关键词： 智能合约   司法业务   链上执行   流程建模   设计模式  

摘要： 随着公检法司各个部门的信息化水平不断提高,办公无纸化和数据流通高效化成为提高办案效率的发展方向,因此司法政务系统的电子化和链改越来越受到政策关注。现有针对司法领域应用的区块链产品虽然关注数据存证、数据共享、便民服务等方面,但由于公检法司四部门数据交互的频繁性和安全保障的严格性,面向实现四部门间业务流程自动执行的需求,该方面的市场保有量几乎为零,同时合约开发管理的模式依然有空白需要填补。智能合约作为区块链的伴生技术,在区块链的司法业务系统中可以完成重要任务,它易于部署、难以篡改、准确触发的特点为业务流程的自动执行提供了技术支撑。本文旨在利用智能合约实现司法办案业务的自动化,一方面,通过提出面向公检法司链上存证业务的智能合约解决方案,完成业务流程的上链自动执行,并为业务流梳理探索了新方法、为多合约全生命周期管理提出了新思路。另一方面,本文关注到以以太坊为代表的智能合约平台曾屡次受到合约攻击,所以智能合约安全保障始终应该贯穿项目前后。为此本文从以下两个方面完成了上述工作:(1)将智能合约自动触发的特点应用于司法政务的电子化,首次使用数据可见状态存储表、业务流程存储表相配合的方式实现业务流程控制,同时将通过证据、文书的上链比对,实现证据与文件数据的保真。以此实现多合约存储表配合完成了数据流程于业务流程的统一。此外,在实践中将UML转化为evalue和CML,让需求建模工作中项目参与各方交流更加准确高效,同时提高基于solidity提高的准确性和效率。(2)将智能合约的设计模式应用于司法存证领域,其中安全设计模式、多合约管理设计组成全生命周期的智能合约安全保障,漏洞检测方面,本研究应用可靠智能合约漏洞检测方法在安全性测试中实现安全保障。

关键词： 智能合约   Solidity   程序转换   操作语义   等价性证明  

摘要： 智能合约是运行在区块链上的脚本,能够处理复杂的业务逻辑。以太坊是区块链系统中最具代表性的平台,为智能合约的开发提供了丰富的接口。以太坊中大多数的智能合约采用Solidity语言开发,具有去中心化、去信任等优势,因此被广泛应用于金融、医疗等领域。近年来智能合约的安全问题日益突出,因此对其进行信息安全验证十分重要。形式化方法相较于传统测试能够更好地保证智能合约的安全性,为此提出了一种采用时序逻辑程序设计语言(Modeling,Simulation and Verification Language,MSVL)与命题投影时序逻辑(Propositional Projection Temporal Logic,PPTL)的智能合约形式化验证方法,首先开发了SOL2M转换器,实现了Solidity程序到MSVL程序的半自动化建模,之后使用PPTL公式描述智能合约性质,最终将MSVL程序与PPTL公式输入至统一模型检测器(Unified Model Checker for MSVL,UMC4M)进行验证。在定义SOL2M转换器的转换规则时,重点对比了Solidity与MSVL的语法,考虑了转换前后程序的功能等价性,但是缺乏对Solidity与MSVL操作语义等价性的证明。 本文旨在证明Solidity与MSVL在操作语义上的等价性,首先定义出Solidity的操作语义,其次给出Solidity与MSVL操作语义的等价性证明,最后通过投票智能合约实例表明了SOL2M转换器的正确性。为了从数学逻辑的角度证明Solidity与MSVL在操作语义上等价,需要一种定义良好,并与MSVL操作语义形式一致的Solidity操作语义。首先采用大步语义的形式,高效地给出Solidity动态语义的具体规范,从语义元素、求值规则、表达式以及语句四个层次,详细定义了Solidity的操作语义。之后为了证明两种语言在操作语义层面上等价,给出了两种语言的状态、表达式和语句之间的等价关系,并基于Solidity与MSVL的操作语义,使用结构归纳法对表达式操作语义进行等价证明,同时使用规则归纳法对语句操作语义进行等价证明。最终以投票智能合约为例,给出经过SOL2M转换器得到的MSVL程序,进一步对Solidity程序与转换后的MSVL程序进行程序等价性证明,通过实例表明SOL2M转换器的正确性。

关键词： 联盟链   跨链技术   威胁情报   默克尔树   智能合约  

摘要： 随着区块链技术的日益发展,区块链技术凭借着其数据不可篡改、去中心化的优点逐渐从学术走入广泛应用之中,大部分企业与政府用户为了数据的安全与隐私着想会使用联盟链进行数据存储与共享,但当前联盟链种类繁多、实现差距较大,无法进行有效的数据共享,容易形成一个个数据孤岛,同时在共享过程中跨链流程缺乏监管与控制可能遭到攻击,并且使用单条联盟链存储与查询信息存在一定的性能瓶颈,因此迫切需要研究高效可靠的联盟链跨链技术手段。 以威胁情报共享为例,使用单条区块链存储威胁情报容易给节点带来较大的读写压力,同时为管理不同类别、不同来源的威胁情报带来了困难,因此将不同组织、不同来源的威胁情报分链存储后进行跨链查询既可以解决存储的多样性问题,也可以实现短时间内实现高效的威胁情报聚合分析。由于区块链本身不具备与外部区块链进行交互的能力,因此如何跨链以及解决跨链过程中引入的各种安全问题是一个值得研究的方向。本文研究了联盟链跨链技术,并且将其应用于联盟链跨链监管与威胁情报聚合分析领域,使得跨链系统继承了区块链数据不可篡改等优点的同时保障了跨链过程的安全性,本文主要贡献如下: (1)提出了一种基于中继链的联盟链跨链监管机制。当前联盟链跨链领域研究相比公链较为稀少,本文设计了一种基于中继链的跨链方法并将其运用于跨链监管场景,通过在中继链中加入鉴权功能保障了跨链过程的安全性,演示了对线性规划计算的跨链监管全流程,最后通过实验对比证明了本方案的安全性与有效性。 (2)提出了一种基于联盟链跨链技术的威胁情报共享与聚合框架。将不同类别与来源的威胁情报分链存储解决了数据管理的困难,设计了一种聚合合约对跨链获取到的威胁情报进行聚合分析,提出了一种链式Merkle树结构解决了跨链过程中的数据正确性问题,设计了一种Delay Update合约对跨链数据进行锁定保障了跨链过程中数据的一致性。 (3)将上述两工作结合设计并实现了一种监管友好的威胁情报跨链聚合系统,该系统不仅实现了威胁情报的高效聚合,同时利用跨链监管技术使得系统更加可靠。

关键词： 区块链   联盟链   公益慈善   智能合约   保险  

摘要： 近年来公益事业蓬勃发展,互联网公益平台层出不穷,但存在公信力低、信息不透明等问题,由此引发的信任危机降低了公益参与者的热情。为应对公益领域的痛点,有学者提出,将具有去中心化、不可篡改、公开透明和可部署智能合约等优势的区块链技术与公益领域相结合。许多科技公司都打造了基于区块链技术的公益平台或类保险网络互助平台,为公益慈善事业提供新的发展思路。但是二者的结合还存在一些新的问题,使用区块链技术的公益平台,并没有克服公益行业的困境,在实际运营中,公益和类保险互助项目的真实性仍由中心化的平台确认,为率先抢占市场,多借区块链新技术之名,行传统中心化平台之实,对项目造假行为仍没有约束和追溯机制。此外,大多数公众对平台用到的区块链技术并无明显感知,当出现争议时,难以评判和决策,无法提高公益参与者的热情。因此,研究并解决上述问题,对区块链公益平台的发展具有重要意义。本论文的主要工作是对现有区块链公益平台存在的问题进行研究,提出优化方案并实现。相较于现有平台,首先,本文引入保险托底,设计具有违约赔偿机制的区块链公益平台,保险作为联盟链节点之一,贯穿捐赠流程。保险和区块链公益的结合给现有区块链公益模式增加损失补偿机制,减少公益事故的发生。其次,本文对区块链存储结构进行研究与优化,除保存传统区块链的交易信息外,公益项目信息、审核信息等关键数据均存至链上,实现全流程全信息的公开、透明、可追溯。再次,设计并实现分布式隐私验证方案,结合Merkle proof思想,在保障公益参与者隐私的情况下,实现普通民众对每笔善款以及善款总额的可监督、可验证,提高公众参与积极性。最后,按照本文设计,对增加事后处理和违约赔偿机制的区块链公益平台进行代码层面的实现和测试,使其能满足日常公益平台的需求。

关键词： 密文策略属性基加密   智能合约   零知识证明   可搜索加密   Shamir秘密共享  

摘要： 随着信息技术和网络技术不断向前发展,每天都有各种各样的用户数据大量产生,海量的数据存储在第三方的服务器中,但仅存储在第三方服务器无法有效利用数据的价值,并且第三方云服务器是半可信的,数据存在被滥用的风险。数据的机密性、完整性无法得到保证。数据共享有利于发掘数据的潜在价值,现如今数据共享方式通常是将数据加密后上传到云服务器进行共享。目前,属性基加密是实现数据共享安全的技术之一,针对数据共享与隐私保护领域存在的问题,本文提出两种以CP-ABE为基础的改进方案。 针对现有的属性基可搜索加密方案存在数据用户属性隐私泄漏以及云服务器存在单点故障和半可信等问题提出一种属性基可搜索加密算法。该算法通过引入非交互式Schnorr协议,在不泄漏数据用户属性的情况下进行属性验证,从而实现数据安全搜索。本方案首先利用对称加密算法对数据拥有者信息进行加密并将加密后的信息上传到IPFS(Inter-Planetary File System,IPFS)。同时,系统还拥有一个容错机制,当用户上传了数据之后系统会在节点中自动存储若干个副本,且这些副本之间的数据是完全一致的。其次,使用属性基可搜索加密算法对提取出的关键字进行加密然后将加密结果上传到区块链中,从而实现数据密文和关键字密文的分布式存储。最后,使用智能合约实现关键字安全搜索,避免云服务器返回不相关搜索结果发生。方案的安全性是基于DBDH的困难性假设,通过理论分析和实验证明该方案具有较好的用户属性隐私保护效果和较小时间消耗。 针对当前云存储中数据拥有者数据控制权丢失的问题,提出一种免秘钥托管的数据安全共享方案。本文引入差分隐私技术解决用户数据隐私保护的问题,同时当前秘钥管理中心存在单点故障以及半可信问题。因此,针对秘钥管理问题,为了防止密钥生成中心恶意泄露属性秘钥和发生单点故障,使用Shamir秘密共享算法对私钥进行分割,保证了秘钥的隐私性,同时利用区块链的防篡改特性,将属性私钥的生成过程记录在区块链上,实现密钥的可追责性,防止密钥的滥用。本文提出了一种免密钥托管的数据安全共享方案,在随机预言机模型下证明了方案具有选择明文攻击安全性,与其他方案对比,本文使用外包加解密,因此在效率上具有一定优势,在功能对比上较其他方案有更多的功能。 综上所述,本文所提的两种方案可以达到较好的数据安全和隐私保护效果并且具有实际应用价值,例如可以应用在医疗数据、物联网数据、车联网等数据共享领域。方案可以较好的保护用户的属性隐私和数据隐私。通过实验分析验证了方案的效率较高,安全性分析表明方案具有在随机预言机下的选择明文攻击安全性。

关键词： 区块链   可扩展性   智能合约   多节点链下交易   链上交易  

摘要： 区块链技术因去中心化、可追溯、不可篡改等特性而具有广阔应用前景,但其存在着严重的交易性能瓶颈,距离实际应用仍有较大差距,面临可扩展性不足的问题。支付通道技术通过押金机制,将交易转移至链下进行,实现即时链下结算,改善了交易性能。但是,一个支付通道只能容纳两个节点,在面对多个节点的链下交易时,则需频繁创建支付通道,存在信息冗余问题。此外,支付通道各自独立,最终仍需大量链上交易将这些支付通道中的资金取回,导致高昂的手续费开销和存储开销。本文针对支付通道技术在多节点链下交易场景时面临的问题,展开如下研究:(1)针对支付通道技术中节点数量受限导致频繁创建支付通道的问题,本文依托智能合约技术,提出多节点链下交易系统的可扩展性架构。该架构适用于服务提供的应用场景,包括但不限于供应链管理、医疗系统等场景。本文根据系统结构设计了支付通道结构中类似的链下交易逻辑,并引入哈希时间锁机制,不仅可实现系统内任意节点间的链下交易,还支持系统外不同结构间的跨节点链下交易,实现彼此兼容。最后,安全性分析表明链下交易时的资金安全可得到保证,实验结果证明所提方案能满足链下交易的高效性,同时具备更低的手续费开销和存储开销。(2)针对支付通道技术中取回多笔资金需要多笔链上交易的问题,本文结合提出的多节点链下交易系统,设计高效的取回资金交易算法。算法核心是通过一笔链上交易提交多笔资金的信息集合,一次性处理多笔资金,从而将多笔链上交易绑定为一笔链上交易。考虑到各种取回资金方式以及可能的恶意行为,引入验证机制、回滚机制、延迟期机制和惩罚机制,保障资金安全。最后通过性能分析与实验分析,证明该算法在手续费开销和存储开销方面优于现有的支付通道链下交易方案。(3)设计并实现多节点链下交易系统。采用模块化程序设计理念,将系统分为链上智能合约模块和链下的前端和后端模块。基于Truffle框架、Go密码库以及***库实现了多节点链下交易原型系统,在链下适配执行链上智能合约中相应逻辑。最后,提供前端UI交互界面,并对系统的主要功能界面进行展示。

关键词： 区块链   负荷聚合商   居民用户   智能合约   微服务架构   可信聚合响应机制   原型系统  

摘要： 负荷聚合商通过将单体容量小且随机性强的居民用户整合为灵活可控的聚合体参与电网调度可以唤醒海量负荷侧沉睡资源。区块链技术的不可篡改性、可追溯性、隐私保护性等特点为海量聚合响应数据的可信、高效、安全验证与存储提供新的解决方案。本文针对聚合响应中面临的市场运行成本高、响应主体违约风险大等问题,围绕智能合约架构设计以及可信聚合响应机制设计开展研究,实现聚合响应业务流程的高效、灵活、可信运行,进而降低运营成本、提升协同效率。根据实际应用需求,本文基于上述两部分研究内容设计了负荷聚合响应原型系统,进行了初步工程实践和应用。 首先,针对现有智能合约单体垂直架构运维成本高、合约扩展性差的问题,本文提出了适用于聚合响应的智能合约微服务架构,搭建了智能合约中继层,提出了基于单一性原则的智能合约领域分解方法,设计了智能合约松耦合部署模式。采用联盟链平台Hyperchain进行模拟仿真,验证所提架构的优越性。所提架构能够支撑逻辑复杂、迭代频繁的聚合响应业务流程,能提高智能合约可扩展性和重用性,降低系统运维成本。 其次,针对用户侧终端设备难以大规模部署区块链节点、链上主体潜在违约风险高以及链上敏感数据难以可信使用的问题,本文提出了基于联盟链的可信聚合响应机制。针对该机制,本文设计了链下数据可信上链机制,确保上链前信息可信;改进了链上多主体信用评估机制,确保负荷聚合商与居民用户均能自发遵守响应规则,进而降低交易风险;采用了链上数据可信使用机制,通过使用数据分区隔离及数据使用权限管理机制,保证了数据上链后使用过程可信。然后,基于前文所提智能合约架构完成了智能合约的编写与部署,验证了所提机制的有效性与可靠性。 最后,从实际应用的角度考虑,负荷聚合响应原型系统作为负荷聚合商及居民用户自主交易的枢纽,需要具备友好便捷的用户界面、可扩展的交互接口以及可靠高效的业务管理模块。因此,本文设计了基于Hyperchain的负荷聚合响应原型系统,构建了应用层、业务层、持久层和硬件层的总体系统架构,设计了交互接口及核心功能模块的具体实现方案,旨在为适用于聚合响应的智能合约微服务架构与可信聚合响应机制的应用部署提供一种参考性的解决方案。

关键词： NFT   智能合约   草牧业   系统平台  

摘要： 新世纪以来,中国人民的生活水平有了很大提升,蛋奶肉等动物性食品在饮食结构中的比例快速增加,导致喂养牲畜所消耗的粮食在我国粮食总产量中的比例也逐年升高,出现“人畜争粮”现象,逐渐威胁到我国的粮食安全,学者们普遍提出“调整种植结构,加大牧草种植,发展人工草地,对我国维护粮食安全和推进农业供给侧改革具有重要意义”。纵观人工牧草推广全链条,解决人工牧草种植过程中融资问题,将是快速增加人工草地的种植面积的核心所在。本研究站在整合整个草牧业产业链和实现资源优化配置的角度,从扩大人工牧草种植实际业务出发,将农村的闲散土地以聚少成多的形式变成种植基地,再以农业众筹的形式吸引一批致力于乡村振兴的有志之士,利用手中的闲散资金以投资认购的方式,化整为零在已经形成的种植基地上大规模种植牧草,解决牧草种植过程中融资难的问题,从而扩大人工草地的种植面积。同时引入畜牧业,将饲养场变成养殖基地,既解决了种植基地牧草的销售问题,又解决了饲养场的优质草类饲料的购买问题,同时通过平台将养殖基地的牲畜变成一头头可以进行投资的标的,以预售的形式进行销售,解决了饲养场的产品销售问题。为实现以上目标本研究在分析现有计算机技术的基础上设计出前端基于微信小程序,后端基于区块链的三层分布式部署的草牧业系统平台,引入区块链NFT技术,将种植基地的牧草和养殖基地的牲畜,按照地块的区位、经纬度和牲畜的耳标,依据以太坊ERC-721标准,按照最小单位(亩或者头)发行与实物一一对应的非币化NFT;平台用户通过移动端调用部署在区块链上的智能合约投资该NFT,用户投资资金通过该NFT与对应牧草或牲畜形成相互锁定;接下来地块负责人将种养过程中实际操作记录hash后存入该NFT中;待牧草或者牲畜成熟后,通过收割或出栏智能合约,形成与该NFT对应的产量或者库存;平台通过销售智能合约将该NFT对应的产品销售,形成种养利润并自动流转到合约各方账户,销售完成后该NFT销毁。整个流程都围绕NFT的id,进行数据操作,从而保证该数字资产从发行到销毁的整个流程的数据分布式存储和不可篡改性,保证了交易的安全性,并基于实际种养季进行多轮次NFT发行,使得系统平台更具可操作性和现实意义。通过实际推广使用,逐步形成公司+乡镇+村合作社的种养循环小镇模式,助力中原乡村振兴。

关键词： 电子投票   可链接环签名   区块链   智能合约   隐私保护  

摘要： 随着社会的进步和互联网的发展,相比于传统的纸质投票,电子投票以其投票效率高、组织成本低和选民参与度高的特点成为现代投票的发展趋势。然而,电子投票在安全方面仍然存在着不可忽视的问题。大部分电子投票方案依赖于传统的中心化平台,存在投票者隐私泄露与选票伪造的问题,而且选票数据的集中存储与管理也会引起民众的担忧。因此,如何在保证效率的同时,设计出一种更具安全性的电子投票方案具有非常重要的研究价值。环签名技术可以通过匿名的方式保护投票者的身份信息,区块链技术可以取代第三方平台保证投票过程的公开性和透明性。本文围绕电子投票存在的安全与效率问题展开研究,主要工作如下: (1)对当前的电子投票方案和环签名方案进行研究与分析。当前的电子投票方案主要使用三种密码学技术来保证安全性:同态加密、混合网络和盲签名。然而,这些技术都有各自的优缺点,无法平衡安全与效率。单纯使用区块链地址只能保证投票者的伪匿名性,如果有多笔交易,那么仍存在暴露真实身份的风险。研究发现,当前电子投票方案在投票者的隐私保护、投票过程的公开透明和投票数据的存储管理等方面尚存在不足之处。环签名以其安全、高效和区块链的兼容性,成为了电子投票方案的首选之一。尽管如此,研究发现,当前的环签名方案在签名生成、验证的计算效率和签名长度方面仍存在缺陷,需要加以改进。最后,对几种典型的电子投票方案和环签名方案进行了分析与比较,总结了这些方案应该满足的需求。 (2)针对当前的环签名方案存在的效率问题,本文提出了一种安全、高效、签名长度短并且具备可链接属性的环签名(LRS)方案。首先,构建了本文LRS方案的安全模型。然后,给出方案的具体设计,通过对传统的环签名方案的组合函数进行改进,提高了环签名生成与验证的计算效率,减少了环签名的长度。最后,通过与其它方案的分析与比较,证明了本文LRS方案的安全性与高效性。 (3)针对当前电子投票方案中存在的安全和效率问题,本文提出了一种更加安全且高效的电子投票方案。首先,构建了本文电子投票方案的系统和安全模型,然后使用了改进后的高效安全的LRS方案替代传统的数字签名,采用了区块链代替第三方平台,实现了对区块链中投票者身份信息的隐私保护,保证了投票过程的公开透明,解决了数据的存储与管理问题。最后,通过与其它方案的分析与比较,证明了本文电子投票方案的安全性与高效性。