关键词： 云存储   区块链   智能合约   数据完整性  

摘要： 随着互联网技术的发展,云存储逐渐成为一种新型的数据存储方式。然而,云存储也存在一些风险和挑战,其中最重要的是数据完整性保护。在云存储中,数据完整性是指数据在存储和传输过程中不被篡改、损坏或丢失。因此,保护数据完整性对云存储的可靠性和安全性十分重要。传统的云存储数据完整性保护都是基于第三方机构(TPA)来完成,但TPA并不安全可靠,有可能恶意勾结用户或云服务提供商,也有可能发生单点故障。区块链技术为解决这一问题提供了一种新的途径,作为一个典型的分布式账本,区块链可以通过共识机制实现数据存储、计算、验证和共享等功能,这一特性使得区块链技术比其他数据完整性验证技术更容易、更安全。本文以区块链技术和云存储数据完整性保护作为重点研究内容,将智能合约的自动化执行和数据不可逆的特性与数据完整性保护相结合,提出了新的数据完整性保护方案,主要创新点如下:使用区块链存储数据摘要信息和数据标签,依赖区块链的分布式存储和不可篡改特性,不仅保证摘要信息和数据标签不丢失,而且任何人都不能修改。提出了基于区块链的可支持仲裁的云数据完整性校验方案。在进行数据完整性验证前,使用区块链智能合约计算双线性对来仲裁用户的合法性,只有被授权且无恶意的用户才能进行后续操作,使用同态哈希算法来验证云数据的完整性,只有存储完整的云服务才能通过验证。仲裁和验证都在区块链智能合约上执行,保证了用户和云服务之间的互信。在2的基础上,提出了基于区块链智能合约的云数据完整性保护方案。对基于区块链的可支持仲裁的云数据完整性校验方案进行了优化,使之支持公开验证,并在数据完整性校验前,通过执行root校验提高数据完整性验证效率,还做了数据动态操作和数据恢复的技术补充,数据动态操作是通过本文设计的T-Merkle哈希树去支持云数据的插入、修改和删除,数据恢复技术则采用了纠删码技术,利用区块链存储的数据摘要信息帮助被损坏的数据进行恢复。最后,本文对所提的方案和补充技术,做了可行性、安全性分析,还做了实验评估,实验结果表明,本文方案和所用到的技术都是安全有效,切实可行的。

关键词： 建筑供应链   区块链   智能合约   博弈论  

摘要： 建筑供应链是我国支柱产业建筑业的核心动脉,它涉及从原材料到最终产品的所有环节,因此建筑业非常依赖其供应链。建筑供应链付款环节受到漫长结算周期和建筑供应链环节复杂等因素的影响,延迟付款现象以及部分不付款相当常见,政府部门进行监管愈加困难,支付效率低下造成了建筑供应链融资成本的显著增加,从而增加了建筑供应链的总成本。区块链是一种新兴技术,具有可追溯、不可篡改等特性。其重要应用智能合约是一种由事件驱动的、有状态的编码合约和算法合同,可以自动地实施建筑供应链支付监管,且能确保建筑供应链付款的可追溯性与涉及信息的真实性。因此本文对区块链背景下的建筑供应链付款监管问题进行了研究。首先,本研究构建了基于区块链的建筑供应链的付款监管新模式,重塑了建筑供应链付款监管智能合约的生命周期;然后,设计了基于演化博弈的建筑供应链付款监管智能合约数学模型;根据模型求解与仿真结果,为提高政府部门对建筑工程供应链项目付款环节中社会资本监管的有效性,保障社会公众利益,促进建筑供应链付款的顺利进行,提出相关对策建议。最后,根据上述提出的对策建议,使用Solidity语言对建筑供应链付款监管智能合约进行开发、部署与实现。具体工作内容如下:(1)分析了传统建筑供应链付款存在的问题,用区块链的智能合约代替传统的纸质合同,基于区块链构建了建筑供应链的付款监管新模式。由于智能合约的涉及对象和内容与流程的不同,重塑了建筑供应链付款监管智能合约的生命周期:生成、部署、执行、完成;(2)构建了基于演化博弈的建筑供应链付款监管智能合约模型,参与方为政府监管部门与社会资本,根据博弈系统演化过程分析出了政府积极监管和社会资本按时履约的影响因素;(3)分析了基于演化博弈的建筑供应链付款监管智能合约模型的求解与仿真结果,证明建筑供应链付款监管智能合约可以帮助监管部门更好地制定合理的监管制度,如提高惩罚力度,使用先进监管手段等去保障建筑供应链付款的及时性;(4)智能合约内写入博弈模型求解与仿真结果提出的监管建议,使用Solidity语言对该智能合约进行编译、部署。

关键词： 区块链   智能合约   联邦学习   信誉机制   分片  

摘要： 在数据安全越来越受到重视的今天,联邦学习作为一种新的机器学习模式,以通过节点之间相互分享训练出来的本地模型而非本地数据的方式能有效地避免原生数据的泄露。但是,数据拥有者节点不会主动地参与到联邦学习中,并且不同的节点所携带的数据质量不同且难以控制。那么,如何激励数据拥有者积极参与联邦学习,并贡献高质量的数据成为了至关重要的问题。同时,数据拥有者往往拥有不同类型的数据,可以为不同的联邦学习任务提供支持。那么,保证多种不同的联邦学习任务高效率地并行执行也是高质量联邦学习的必备特性。为此,本文从两个角度进行研究:模型质量和并行效率,并都以区块链为基本的解决方案。从模型质量角度出发,本文首先提出了一种基于区块链的联邦学习系统(Blockchain based Federated Learning,BFL)。通过以区块链为底层的智能合约为载体,联邦学习任务得以透明、公平和可靠地运行。以此为基础,本文设计了一个基于机器学习模型质量的信誉评估机制,并基于模型质量提出了一种新的信誉机制。实验表明,本文提出的基于机器学习模型质量的信誉评估机制可以很好地监督节点的行为。最后,基于信誉评估机制,本文提出了一种联邦学习任务的奖励分配机制和模型聚合算法。基于信誉的机制提高了诚实节点的效益,强化了奖励分配机制的监管能力和激励能力。同时,本文利用各个节点的信誉对模型聚合过程进行加权控制,提高模型聚合过程对恶意模型的抵抗能力。实验表明,该机制能有效地鼓励数据拥有者积极参与联邦学习任务,贡献高质量的数据。从并行效率出发,为了解决传统区块链系统下,联邦学习效率不足的问题,本文基于区块链分片机制提出了一种适用于多种联邦学习任务并行执行的区块链系统(Sharding based Federated Learning,FLShard)。本文将区块链分为了主分片和任务分片。其中,主分片用作管理任务分片,而任务分片用作执行不同的联邦学习任务。同时,为了让分片之间与分片内更好地工作,适配于分片系统的分层共识算法被提出来。实验表明,我们提出的方案能极大地提高任务并行执行的能力。

关键词： 区块链   共谋垄断协议   “算力联盟”   智能合约   法律代码  

摘要： 区块链技术具有去中心化和匿名性的特点，这本是区块链的优势之处，但也让它极有可能成为企业间新兴共谋垄断的工具。区块链应用中的共谋行为与传统共谋垄断行为有着很大的不同，例如通过控制算力的方式来实施垄断或是利用智能合约签订垄断协议等。这些都对传统反垄断法下的执法监管提出了不小的挑战，在市场界定、支配地位认定和协议形式上都出现了目前反垄断法的不适配。在区块链中规制共谋垄断行为，就应当从革新市场界定的方式开始，实施创造性新型监管工具与监管模式，维护区块链行业的公平竞争秩序，推动区块链技术稳步发展。

关键词： 位置隐私   K匿名   位置均匀化   区块链   智能合约   缓存更新激励  

摘要： 随着城市综合型立体智慧交通网络的建设,车联网拥有前所未有的计算能力,通信性能和存储资源,卫星通信技术配合地面通信设施构成的天地网络为车联网的发展提供了技术支持,车联网中庞大的用户信息数据为社交车联网的发展打下了坚实的基础。在车联网环境下,基于位置的服务占据至关重要的作用,与此同时也带来了用户位置信息泄露的巨大风险,社交网络和车联网的配合也发展迅速,面向社交车联网位置空间的隐私泄露问题成为不可忽视的网络安全挑战。在发展车联网应用技术的同时,保护用户的位置隐私不受侵犯具有重要意义。 保护车联网用户的位置隐私通常采用将请求用户的位置与虚拟位置或协作用户位置相结合,构成一个匿名位置空间,以匿名位置空间代替用户位置请求服务,从而保护请求位置服务的用户的真实位置信息。然而,现有的车联网场景下的位置隐私保护方案仍然存在以下问题:(1)多数基于车联网的位置隐私保护算法对虚拟位置的性能过于关注而忽略了匿名区内虚拟位置分布是否合理;(2)在基于区块链的分布式位置隐私保护中,智能合约对合作双方的奖惩机制不够合理,导致匿名区生成效率过低;(3)在基于区块链的协作用户位置隐私保护中,多数算法过于关注协作用户之间的信任问题而忽略了协作用户是否适合作为构成匿名区域的一部分。本文就现有工作中的不足,提出了面向社交车联网的三种基于空间匿名位置的隐私保护方法,主要贡献如下: 1.由于经典的协作式k匿名位置隐私保护算法中协作用户位置分布不合理,致使生成的匿名区域隐私保护性能受限。针对这种情况,提出了基于用户相似度的协作k匿名位置隐私保护算法。采用不同的相似度计算算法对协作用户的相似度进行计算,选择相似度满足需求的用户作为构成匿名集的协作用户。此外,针对协作用户可能过于集中的问题,进行协作用户位置均匀化处理并针对车联网道路场景进行适应性优化,有效的提高了隐私性能。 2.由于基于区块链的分布式k匿名位置隐私保护算法对协作双方信用判定规范不具体,导致如果交易过程中出现模糊的失信行为,就会导致智能合约判定缺乏灵活性,进而导致匿名区构造失败。针对这个问题,提出了一种信用分级与缓存相结合的区块链位置隐私保护算法,对车联网合作双方的信用进行分级,并根据不同策略造成的后果制定智能合约奖惩机制进行严格的分级,使合作双方构造匿名区域更加灵活。此外,通过缓存更新激励,降低系统开销,同时车辆用户连续请求服务的位置隐私,有效的保护了协作双方用户的位置隐私。 3.由于基于区块链的协作用户位置隐私保护中,多数算法过于关注协作用户之间的信任问题而忽略了协作用户是否适合作为构成匿名区域的一部分,互信的协作用户的位置不一定适合参与构造匿名区。针对这个问题,提出了一种基于区块链的车联网协作用户选择算法。该算法通过智能合约和信用值约束了协作用户的行为,然后通过对可信的协作用户进行选择,倾向于选择距离更远的协作用户,尽可能扩大匿名区域的面积,有效的降低了用户位置隐私泄露概率。

关键词： 区块链   身份认证   实用拜占庭容错协议   智能合约   零知识证明  

摘要： 在互联网时代,第三方服务机构为了方便管理用户,通常需要获取用户身份信息并对其进行认证。然而,传统的身份认证模型大多依赖可信第三方,采用中心式身份管理和验证方式,容易受到单点故障的影响,且易导致信息泄露,难以保证数据的安全性和完整性。此外,由于各机构持有的数据互不相通,存在数据孤岛问题。为此,通过对区块链技术以及零知识证明等密码学知识的深入研究,针对上述问题,本文提出了基于区块链和改进拜占庭容错算法的身份认证机制,主要研究内容如下:(1)为了解决分布式身份认证过程中共识效率低的问题,提出一种基于信用节点桥接的实用拜占庭容错(Credit Bridge Byzantine Fault Tolerance,CBBFT)共识算法,并详细阐述了CBBFT共识机制的信用体系、选举过程、共识过程,且对此算法进行性能分析,本文中提出的CBBFT共识算法具有低通信开销、高共识效率的优点。(2)为了解决身份认证机制中安全性低,隐私保护不够的问题,提出一种基于区块链和零知识证明的身份认证机制。此方案通过改进的Shrubs Merkle Tree数据结构存储用户身份,有效降低身份信息更新的计算开销;同时构造零知识证明方案,保证身份信息的隐私性及交易的不可关联性;此外,结合上述CBBFT共识机制,提高共识效率。经安全性分析结果表明,所提方案能够保证用户身份信息的隐私性并对其进行安全认证。(3)基于上述研究成果设计并实现了基于区块链和改进拜占庭容错算法的身份认证系统,并对其进行性能分析与测试。分析表明,此身份认证机制具有较好的安全性、隐私性、可行性。

关键词： 工业物联网   区块链   智能合约   虚拟机  

摘要： 工业物联网是当今社会经济发展的重要方向和趋势,具有广泛的应用前景和巨大的发展潜力。但目前工业物联网存在着诸多问题,其中包括数据安全性差、数据共享困难、数据可信度低以及数据时效性差等方面的问题。这些问题严重制约了工业物联网的应用和发展。区块链技术是一种去中心化的技术,它融合了密码学、共识机制和智能合约等技术,可以解决工业物联网在数据安全、数据共享、数据有效性和数据时效性等方面所遇到的诸多问题,为工业物联网应用提供了更加可靠、安全、高效和透明的解决方案。在区块链中,虚拟机起着至关重要的作用,因为它是区块链中的执行引擎,负责处理区块链上的交易以及智能合约的执行。虚拟机的优化和适配关系到整个工业区块链系统的可靠性、高效性和安全性,因此对虚拟机的研究对工业区块链的发展至关重要。本文针对工业区块链虚拟机进行了研究,提出了一种工业区块链智能合约虚拟机架构,该架构包括交易预处理模块、账户状态管理模块、操作指令集和虚拟机内核共四个模块。本文对这四个模块进行了详细的设计,并予以实现。此外,本文还设计了物联网相关的操作指令,虚拟机可以通过操作指令直接控制物联网设备。通过实验测试,验证了虚拟机操作指令集中所有操作函数的正确性。最后验证了该虚拟机在工业物联网应用中的可行性。

关键词： 区块链   隐蔽通信   地址嵌入   智能合约   主题机制  

摘要： 随着科技的飞速进步,网络安全已经成为当今社会不可忽视的焦点。然而,传统网络下的隐蔽通信技术存在着一些问题,例如中心节点不可信任、信息易被篡改、机密信易息泄露等风险等。区块链技术因其去中心化和不可篡改的特性成为了解决这些问题的有效手段。目前,区块链隐蔽通信方案存在着通信效率低、嵌入容量少、隐蔽性弱和扩展性差等问题,并且目前基于区块链的隐蔽通信方案多为理论模型,缺少在具体应用场景下的设计以及在多人场景下的隐蔽通信方案。为有效解决上述问题,本文对于区块链隐蔽通信进行了深度研究,设计了区块链下的隐蔽通信模型。本文设计了一种基于地址池和合约调用的区块链隐蔽通信模型(Blockchain-based Covert Communication model,BCC)。通过两个智能合约将隐蔽通信中的数据传输和通信控制进行分离,每次隐蔽通信都可以选择不同的智能合约进行数据传输,使得模型更加灵活具有抗监测能力;数据传输部分通过地址匹配算法将机密信息嵌入到多个地址中,再将相同地址上的嵌入片段的位置信息进行聚合,将聚合结果作为该地址发起的合约调用函数的参数进行隐藏,从而扩大了地址嵌入范围,提高信息嵌入效率;通信控制部分主要传递隐蔽通信的开始标志、控制、密文长度、密文类型和地址等信息,利用合约调用函数的参数隐藏控制信息,通过借助合约调用保存隐藏信息,使得接收方不用直接参与通信,从而有效地隐藏了接收方的身份。经实验结果表明,本模型与地址嵌入型隐蔽通信模型相比,具有更高的信息嵌入效率以及更低的地址生成开销。本文在BCC模型的基础上进行扩展,引入主题机制,在通信控制信息的开头加入主题信息,只有订阅主题的用户才解析该交易否则进行转发,从而达到隐蔽信道间的组播效果,并设计了扩展模型中的地址交换方法和跨合约间的隐蔽通信方法,使得模型能够根据应用需求进行灵活扩展。经实验结果表明,扩展模型可以实现一对多的隐蔽通信,并随着隐蔽通信人数增多,拥有更高的传输效率。为验证本文上述工作的有效性和可行性。本文以机密文件传输为应用场景,使用设计的区块链隐蔽通信扩展模型建立隐蔽信道,完成多人间的机密文件和不同类型文件的传输。

关键词： 云存储   区块链   数据完整性审计   智能合约  

摘要： 随着大数据时代的来临,存储系统需要保存的文件将呈现指数级别上升。由于本地的存储资源有限,云存储这种数据存储方式成为主流。然而把数据在不受信任的第三方云服务器上存储,可能由于黑客攻击或不诚实的服务器等原因导致数据的损坏,用户很关心如何检测出数据损坏,还关心在发生文件损坏后,何时能检测出损坏的文件,以便及时采取相应措施。研究人员针对云端数据的完整性问题提出了多种数据完整性审计机制,当前比较典型的云数据完整性审计方案是借助可信第三方来代替用户向云服务器发起审计挑战,对云服务器返回的数据持有性证明进行验证,以此来保证数据的完整性。但该方案中可能存在第三方不可信的可能,且第三方可能与云服务器合谋,破坏云端数据的完整性。为解决此类问题,本文在云存储数据完整性认证中引入区块链技术以及非同频认证模式,实现了一种基于区块链的可修复数据的云存储完整性验证方案和一种基于区块链的非同频远程数据持有检测方法。针对云上数据完整性可能被破坏的问题,提出了一种基于区块链的可修复数据的云存储完整性验证方案。该方案利用区块链的默克尔树属性、可审计、不可更改以及智能合约,有效解决了云存储完整性验证及损坏数据恢复问题,安全分析和实验证明该方案是安全有效的。针对云上文件发生损坏后,不能及时发现损坏文件的问题,提出了一种基于区块链的非同频远程数据持有检测方法。采用非同频认证模式,个人用户可以通过定期向云存储服务商发送数据证明,证明自己仍然持有数据。该方案明显降低了损坏数据的检出延迟,安全分析和实验证明该方案是安全有效的。论文根据研究内容设计了一个基于区块链的的云存储数据完整性检测系统,并对其主要模块和功能进行了测试,实验结果表明,经过自行搭建的区块链私链系统,可以有效的完成用户完整性验证的功能。

关键词： 区块链   智能合约   数据共享   隐私保护   数据可用性  

摘要： 区块链具有安全可信、不可篡改等特性,越来越多的被应用在教育、医疗等场景。例如,有效的医疗数据共享对治疗疾病的新技术与疗法的研究,提高人类识别公共健康风险能力和公共医疗服务水准至关重要。然而,传统的基于区块链的数据共享机制中每个区块链节点都拥有一个完整的账本,这就意味着链上所有节点均可以知晓该数据信息和身份信息,一旦被不法分子利用,很容易造成隐私数据泄露问题。随着数据的急剧增长,如何确保区块链上数据隐私安全的前提下实现数据高效共享,已成为当下急需解决的问题。因此,本文针对基于区块链共享数据的隐私保护进行研究,并提出了以下两个方案。(1)旨在解决区块链上因数据共享造成本节点公共账本中的隐私数据泄露问题,提出了基于零知识证明的区块链隐私数据管理方案。该方案下,分别设计出基于智能合约的数据安全共享机制和基于零知识证明的区块链数据隐私保护机制。其中,基于智能合约的数据安全共享机制引入密钥同态加密技术,不仅可以确保链上节点公共账本中正在共享的隐私数据得以隐藏,还可以确保该节点公共账本中其他的数据信息得以隐藏,使得链上节点公共账本中所有数据能够以密文形式保存在区块链上,并实现链上数据的自动安全共享。基于零知识证明的区块链数据隐私保护机制,确保区块链上数据共享行为的有效性和数据的隐私性。在该机制下,引入匿名性的动态群签名机制,使得该方案在计算开销和通信开销上更加安全高效。最后,本文从渐近和实用两个方面分析了该方案的性能。结果表明提出的方案与其他典型方案相比是高效可行的。(2)在上一章节中,尽管设计的隐私数据管理方案可以有效解决数据隐私保护问题。然而,零知识证明仅能缓解而不能解决数据可用性和隐私保护之间的矛盾。因此,在上述研究的基础上,旨在解决区块链上如何在不泄露任何隐私数据的前提下,实现供需一致的数据可用性问题,提出了基于签密的区块链医疗隐私数据管理方案。该方案下,设计了基于签密的医疗数据存储机制和基于智能合约的医疗数据安全共享与隐私保护机制。其中,基于签密的医疗数据存储机制确保医疗数据存储过程的安全性。在该机制下,引入基于身份的密钥发布技术确保提高医疗数据的公私钥安全性。在基于智能合约的医疗数据安全共享与隐私保护机制中,使用基于零知识证明的智能合约实现了数据可用性和隐私保护的需求,使用基于密文策略属性加密的智能合约实现了医疗数据安全共享的需要,从而实现了数据可用性与隐私保护之间的平衡。同时,由于本方案采用共识机制,所以所有的医疗数据共享过程都会被发布至区块链上。最后,从理论和实际性能分析上,论证了该方案的高效性和可行性。