等问题,提出了物流服务交易区块链与蚁群智能合约算法。分析传统的物流服务交易模式存在的问题,提出一种新的物流服务交易合约概念模型,并利用区块链和智能合约的特点和优势,以及物流服务交易中的信息发布、谈判、议价、制定合约等交易环节和区块链的链接关系,构建一种去中心化的物流服务交易智能合约区块链模型。以该模型为基础,依据物流服务交易合约的工作流程以及蚁群算法的特点,设计了物流服务交易区块链与蚁群智能合约算法。在多节点物流服务交易仿真平台进行实验,实验结果表明,该算法实现了基于区块链的多物流用户服务交易智能合约的创建、存储和自动执行,整个过程透明可跟踪、共识且不可篡改。因此,该算法是基于区块链解决物流服务交易问题的一种有效方法。     

基于录制重放的区块链交易执行追溯方法

区块链上运行的智能合约具有一经部署难以修改、调用执行需经过共识等特点, 现有的需要修改智能合约代码或打断其执行过程的调试方法难以直接应用到智能合约上. 由于智能合约的运行过程由区块链交易顺序执行过程组成, 实现对区块链交易执行过程的追溯是提升智能合约可调试性的一个有效途径. 对区块链交易执行过程进行追溯主要目标是找出一条已经出块的区块链交易是如何得到当前的执行结果的. 区块链交易的执行依赖于区块链内部状态, 且该状态取决于之前区块链交易的执行结果, 因此存在着传递性依赖. 区块链交易的依赖性和区块链所提供的执行环境的特点给区块链交易执行追溯带来了挑战. 区块链交易执行追溯面临的挑战主要有3方面, 即如何从智能合约部署的生产环境中获取足够追溯的信息、如何获取区块链交易之间的依赖关系, 以及如何保证追溯结果与实际在线执行过程一致. 提出了一种基于录制重放的区块链交易执行追溯方法, 在合约容器中建立录制重放机制, 无需修改合约代码即可支持交易执行中对状态读写操作的录制, 并且不会打断智能合约运行; 提出了基于状态读写的交易依赖分析算法, 支持对存在依赖关系的前序交易进行按需回溯; 此外, 设计了录制读写操作记录的验证机制, 确保重放的执行过程与真实执行过程之间的一致性可被验证. 所提出的方法能够追溯区块链交易调用智能合约的执行过程, 可用于智能合约调试, 并且当智能合约异常造成损失时可用于举证. 在实验中对比了将录制的读写操作记录存储于链上和存储于链下之间的性能差异, 通过案例研究展示了所提方法在追溯区块链交易执行方面的有效性和优点.     

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...     

基于区块链智能合约的数字身份可验证凭证零知识认证和管理架构

数字身份认证和管理系统是计算机和互联网应用的安全基础设施,当前的数字身份认证和管理系统暴露出了许多的问题,例如,数字身份的中心化存储和管理、数字身份的自主权特性较差、数字身份的隐私无保障、数字身份的认证过程不公开透明等。伴随着区块链技术的发展,其去中心、防篡改、可追溯和安全透明等特点受到了越来越多的关注,各种基于区块链的数字身份认证和管理架构相继出现,然而这些架构仍然不同程度存在上述问题。对此,本文将区块链智能合约技术、非交互式零知识证明技术、可验证凭证数字身份等结合,提出了一个基于区块链智能合约的数字身份可验证凭证零知识认证和管理架构,并详细描述了架构角色和协议流程等,其中,在协议流程中,服务提供商根据服务授权要求构造零知识证明约束条件验证程序,用户基于该程序生成零知识证明,该零知识证明可以在不透露身份和私钥的情况下向服务提供商证明用户是身份的所有者,且身份满足服务授权要求,而服务提供商对零知识证明的认证和管理等都是在智能合约中完成的,实现了认证和授权的公开透明和安全。此外,本文设计了该架构的原型系统,并基于原型系统,评估了架构中智能合约的成本和时间开销,同时讨论了基于智能合约进行零...     

面向区块链平台的庞氏骗局模式检测方法

区块链技术的出现给各行各业带来了新的变革,同时也给诈骗提供了新的平台。作为金融诈骗的代表形式——庞氏骗局借助智能合约在二代区块链上给人们制造了巨大的损失,这不仅影响区块链技术的发展,同时也在一定程度上扰乱了正常的社会经济秩序,因此,对借助区块链技术实施庞氏骗局的相关平台进行监管势在必行。该文选取区块链平台以太坊作为研究对象,设计了一种基于智能合约混合特征的庞氏骗局检测算法。首先根据交易主体间的关联特征判断其是否符合庞氏骗局中回报不公平的金字塔交易形式,提取智能合约交易特征;其次根据智能合约的操作代码在庞氏骗局合约和其他合约出现频率设计了一种新的ITF算法,提取区分庞氏骗局智能合约的操作码特征;最后采用Catboost集成学习算法来训练庞氏骗局检测模型,算法强调多个特征之间的联系,并解决检测算法训练过程中梯度偏差以及预测偏移问题。与其他算法相比,该算法在庞氏骗局检测上具有较高的准确率(精确率=0.89、召回率=0.78、F1值=0.82)。     

基于区块链智能合约的茶叶交易模型研究

文章提出一种基于区块链智能合约的茶叶交易模型,将茶叶交易过程中的各利益相关方都纳入基于区块链的茶叶交易信息共享网络中,各方自成节点,所有交易行为都在网络中进行,并由所有参与方共同监管,所有信息被记录在不可篡改、按时间戳记录的可靠数据库区块链中,并制定各方共同约定遵循的、监管茶叶种植、生产加工、交易行为过程的智能合约,合约的执行为各方提供一个无需人为干预、去信任的对茶叶交易行为的监督,更好平衡与保障茶农、消费者、茶商各方利益.     

基于区块链的分布式无人机数据安全模型

针对无人机协同作业信息安全和数据通信问题,提出一种基于区块链的分布式无人机数据安全模型。首先,利用轻量化加密技术重构无人机区块链结构,设计适用于物联网边缘计算场景的分布式区块链网络模型;然后,调用智能合约实现区块链数据的安全共享,并结合信誉评估方案和代理权益证明思想,提出融合共识协议的的工作量证明方法完成数据交易。实验结果表明：作为数据安全共享实例,所提方法可使受攻击的无人机信誉值降至不可信任状态,并在不同攻击模式下的能够有效抑制恶意攻击,执行自适应工作量证明的共识算法的正常节点交易率可提升3-4倍,为无人机数据共享提供了安全保障。     

可监管的区块链交易隐私保护方案

为了解决区块链交易中兼具隐私保护和监管功能的问题,提出一种可监管的区块链交易隐私保护方案。通过采用概率公钥加密算法实现区块链交易用户真实身份的隐藏,利用承诺方案和零知识证明技术实现交易金额的隐私保护,并保证交易的合法性验证,借助基于身份的加密体制实现监管机构对区块链交易的监督,并且监管机构无须存储用户的真实身份和密钥信息,大幅降低存储计算和密钥管理压力。该方案不依赖具体的共识机制,可作为独立模块应用在现有区块链技术中,具有简单和实用的特点,在数字资产、金融科技和能源交易等领域中具有广泛的应用价值。     

EDALoCo: Enhancing the accessibility of blockchains through a low-code approach to the development of event-driven applications for smart contract management

Blockchain is a cutting-edge technology based on a distributed, secure and immutable ledger that facilitates the registration of transactions and the traceability of tangible and intangible assets without requiring central governance. The agreements between the nodes participating in a blockchain network are defined through smart contracts. However, the compilation, deployment, interaction and monitoring of these smart contracts is a barrier compromising the accessibility of blockchains by non-expert developers. To address this challenge, in this paper, we propose a low-code approach, called EDALoCo, that facilitates the development of event-driven applications for smart contract management. These applications make blockchain more accessible for software developers who are non-experts in this technology as these can be modeled through graphical flows, which specify the communications between data producers, data processors and data consumers. Specifically, we have enhanced the open-source Node-RED low-code platform with blockchain technology, giving support for the creation of user-friendly and lightweight event-driven applications that can compile and deploy smart contracts in a particular blockchain. Additionally, this platform extension allows users to interact with and monitor the smart contracts already deployed in a blockchain network, hiding the implementation details from non-experts in blockchain. This approach was successfully applied to a case study of COVID-19 vaccines to monitor and obtain the temperatures to which these vaccines are continuously exposed, to process them and then to store them in a blockchain network with the aim of making them immutable and traceable to any user. As a conclusion, our approach enables the integration of blockchain with the low-code paradigm, simplifying the development of lightweight event-driven applications for smart contract management. The approach comprises a novel open-source solution that makes data security, immutability and traceability more accessible to software developers who are non-blockchain experts.     

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。     

基于区块链的知识产权交易平台研究与实现

目前知识产权交易普遍存在信息不对称、交易多方缺乏信任和有效激励等问题,借助区块链的不可篡改、安全透明、可追溯、去中心化等技术特性,提出并实现了一种基于区块链的知识产权交易平台BIPTP,通过智能合约实现交易的精准撮合,支持多方定制转让合同和收益分配合同,引入知识产权权人方和监管方作为联盟链节点,异步完成需求收集和权人变更。实验表明,平台的交易吞吐量可达到250?TPS,万笔交易平均撮合时延约1.9?s,交易成功率可达到78%,相较于其他知识产权交易平台,本系统能够在知识产权权人、发明人、受让方以及中介方之间达成多方权益保证的可信合约并确保执行,从而获得更好的数据可信度和合同履约能力,显著提高知识产权交易的成功率,为繁荣我国知识产权交易市场提供了一种有效的解决方案。     

基于哈希图的建筑物联网数据管理方法

针对区块链应用于建筑物联网场景时存在的吞吐量严重不足和响应时延高的问题,提出一种基于哈希图的建筑物联网数据管理方法。该方法使用有向无环图（DAG）存储数据,从而利用图式结构的高并发特性提高区块链的吞吐量性能;引入哈希图算法对存储在DAG内的数据达成共识,从而减少共识所需时间;设计智能合约实现访问权限控制,以防止未授权用户对数据的操作。使用区块链性能测试工具Caliper进行的性能测试的结果表明：在由32个节点构成的中等规模仿真环境下,与现有边缘计算方法和跨链方法相比,所提方法的吞吐量为每秒处理1 063.1笔交易,分别为对比方法吞吐量的6倍和3倍;该方法的数据存储时延和控制时延分别为4.57 s和4.92 s,响应速度优于对比方法;该方法在尖峰冲击测试中的交易成功率为87.4%;同时基于该方法的原型系统在稳定性测试中可以平稳运行120 h。可见,所提方法可以有效提高区块链的交易吞吐量和响应速度,满足建筑物联网场景的实际使用需求。     

区块链技术在水利行业应用场景的分析

作为新一代信息技术,区块链技术的应用潜力受到政府和企业的高度重视。区块链主要包括 P2P 分布式网络和传播、非对称加密、共识机制和智能合约等技术,具有去中心化、公开透明、难以篡改、可追溯和安全可靠等特点,有望解决数据共享、证照管理、档案管理、水利监督、取用水监管、水质监测和水权交易等水利业务的痛点,加快智慧水利发展,为实现水治理体系和能力现代化提供强力支撑和驱动,具有广泛的应用前景。     

基于精确分类和最优匹配机制微电网交易决策方法

随着国家对电力市场改革的不断推进和售电市场的优化,微电网将成为未来电能发展和电网运营管理改革的重要载体。为了提升产消者和消费者的订单匹配效率以及经济效益,首先提出了一种基于区块链技术的微电网电能安全交易,利用双链完成交易双方信息的认证,并提出基于Shapley值分配合作博弈的定价策略。其次,对参与微电网交易的消费者进行精确分类,提高订单交易匹配效率。再次,在订单交易阶段提出基于总优先指数的匹配满意度函数,建立满意稳定的微电网交易双边匹配模型。最后,交易双方通过智能合约完成无第三方信任机构的交易结算。算例结果表明,基于区块链技术和最大满意度及稳定性的微电网交易方法可以完成微电网内部的直接交易,保证了微电网交易的稳定性,并提高了参与微电网交易双方的满意度及匹配稳定性。     

可追踪的区块链账本隐私保护方案

由于区块链中交易的有效性建立在账本公开验证的基础上,这带来了隐私保护的安全问题。目前的研究成果往往过度强调隐私性,使得区块链在实际应用中不受监管。如何在区块链上既保证用户信息的隐私性又使得用户能够被特定监管人所追踪是一个值得研究的问题。基于零知识证明、隐身地址技术和环签名,提出了一种可追踪的区块链账本隐私保护方案。通过使用可追踪的零知识证明、可追踪的隐身地址和可追踪的环签名,使得一般用户无法通过分析历史账本降低匿名性,同时管理者能够解密交易信息。该方案增强了区块链账本的隐私性,也保证了区块链能够被监管。理论分析证明了方案拥有较强的安全性和可追踪性。仿真实验结果表明方案具有强匿名性,且不会对传统区块链的性能带来显著影响。