关键词： 智能合约   隐私保护   广播加密   属性基加密   零知识证明  

摘要： 智能合约是一种存储在区块链上并在满足预定条款和条件时自动执行的计算机代码,它为构建自主可控、高效且易于监管的网络交易和价值交换平台提供了基础。然而,近年来由智能合约引起的区块链安全事件频繁发生并带来的巨大经济损失,暴露出智能合约程序代码在有效性、隐私性和可靠性面临诸多挑战,并引起了学术界和产业界的广泛关注。智能合约中私密数据和当事人身份等敏感信息的泄露问题已成为影响交易安全的严重阻碍,本文据此开展面向区块链智能合约的密码隐私保护技术研究,为密码及安全协议在智能合约中的有效应用提供理论依据和技术基础。 本文通过将密码学安全协议构造技术与区块链智能合约隐私需求相结合,对面向智能合约交易隐私的广播加密机制、面向交易数据安全共享的属性基加密机制以及面向特定场景下合约成员关系证明机制展开研究,本文主要创新性工作如下: 1)提出了一种面向智能合约交易隐私的双模式身份基广播加密(DM-IBBE)方案,针对智能合约敏感数据访问限定到指定人群和非冲突人群的两种隐私需求,通过在拉格朗日插值曲线下对指定集和冲突集上不同插值点与重构曲线上点的选取,设计了支持“选择”和“排它”两种加密模式的DM-IBBE构造分别满足上述隐私需求,进而在智能法律合约语言SPESC下给出一种具有隐私保护功能的智能合约架构,保证敏感数据以合约条款形式声明隐私并由编译器将预定义的DM-IBBE算法链接到智能合约程序中实施保护,在DDH假设下证明了 DM-IBBE方案的语义安全性以及选择加密模式下接收者匿名性,与其它广播加密方案相比,DM-IBBE具有更加丰富的加密模式以满足智能合约不同的隐私需求。 2)提出了一种面向属性基加密的去中心化密钥管理与脚本化密文机制,针对区块链去中心化特征与属性基加密中心化密钥管理相冲突的问题,融合两类加法同态的安全多方计算技术,设计了一种基于密文策略和去中心化密钥的属性基加密方案(CP-DK-ABE)及智能合约化的方案构造,进而通过解密过程中的密钥查询、密文逻辑等操作扩展区块链脚本指令系统,在加密过程中实现针对密文策略中复杂逻辑的密文脚本化,分别在DBDH和DLDH假设下证明了 CP-DK-ABE方案的语义安全性以及用户私钥生成算法的隐私性,实现了各方对主密钥的共同管理和用户私钥的协同生成、以及脚本解释器对脚本化密文的自动化解密。 3)提出了一种面向合约成员身份认证的零知识对偶集合成员关系证明(ZKDMP)协议,针对智能合约中动态群组成员的身份认证及判定过程中的用户隐私泄露问题,通过构造聚合函数实现子集压缩到密码空间元素的表示方法,将子集表示的规模降低到理论下限,并引入安全聚合函数(SAF)的概念,在子集压缩到随机元素过程中将元素与集合间属于和不属于的判定问题转变为元素删除和插入下的聚合函数求解问题,进而给出了基于正负成员关系判定架构下的ZKDMP协议及投票合约案例,证明了该协议在SDH假设下的正/负完整性、完备性以及零知识性,该协议具有支持动态元素添加与删除、集合元素数目不受限制以及更加严格的集合关系证明优势。 上述研究结果表明,双模式身份基广播加密和基于密文策略和去中心化密钥的属性基加密是保护区块链智能合约交易数据隐私的有效途径,零知识集合成员关系证明协议进一步保护了交易参与方身份隐私。这些工作将为面向区块链智能合约更加安全且高效的密码方案的构造提供理论与实践支撑。

关键词： 联盟链   智能合约   静态检测  

摘要： Fabric是当前最受欢迎的联盟链平台,采用模块化架构,提供高安全性、弹性、灵活性和可扩展性。智能合约实现交易的自动执行和对账本数据的操作,Fabric平台中支持通用编程语言编写智能合约,为智能合约的开发提供了便利性。然而在智能合约的开发过程,由于开发人员对智能合约底层运行逻辑的认识不足,容易引入一些风险操作,导致智能合约的执行逻辑与业务逻辑不匹配,造成大量经济损失。目前针对Fabric平台智能合约风险检测的研究工作较少,且已有的检测方案和检测工具检测效果并不理想。因此,需要研究针对Fabric平台的智能合约风险检测技术。本文的主要研究内容如下:(1)提出了基于关键方法和关键方法调用链的智能合约风险检测技术。该方案解决当前静态检测方案误报率和漏报率过高的问题。关键方法表征与区块链世界状态的操作,通过模式匹配的方法能够准确地在抽象语法树的结构中提取关键方法,实现对智能合约风险的快速定位。关键方法调用链反映了关键方法的实际执行顺序。通过分析特殊语句以及多函数对执行顺序的影响,利用关键方法的多重属性来构造调用链,以此涵盖更多的风险场景。同时,分析了四种智能合约风险触发条件并设计了对应的检测规则。最后与Revive^cc进行了实验对比,验证该方案的有效性。(2)提出了基于静态单赋值形式中间代码的智能合约风险检测方案。该方案解决基于抽象语法树的智能合约检测方案在检测过程中无法捕捉方法参数的值导致误报的问题。静态单赋值形式能够简化数据流的分析。结合控制流图和函数调用图,在静态单赋值形式的基础上通过值传播分析来确定方法参数名对应的实际值,提高检测的精度。最后通过实验验证了该方案的有效性。(3)设计并实现了一个针对Fabric平台智能合约风险检测系统。该系统结合本文提出的智能合约风险检测技术与实际应用场景,能够帮助开发人员发现和分析智能合约中潜在的风险。通过大量的测试用例验证了该系统的功能性和可靠性。

关键词： 区块链   仿真技术   共识机制   点对点网络   智能合约  

摘要： 随着区块链技术的广泛应用,其在共识机制、网络协议、智能合约等方面面临的各类安全问题也日趋突显。但是由于区块链系统的复杂性及一些安全问题的特殊性,在现实环境中进行区块链系统部署成本较高,进行相关的安全分析及验证也具有一定的破坏性和不可复现性。因此有必要实现对区块链系统的仿真,满足进行各类安全分析的现实需要。 目前对区块链系统的仿真思路分为直接仿真和模型仿真两类。这两类仿真方法都存在各自的优势和短板,一方面直接仿真方法灵活可扩展、真实性强,但是仿真效率较低;另一方面模型仿真方法基于抽象模型,仿真效率高,但是扩展性差、真实性无法保证。针对以上问题,本文研究适用于典型区块链系统的仿真方法。首先对典型区块链系统的核心组件进行分解,将其划分为共识层、网络层、存储层、合约层四个层次。然后以直接仿真方法为主,针对以上四个层次,进行两项主要研究内容。面向共识层和网络层,吸收模型仿真方法优点,开展区块链系统关键机制仿真方法研究;面向存储层和合约层,弥补直接仿真方法缺点,开展区块链仿真环境性能优化方法研究。 区块链系统关键机制仿真方法研究的目标是实现共识机制和底层点对点网络拓扑的仿真。本文在共识层设计共识算法抽象行为模型,用以支持仿真环境共识算法的动态切换。还针对竞争类共识算法自身概率特性,建立了面向竞争类共识算法的概率仿真模型,避免仿真环境计算资源浪费。网络层从网络协议、编码方案、通信链路三个方面展开研究,最终实现对现实环境中区块链网络真实且高效的还原。区块链仿真环境性能优化方法研究的目标是解决直接仿真方法在存储层、合约层存在的冗余存储、重复计算问题。存储层提出基于共享存储与顺序读写的存储优化机制,显著降低仿真环境所需占用的存储空间。合约层提出区块链仿真环境状态缓存与并行重放技术,缓解区块导入过程中存在的性能问题。 利用以上研究成果,本文最终实现了一个融合直接仿真与模型仿真两种仿真方法的区块链仿真系统。该系统兼顾了直接仿真方法真实且扩展性强的特点和模型仿真方法效率高的特点,可以服务于更多不同类型的安全分析研究。

关键词： 区块链   智能合约   漏洞检测   跨合约  

摘要： 智能合约作为区块链技术的重要组成部分,承载着大量的业务逻辑和资产价值,因此保障智能合约安全性至关重要。智能合约漏洞检测是学术界重要研究问题,目前基于字节码的跨合约场景下漏洞检测成为研究者关注的热点。然而,由于当前主流的智能合约漏洞检测工具未考虑智能合约间调用关系,因此在跨合约场景下表现欠佳;现有基于字节码的跨合约场景下智能合约漏洞检测的研究因未详细考虑合约间的数据依赖关系,或因其实现方式未覆盖隐含或间接数据流依赖关系,而造成误报与漏报影响智能合约漏洞检测的准确性和完整性。为此,本文面向跨合约场景提出一种新的智能合约漏洞检测方法。本文主要完成以下五个方面的工作:(1)研究跨合约场景下的智能合约依赖图ICDG(Inter-Contract Dependency Graph,ICDG)的形式化定义及自动化构建算法,以表征智能合约间依赖关系;(2)为完整地体现跨合约场景下多方智能合约的交互行为,提出基于历史交易记录的被调用智能合约挖掘策略。(3)依据跨合约场景下漏洞特征标记ICDG中漏洞触发点,设计漏洞触发点优先级准则以指导漏洞检测关键路径起始节点的选择;(4)结合漏洞特征以及依赖关系制定逆向搜索策略,指导漏洞触发关键路径生成;(5)为提升跨合约场景下智能合约漏洞检测效率,设计基于遗传算法的测试数据生成策略以检测漏洞是否被触发。为评估本文方法的有效性,本文在标记的跨合约数据集和39443个真实世界的以太坊智能合约上进行实验,并将其与四种智能合约漏洞检测工具进行比较。实验结果表明,本文方法在跨合约场景下的智能合约漏洞检测能力更强,召回率达到了89.5%,同时在单智能合约上的漏洞检测能力也优于或接近其他工具。

关键词： 位置证明   激励机制   位置隐私   智能合约  

摘要： 随着智能终端和移动定位技术的发展,基于位置服务已经广泛应用于人们的日常生活中,用户通过使用定位技术向位置服务提供商分享当前位置信息,从而获取相关位置服务。但是,人们在享受位置服务带来便利的同时,引发的安全问题也日益凸显。中心化位置证明方案大部分依赖可信第三方提供位置证明,去中心化位置证明方案主要依赖分布式的见证者协助位置证明。从见证者的角度考虑,参与位置证明时不仅消耗自身资源,还面临着位置隐私泄露的风险。所以现实中大部分见证者不会主动参与位置证明,从而影响去中心化位置证明方案中证明者的位置证明请求。因此,迫切需要一种激励机制促使见证者积极参与位置证明。本文的主要研究内容如下:(1)去中心化位置证明方案需要证明者和见证者共同完成位置证明,在位置证明过程中可能出现完成位置证明的效率问题或者见证者担心位置隐私泄露问题。针对这些问题,本文利用非对称时间基一次性口令和隐私位置接近性协议构建一个高效且具有位置隐私的轻量级隐私位置证明方案。该方案中,证明者使用生成的口令和隐私位置信息向周围的见证者发起位置证明请求,见证者收到请求信息后,生成辅助位置证明发送给证明者。并且证明者和见证者使用基于哈希承诺方案将产生的口令和隐私位置证明结合起来,计算位置承诺上传到区块链网络中。验证者根据位置证明信息逐一检查正确性。(2)由于分布式位置证明方案引入了见证者,考虑到大部分自私的见证者在消耗自身资源的情况下不会主动参与到位置证明当中。因此,提出了一种去中心化位置证明方案的激励机制。在位置证明过程中,见证者可能接受或者拒绝参与位置证明;恶意的见证者虽然参与位置证明,但是提供的虚假位置证明对于证明者来说是无效的,并且浪费证明者的计算资源。所以该激励机制主要根据见证者参与位置证明的行为,通过使用参数:活跃因子、奖惩因子和失信因子计算对应见证者的贡献度,其中失信因子可以设定一个阈值,证明者可以直观的判断某个见证者辅助位置证明的可信性。该机制将见证者的奖励与贡献度相关联,从而激励见证者诚实的参与位置证明。然后,通过智能合约实现激励机制算法并部署在区块链网络中。最后对该方案进行性能评估,实验表明轻量级隐私位置证明协议具有较高的效率,并验证了该激励机制对去中心化位置证明方案的可行性。

关键词： 漏洞检测   智能合约   图表示   深度学习   源代码  

摘要： 智能合约漏洞检测是区块链安全的重要研究领域之一。智能合约负责管理和执行区块链上的交易和数据,在区块链应用中扮演着关键角色,一旦出现安全问题,将可能导致重大经济损失。传统检测方法检测对象单一,通用性低。基于深度学习的漏洞检测技术虽然可以针对上述问题进行解决。然而,现有研究未充分考虑智能合约中的数据流、控制流等语义信息,没有从多方面考虑合约的特征挖掘。针对上述问题,结合目前智能合约漏洞检测领域研究现状,本文提出一种基于以太坊的智能合约漏洞检测方法,主要研究如下: 1、针对智能合约漏洞样本过少的问题,设计了一种数据增强方法对少数类漏洞样本数据进行扩充。对源代码形式的合约数据实施交换、插入、符号化三种操作,在不改变原有漏洞逻辑的情况下引入不同信息,扩充少样本数据,增加代码的多样性。在无监督方法与有监督方法两个方面实验中,分别证明了其对合约语义理解和漏洞检测的提升。 2、针对目前合约数据表示时未能充分考虑合约中数据、控制等信息,导致漏洞特征表达不明显问题,提出一种关联行代码图作为智能合约数据表示。关联行代码图提取代码中数据、控制等不同种类的特征信息,在代码节点之间构造相应的连接,展现合约中语义信息,提高合约特征的表达能力。同时增加关键特征节点之间的特征联系,突出代码中的关键语义信息,提高相似合约的区分度,更好应对不同代码中的变化,有助于人们更加精确分析智能合约代码漏洞。 3、针对目前深度学习模型常常忽略智能合约全局信息,从而没能很好进行多层次进行漏洞信息挖掘问题,本文提出了一种基于图表示与Transformer的合约漏洞检测方法。该方法改进了Transformer模型的特征处理能力,模型主要由多层次信息编码器与张量积编码器组合进行特征挖掘。多层次信息编码器从图结构数据表示中学习节点与边的信息编码,通过注意力矩阵将其进行融合,提取合约的全局和局部特征,精准学习代码语义的同时完成长距离漏洞信息的捕获。张量积编码器负责完成单个向量的深层次挖掘,捕获向量中的深层次漏洞特征。实验表明,该模型能有效提升漏洞检测性能。 本方法在10000条智能合约组成的数据集上进行实验,在重入漏洞、时间戳漏洞、授权漏洞组成的测试集上多分类准确率与F1值分别达到85.59%与85.58%。

关键词： 区块链   知识产权交易   联盟链   智能合约   定制合同  

摘要： 知识产权交易是一个多方参与的场景,参与方通常涉及权人、发明人、受让方和中介,如何高效协调和激励这些不同利益主体是一个急需解决的问题。此外,交易中缺乏透明度和信任度,存在信息不对称的问题,这使公平和高效的交易谈判难以实现。传统知识产权交易依赖于中心化的中介,通过中介撮合谈判并确保合同的执行。然而,这种中介模式难以保证其公正可靠,同时可能增加额外的成本并引发新的信任和安全问题。区块链的不可篡改性、高度透明和可追溯性在知识产权交易建立信任、信息共享和信息追溯方面具有天然的优势,区块链技术在知识产权交易场景的应用可以实现更加安全和透明的交易。本文针对上述问题,提出一个基于区块链的知识产权交易平台(Blockchain-based Intellectual Property Trading Platform,BIPTP)。本文主要研究贡献和创新点如下:(1)利用区块链技术的优势,通过智能合约精确匹配撮合交易,同时支持多方转让与收益分配合同的定制,简化交易流程。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其安全可靠确保执行。(2)BIPTP实行链上链下存储相结合的存储方式,将知识产权交易记录上传至区块链,实现交易信息可查询追溯,解决知识产权受侵权后维权取证难的问题,提高知识产权交易的可靠性。同时将知识产权详细信息存储至星际文件系统,降低区块链存储压力,提高系统性能。(3)BIPTP允许权人和受让方作为联盟成员在联盟区块链系统中交易,优化查询模型,提高交易查询效率。同时提出一种智能合约执行架构,减少交易执行冲突,将需求收集与权人变更两种业务分离,进而确保需求收集和权人更新得到高效异步处理,提高系统整体效率。BIPTP基于Hyper Ledger Fabric平台,完成了搭建与测试,实验结果显示,BIPTP可以实现高吞吐量和低延迟,交易吞吐量可达到250TPS,万笔交易的平均撮合时延约1.9s/笔,交易成功率78%以上。这些结果表明该平台能够显著提高知识产权交易的可信度和执行效率,从而促进知识产权交易的产业升级和信息化转型并提升各方信任度与参与度。

关键词： 电力需求响应   智能合约   区块链   激励机制   负荷任务分配算法  

摘要： 随着我国能源结构深化转型,可再生能源迅速发展,因此电力供应的不确定性增加。与此同时,用户侧电网的高峰负荷逐年增加,季节性和周期性供电短缺问题逐渐加剧。在这种背景下,在中国使用电力需求响应策略来解决此类问题已经成为了主流的方案,故本文的研究旨在通过引入区块链智能合约技术解决传统模式下需求响应激励不足,响应效果不佳以及任务负荷分配等问题,主要研究内容如下:1.通过对需求响应运行场景的分析,本文提出了一种基于信誉评价体系的积分激励机制,用于解决激励不足、响应效果不佳的问题。首先,本文建立了一个信誉评价体系,用户根据信誉值大小被分成了五个群体,并使用违约记录作为分群的依据,将有三次违约记录的用户划入黑名单群体中。其次,提出了一种基于sigmoid函数的计算模型,适用于需求响应场景下信誉值计算。然后,设计了积分的生命周期机制,从初始阶段由聚合商产生,到出清阶段由聚合商回收,总共经历了五个阶段。最后,本文考虑了响应类型,响应紧急程度,负荷响应率以及信誉系统影响指数等因素建立了积分的计算模型。本文通过信誉值监管用户行为,积分奖励用户参与任务的激励机制解决了传统模式下需求响应激励不足、响应效果不佳的问题。2.对于激励机制的实现,为了对积分以及信誉值进行管理,本文设计了一种基于账户余额模型的区块链钱包。首先,本文对钱包的账户数据结构进行了设计,该数据结构以键值对的形式存储在区块链上。然后,本文对钱包操作进行了设计,包括用户注册与登录、用户资产查询、用户积分转账、用户信誉值修改以及用户历史记录查询等功能。最后经过压力测试,本文设计的所有模块的事务通过率均超过了98%,且平均响应时间小于5s。结果表明,本文设计实现的区块链钱包满足了系统的功能需求以及非功能需求。3.本文针对任务负荷分配问题建立了一个基于基础策略的改进分配策略模型。本文首先设计了三种基础的分配策略,包括尽量使用户剩余可调配负荷相等,尽力满足信誉值高的用户的意愿负荷以及尽量选择信誉值高的用户执行任务,分别考虑了分配的公平性,激励性以及系统功能性。在这基础上,本文通过将上述的基础策略相融合,在不同的条件下,考虑不同的分配策略,最终得到了一个混合策略模型。实验仿真结果及分析表明,本文所提出的模型相比先前的基础策略模型具有更好的系统功能性、激励性以及公平性等优势。

关键词： 跨境智能合约   国际商事仲裁   区块链   争端解决机制  

摘要： 智能合约是一种新兴的基于区块链的代码合约，它具有去中心化、自动执行、不可篡改、主体匿名等技术特征，因此跨境智能合约争议也就具有了非常复杂的跨国因素，导致裁判机构对跨境智能合约争议的管辖权难以建立、可适用法难以确定，并且受困于区块链代码的特殊运作方式。目前，针对跨境智能合约的争议解决机制尚不完善，本文通过文本分析研究法、历史分析研究法、比较分析研究法和跨学科研究法，分析研究了现有的传统国际商事仲裁程序和区块链上“众包”程序的模式，尝试厘清相关的法律问题，提出跨境智能合约争议应当如何利用好传统仲裁程序和“众包”程序的建议。　　实践中，跨境智能合约争议主要通过传统国际商事仲裁程序和区块链上“众包”程序解决。本文分析认为它们各自都存在不同的优势和缺陷。区块链上“众包”程序难以通过法院承认与执行，且程序过于简单难以保证对复杂案件的公正裁决，但是可以较好地保留跨境智能合约匿名性和高效交易的特性，适合案件事实简单、标的额较小的常规智能合约案件。而传统国际商事仲裁程序得益于更周全的事实调查和法律审理程序，能够更好地处理复杂的跨境智能合约案件。但是为了仲裁裁决能够得到法院的跨境承认与执行，智能合约的去中心化、匿名化的特性将不可避免地遭到损害。　　跨境智能合约应当同时利用传统仲裁程序和“众包”程序加以解决。在两种程序中，可以在一定范围内保留当事人的匿名性。其次，为使智能合约仲裁条款能有效订立，建议仲裁条款以文本形式订立，且避免采用格式条款。反对在智能合约仲裁地的问题上采纳“非当地化”理论，而是应当约定或由仲裁规则指定仲裁地。如果区块链上“众包”裁决需要链下强制执行，就必须增加书面审或庭审环节，投票者应当提供投票理由。符合这些条件时，传统仲裁裁决和“众包”裁决均能得到跨境承认与执行。那么就可以将复杂案件分流至传统仲裁程序，简单案件分流至“众包”程序。建议传统仲裁机构加强与智能合约平台的有效衔接，并建立共享数据系统。建议仲裁机构针对跨境智能合约案件制定特别仲裁规则，使当事人可以方便地将争议提交给传统仲裁程序并得到更高效灵活的裁判。

关键词： 数字知识产权交易   信用风险   演化博弈   区块链   智能合约  

摘要： 数字知识产权交易是以数字化形式诞生并存在的、具有独立应用价值、排他性并可由权利人直接支配的数字知识产权进行的数字化交易模式。随着数字经济的蓬勃发展,数字知识产权交易主体间的信任关系表现出新的特征,主体间的各项信用风险来源成为阻碍数字知识产权交易模式发展的原因之一,健全数字知识产权交易各主体间的信用机制,对于助力数字知识产权交易生态系统提质增效、转型升级具有关键意义。本文解析现有数字知识产权的交易信任结构及其信用风险来源,提出基于区块链的优化方案,利用博弈模型分析区块链技术与数字知识产权交易信用风险防范的耦合性。其次,利用区块链模型对数字知识产权交易信任结构进行优化设计并提出系统设计方案。最后,基于上述交易思路与研究结果,对区块链各节点进行数字知识产权交易的博弈演化机制进行分析,探究各节点的信任策略选择及其对应的参数敏感性变化。研究结论显示,使用区块链技术进行交易是产权投资方的占优策略,区块链能够约束产权权利方的违约行为,降低信息不对称程度和监管成本。当产权交易双方使用区块链进行交易时,节点的守约策略受协同收益量、收益系数、主体间共享的有效信息量等因素的影响,可通过设置合理的激励惩戒制度和风险管理政策,完善数字知识产权交易生态系统信用制度。