关键词： 工业互联网   数据共享   区块链   智能合约   隐私保护  

摘要： 随着我国工业现代化的发展,传统的工业发展方式已逐渐难以满足经济发展的需求,当前,我国正处于工业发展的转型期,而工业间的合作成为实现跨越式发展的重要手段,因此工业互联网成为了重要研究方向。工业互联网的发展目标使得工业实体间的合作需要以数据共享作为支撑,而数据的共享和流通一方面需要共享数据本身安全可靠,另一方面需要构建可信、安全的平台和机制,为达成上述目的,区块链作为一种公开、抗抵赖、抗篡改的分布式账本技术,能够成为工业互联网环境下隶属于不同领域、不同行业的工业实体间实现数据共享的重要载体。然而,区块链技术的引入同样会带来新的问题,如区块链低下的性能难以满足工业生产环境的效率需求;区块链公开的特性也与工业环境下身份隐私性和数据隐私性需求相矛盾。因此为解决上述所存在的问题,本文主要在提升基于区块链的共识存储效率,实现面向身份和数据传输的隐私保护方面展开研究,具体研究内容如下:(1)在基于区块链的共享数据高性能存储方面,结合当前高性能区块链系统研究中所存在的不足,本文提出了分层混合有向无环图的分布式账本模型用以实现对生产数据的高性能存储和记录。该模型首先将工业生产场景划分为多个信任域,并将交易分为域内交易和跨域交易两类,通过采用两种共识机制实现对生产数据的高性能记录。该模型与传统高性能区块链系统相比,在工业场景适用性、抗攻击性、共识效率等方面具有优势。上述机制的提出为提升基于区块链的共享数据存储效率提供了有效的支撑。(2)在面向基于区块链的数据共享机制身份隐私保护和认证方面,由于区块链的透明性特点,使得数据共享双方在与区块链或相关智能合约的交互过程对所有区块链参与者公开,从而存在因身份隐私缺乏保护导致的工业产能、订单、库存等敏感信息泄露的风险。因此,本文以区块链和智能合约为基础,构建了一种独立运行于通用区块链系统的身份隐私保护和认证模型,结合通证兑换、混币合约、环签名等相关技术保护数据共享参与者的身份隐私,并能在匿名化的条件下通过认证限制共享数据的流通范围,在保护数据请求者身份隐私的同时,满足了数据所有者的需求。有效避免了在参与基于区块链的共享机制过程中所产生的身份隐私泄露问题。(3)在基于区块链的共享数据传输隐私保护方面,本文针对工业互联网数据共享中的溯源系统这一典型应用场景进行研究。以区块链为支撑,结合零知识证明机制,构建了一种基于区块链和零知识证明的溯源系统模型,该模型通过分析溯源目的,将目的划分为多个可验证的证明,最终通过验证证明的方式完成溯源过程,避免原始数据在溯源过程中的传输导致的隐私泄露问题,同时证明过程以智能合约的方式部署于区块链之上,使得溯源过程能够在保证公开、透明的同时具备更高的公信力,最终实现了一种在不暴露任何原始数据的前提完成数据溯源的方法和模型。上述研究成果不仅能够促进工业实体间相关数据的共享,更能够为工业实体间构建信任关系提供有效支撑。

关键词： 区块链   云存储   可搜索加密   模糊查询   智能合约  

摘要： 区块链去中心化实现用户匿名操作,解决了本地数据管理带来的安全风险问题。用户将数据文档存入到区块链中,减少自身存储开支,保护了数据隐私安全,避免用户数据在数据传输和存储过程中被泄露。但是链上数据存储有局限性,存储空间有限且存储位置分散,不利于执行链上搜索。而且对加密数据搜索技术研究中,现有的链上加密搜索方案较少,且存在关键字容错能力差,查询效率低,缺乏验证机制的问题。本文提出面向区块链的多用户模糊关键字搜索方案,运用区块链技术,链上链下数据同步,用户数据文档加密存入云存储端,链上只保留部分信息,在提高模糊关键字搜索效率的同时实现了多用户访问控制和数据校验。本文的主要工作包括:1.针对关键字容错能力差、查询效率低的问题,本文构建KMLSH混合索引查询方法。在数据原文件上使用Bigram方法构建词特征向量,引入Mini Batch K-Means聚类算法,计算簇类中心位置,经过位置敏感哈希函数(LSH)计算,得到关键词的二进制哈希向量。将关键字哈希向量生成倒排索引,搜索时在布隆过滤器中匹配阈值范围内的哈希向量,实现模糊关键字搜索,解决了布隆过滤器过滤效果较差的缺点。2.针对单用户、查询验证机制缺乏隐私保护的问题,本文构建基于区块链的模糊加密搜索方案。采用环签名技术,解决链上多用户身份认证,实现用户身份信息隐藏。编写智能合约后将合约打包上链,链上通过日志文件实现查询验证和事务执行的公平支付,并通过签名认证实现对数据文档的完整性校验,减少了人工处理的开销。3.通过实验对本文提出方案的有效性进行验证。选取3500篇论文期刊文献作为测试数据集,搭建系统模型并进行大量仿真实验,得出本文提出的方案在保护用户隐私安全和可验证操作的前提下,能够实现对加密数据文档的模糊关键字搜索,提高了搜索效率。

关键词： 区块链智能合约   安全漏洞挖掘   漏洞分析   漏洞预测   漏洞检测  

摘要： 智能合约是运行在区块链中的计算机程序,能够管理区块链上的数字加密货币和数据,实现多样化的业务逻辑,在金融、物联网以及医疗等领域已取得了广泛应用。然而,由于智能合约能够存储数字资产,因此吸引了大量攻击者试图利用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,针对智能合约的安全漏洞挖掘技术成为国内外研究热点。现有研究工作基于传统软件的漏洞挖掘技术,将机器学习、静态分析、符号执行以及模糊测试等方法应用于智能合约,从漏洞分析、预测以及检测等角度出发,提出了较多针对智能合约的漏洞挖掘方法。然而,现有方法在模型性能、漏洞检测效率及能力上存在一定局限性。例如,现有基于机器学习的方法对智能合约代码的特征考虑不够全面,导致漏洞预测模型的性能较低;基于静态分析的方法具有较高的漏洞分析效率但存在误报,而基于符号执行的方法虽然精准率较高且能生成测试用例,但受到路径爆炸、约束求解困难等问题的影响,漏洞检测效率较低;此外,现有方法难以有效地分析和检测存在跨合约函数调用的智能合约,检测能力受限。针对上述问题,本文研究了智能合约的安全漏洞挖掘技术。首先,提出了基于软件度量的智能合约安全漏洞预测方法,针对智能合约代码特征设计了SC-Sol度量元集,构建机器学习模型预测智能合约是否存在漏洞,实验结果表明相较于仅考虑面向对象程序特征的COOP度量元集,结合SC-Sol度量元集构建的预测模型F1-score提升了5.56%。然后,提出了基于目标制导符号执行的智能合约安全漏洞检测方法Smart Target,剪枝控制流图中与目标语句无关的基本块,优化符号执行的路径探索策略,实验结果表明相较于非目标制导的符号执行方法,Smart Target减少了60.76%的漏洞检测时间。最后,提出了基于模糊测试的跨合约漏洞检测方法Cross Fuzz,生成构造函数参数用于部署被测合约,同时根据数据流信息优化事务序列的变异策略,实验结果表明相较于现有模糊测试方法,Cross Fuzz提高了37.22%的字节码覆盖率且多检测出1.77倍的安全漏洞。

关键词： 电子拍卖   隐私保护   区块链   智能合约   安全多方计算  

摘要： 随着Web3.0技术的发展与变革,区块链、分布式存储、隐私保护等关键技术备受大众关注。而这些关键技术的研究也在推进着许多类似于传统电子拍卖这样的技术的又一次革新,使其能够以更加便捷、高效的方式运作。但与此同时,电子拍卖平台中仍存在安全性与公平性问题,主要包括:(1)拍卖平台竞价双方个人信息隐私安全与特殊拍卖品的安全性保障问题;(2)拍卖平台中可能发生的合谋问题;(3)拍卖平台的纠纷处理及用户信誉值的维护问题。针对上述问题,本文将基于区块链的匿名反向拍卖与安全多方计算技术进行了结合,主要工作如下: 1.提出了基于区块链的安全拍卖方案。首先,针对电子拍卖中用户身份隐私保护的安全性需求,使用新型匿名反向拍卖模型即用户能够在身份信息不公开的情况下完成拍卖的所有过程。其次,采用反向竞价的方式解决平台中可能存在的合谋问题,且该方式也能合理控制翻译成本。此外,针对特殊卖品如文本翻译服务等使用拆分式数据交互提升翻译文本在交互时的安全性。进入拍买流程后,先根据用户声誉筛选合格的参与者匿名参与竞价,然后使用拆分式数据交互来保障特殊拍卖品的安全性,后使用匿名反向竞价模型合理解决拍卖中存在的合谋问题,声誉机制与自动化货币支付算法也为纠纷问题的处理提供了极大的便利。 2.针对基于区块链的安全拍卖方案中存在的竞价者的竞价金额信息的安全性需求,本文提出了一种隐私保护竞价协议SBP。SBP协议先通过使用两次逐位编码技术0-1编码与1-n编码将竞价问题简化为求解两集合中相同元素问题,并采用多项式插值与可交换加密技术来解决竞价隐私安全问题。此外,使用零知识证明技术解决了SBP中存在的恶意输入和恶意试探且无法验证的安全问题,并通过安全性证明证实了方案的安全性。最后,本文对SBP协议进行了安全性分析与效率分析验证了该协议的安全性与实用性。 3.基于本文提出的区块链安全电子拍卖交易方案与安全竞价协议对在线拍卖竞价平台进行设计与实现,该平台基于以太坊智能合约编写而成,使用以太坊开发框架Truffle对平台进行开发。平台搭建完成后进行测试实验,测试平台在使用时各项功能是否可以正常执行,然后分析总结了在线拍卖竞价平台的各项功能的稳定性需求,最后通过对平台中各项功能进行代价分析,以此证明平台的可行性。

关键词： 区块链   智能合约   IPFS   私有车位共享  

摘要： 近年来,随着中国经济的快速发展以及政府补贴政策的不断完善,我国汽车保有量逐年增长。而在流动人口密集的公共区域,由于公共车位资源短缺,导致道路拥堵和停车困难等问题日益严重,进而影响了人们的生活质量。调研发现,现如今的停车管理系统主要服务于公共停车场,而私有车位在工作日经常处于空闲状态。在这种情况下,提高私有车位的资源利用率成为缓解停车难等问题的重要途径之一。当前的停车管理系统存在一些弊端,例如车位信息不够透明、无法提供具有公信力的交易凭证等。同时,现有的一些车位共享服务平台的中心化程度很高,当服务器受到攻击时可能会泄露用户隐私。本文提出了一种新的方法来解决上述问题。使用区块链技术来构建一个私有车位共享系统,并使用智能合约来完成所需的操作,以提高服务的效率。这种方法既稳定又高效,并且在一定程度上提高了信任度。同时,该系统还采用了去中心化存储技术,实现了数据的分布式存储和共享,避免了数据集中存储可能带来的安全隐患。该系统可以提高私有车位的资源利用率,缓解公共车位资源匮乏带来的停车难问题,提高人们的生活品质。本文主要研究成果如下:(1)构建了基于区块链和IPFS的私有车位共享系统,本系统的底层网络运行环境由以太坊平台建立。由于整个系统只有一类用户,其既可以是车位业主,也可以是车主,因此系统基于微信小程序以及Django框架设计系统功能模块以供用户使用。鉴于区块链存储字段的特殊要求,以及为了提高系统性能,使用了Mongo数据库进行辅助存储,同时采用了星际文件系统实现数据的可靠存储。(2)基于以太坊、Mongo数据库和星际文件系统,设计并实现了系统数据处理模块,为系统提供必要的数据支持。智能合约、基于***的中间件以及数据转存模块三部分构成数据处理模块。智能合约提供底层系统的业务实现逻辑,并实现了系统所需的各种功能。基于***的中间件根据智能合约代码的设计,将智能合约所实现的不同功能封装成不同的接口,以便于应用程序开发调用,完成功能实现要求。数据转存模块的功能是,将系统交易所产生的数据自动存储到星际文件系统中,确保数据的安全性和可靠性。(3)完成了基于区块链和IPFS的私有车位共享系统的开发实现。系统的数据主要由以太坊和Mongo数据库存储,并由智能合约、基于***的中间件和数据转存模块有效地处理数据,并且可以实现数据交互,从而使用户可以轻松获取、查看、地图搜索、发布车位、预定、查询订单以及在线支付等多种服务。同时引入了基于信用评分的惩罚机制,为用户双方的公平交易提供了保障。最后,本文基于以太坊平台搭建运行环境对私有车位共享系统进行仿真实验,设计测试方案对系统进行功能和性能测试,并对系统进行安全性分析,验证了本系统的可行性。

关键词： 区块链   电子证据   智能合约   IPFS  

摘要： 由于移动端应用上的电商直播卖货商家良莠不齐,导致直播过程中吹嘘产品效果、售卖违规商品等侵权行为频发,这也让消费者意识到需要及时取证用于维权。然而,消费者使用移动端传统取证方式所采集的电子证据通常存储在设备上,存在易丢失、易篡改及可信度低等问题。因此,当前消费者在移动端电商直播购物的过程中,还缺少一个高效的移动取证工具帮助取证。 本文在研究当前移动端取证的痛点及区块链技术在电子证据领域的应用基础上,基于智能合约、IPFS(Inter Planetary File System)及现代密码学等技术,设计并实现了基于区块链的即时取证存证系统。该系统由移动取证模块,在线存证模块以及证据管理模块三大核心模块组成。其中,移动取证模块负责对取证设备进行清洁性检查,并提供录屏取证,现场取证以及文件取证三种取证方式来应对不同的移动端取证场景。在线存证模块负责通过链下IPFS存储证据完整数据,链上存储证据核心数据的方式实现电子证据的安全可靠存储。证据管理模块除了实现电子证据的查看及校验功能以外,还利用离线/在线密文策略属性加密技术实现证据授权,达到安全共享电子证据的目的。 该系统能够协助用户即时完成不同形式电子证据的取证存证工作,提升取证存证的效率。与移动端传统取证方式相比,本系统不仅具有取证方式多样性、证据存储可靠性及证据管理便利性等优势,还增强了电子证据的法律效力,由此解决了移动端上电商直播场景取证难的困境。

关键词： 多微电网   区块链技术   智能合约   信誉值   电气距离   网络安全校核   供需关系   迭代拍卖  

摘要： 随着“双碳”政策的深度实施和电力市场的不断改革,多微电网间分布式电能交易成为消纳可再生能源的重要方式。大量产消合一且具有独立决策能力的微电网主体开展分布式电能交易对运行效率、维护成本和信息安全等方面提出了较高的要求。相较于集中式交易,分布式交易因其运行效率高、交易机制简单和维护成本低等优势逐渐成为电力市场主流的交易模式,但其仍面临信任成本高和信息安全性低等问题。区块链作为一种可信任的分布式数据库,其去中心化、数据可追溯和不可篡改等特性与分布式交易模式相契合,可为多微电网分布式电能交易研究提供技术支撑。 由于分布式交易市场各主体具有较强的个体趋利性和复杂的利益交互关系,亟需设计完善的分布式电能交易机制以约束违约行为和揭示各主体间的竞争关系。同时,配电网网络架构和物理约束对交易对象撮合的影响也不可忽视。因此,本文以信誉评估管理、交易撮合匹配和竞价机制设计为研究切入点,对多微电网分布式电能交易区块链模型的构建展开研究。探究基于历史合约履行率的信誉评估机制,计及信誉值和电气距离的分布式电能交易匹配机制,以及基于迭代拍卖机制的交易主体竞标模型,以构建高效、公平、经济、安全的分布式电能交易市场。本文主要工作如下: (1)结合能源行业的发展现状和我国电力系统深化改革的趋势,针对国内外电能交易领域的现有文献进行回顾总结,确定本文的主要研究方向为基于区块链技术的多微电网分布式电能交易。首先,分析我国目前分布式电能交易的主要交易方式和交易模型,并明确本文将采用“直接交易模式”和“微电网交易模型”。其次,探究区块链技术的技术特点和应用前景,对其与分布式电能交易结合的可行性进行分析,并构建基于区块链技术的分布式电能交易模型架构。最后,利用以太坊节点客户端Ganache、智能合约在线编译器Remix和交易钱包Metamask搭建分布式电能交易区块链平台,为测试验证所提分布式交易模型的有效性提供平台支撑。 (2)为促进分布式电能交易市场中交易主体积极履行合约和就近交易,提出一种计及信誉值和电气距离的分布式电能交易区块链模型。首先,基于合约完成情况构建用户信誉评估模型,并设计一种计及报价信息和信誉值的交易主体调序机制以激励用户积极履行合约。其次,基于戴维南等效阻抗法建立电气距离评估模型,并提出一种计及电气距离的交易匹配模型以促进可再生能源的就近消纳。再次,设计自适应进取性报价更新策略和动态网络安全校核机制以提高交易匹配成功率和配电网运行的安全性。最后,基于所搭建的分布式电能交易区块链平台验证所提模型的有效性和合理性,促进了可再生能源的就地消纳。 (3)为解决双向拍卖机制因价格波动而引起的不公平问题和充分揭示交易主体间的竞争博弈过程,设计一种基于市场供需关系和迭代拍卖机制的分布式电能交易区块链模型。首先,设计一种考虑市场供需关系的微电网结盟策略,以保障市场优势方的经济效益和提高其参与分布式交易的积极性。其次,提出一种基于后悔规避理论的迭代竞标机制以充分揭示各主体间的博弈竞争行为,进而提高可再生能源的消纳水平和分布式交易的公平性。再次,引入计及信誉值排序和网络费用的交易撮合机制,促进微电网就近交易和约束市场主体的违约行为,实现可再生能源的就地消纳。最后,利用以太坊平台对所提交易模型的有效性和合理性进行仿真验证,提高了分布式电能交易的公平性。

关键词： 分布式电力交易   隐私保护   可审计交易   智能合约  

摘要： 伴随能源互联网技术的研究,点对点的交易模式作为智能电网中的关键交易模式而受到了广泛关注。智能电网中配备了分布式发电装置及储能装置的能源实体发生了身份的转变,从传统的消耗者变为了能够生产能源和存储能源的产销者,由此形成了区域性分散的分布式能源结构。在处理分布式能源交易网络时,传统的集中式能源交易具备易于管理和方便设置的特质,同时面临着一些问题。首先,能源互联网中的分布式能源节点具有移动性(新能源电动车)、间断性(如光能和风能)、不可预见性(不在发电计划内)等特点,传统的中心化能源交易模式面临调度和分配能源的有效性挑战,这使得系统参与者的利益无法得到充分保护;其次,集中式能源交易的中介机构可以直接从服务器中读取用户的能源交易数据和其他私人信息,造成严重的隐私泄露风险,且中介机构可能存在单点故障等问题;第三,在市场化竞争的行业环境下,每个能源用户都追求自身利益最大化,这将导致分布式能源市场交易的无序竞争,阻碍分布式能源互联网的发展,亟需在不泄露参与主体敏感信息的前提下支持电力交易全流程的数据合规性检验。因此,如何保证分布式交易中能源节点之间实现安全、可靠以及高效的交易,是当前能源互联网发展迫切需要解决的问题。针对这些问题,作出如下研究内容的说明: (1)提出隐私可审计的分布式电力交易方案。针对传统集中式能源交易存在的管理效率低、无法较好地适用于分布式电力交易场景的问题,设计了基于区块链技术的分布式电力交易系统模型,实现分布式能源节点之间的交易方案;为了解决交易过程中可能出现的隐私泄露问题,引入Pedersen承诺隐藏能源节点的交易信息,并通过基于椭圆曲线的Pedersen承诺和基于El Gamal的Pedersen承诺实现承诺的交易环节;同时结合承诺的同态性支持交易流程的隐私可监管性,使用智能合约规范系统参与者的交易行为。最后,由理论和实验分析对该方案作进一步的检验; (2)提出动态自适应的分布式电力公平交易方案。首先,针对分布式电力交易系统中可能出现能源代理单点故障等问题,导致交易环节中密钥生成阶段无法正常运作,进而结合分布式密钥生成算法提出动态自适应的分布式电力交易方案,使得交易系统部分能源代理节点失效的情况下仍能通过其他代理联合生成随机因子完成后续交易;其次,结合智能合约提出一种链下对等的公平交易协议,保证了分布式交易的公平性,同时提高了系统的交易效率。最后,以理论分析和实验分析验证了所提方案的安全性、正确性和可行性。

关键词： 医疗器械供应链   安全监管   全程追溯   UDI   区块链   智能合约   隐私保护  

摘要： 实现医疗器械供应链安全监管对国计民生具有十分重要的意义。医疗器械供应链监管对数据隐私性、各主体间协同管理具有较高需求,区块链技术去中心化、不可篡改的特性为其提供了解决办法。当前普遍将区块链技术以自动化账本的形式作为记录医疗器械供应链全生命周期信息的真实性保证和追溯凭证。然而,区块链去中心化、公开透明的特性使链上核心数据面临隐私暴露的风险,而采用密文上链的形式则会增加医疗器械监管和追溯的困难。因此,实现医疗器械供应链全程追溯的同时保证关键隐私数据的安全性就成为实现医疗器械安全监管亟待解决的问题。 本论文在充分考虑医疗器械供应链追溯场景和特性的条件下,利用区块链技术及隐私保护算法设计并实现了一种医疗器械供应链安全监管系统,论文的主要工作内容如下: (1)针对当前医疗器械追溯管理对数据安全性、各主体间协同管理的需要,对系统需求、业务流程、架构方案等内容进行了研究,提出了一种基于区块链的医疗器械供应链全生命周期安全监管方案。该方案用以协同生产企业、经营企业、使用单位根据实际业务场景,采集、存储、共享全过程的追溯信息,实现供应链各方对医疗器械流通信息的按需获取,并将该数据用于生产经营,质量管控,监督管理和跟踪服务; (2)针对基于区块链的医疗器械追溯管理存在核心隐私数据泄露风险的问题,为满足基于区块链的医疗器械供应链监管系统对于隐私数据安全相关的实际需求,提出了采用完全基于椭圆曲线双线性映射的R-ate对构造密码学算法框架,利用包括同态加密、环签名、零知识证明以及属性基加密等密码学算法,提出了一套链上隐私保护体系,能够对区块链中包括身份信息、操作痕迹以及源数据在内的多维度链上信息进行立体保护; (3)针对当前医疗器械追溯管理的实际业务流程和功能需求,设计并实现了一个基于Hyperledger Fabric的医疗器械供应链安全监管系统,实现赋有唯一码标识的医疗器械全程追溯可查。通过将隐私保护核心功能算法以核心智能合约的形式封装到智能合约中,并调用核心智能合约实现了链上隐私保护功能,解决了基于区块链的医疗器械追溯系统的关键数据隐私保护问题。测试结果验证了隐私保护算法性能符合系统要求,并且系统的吞吐量和资源占有率等性能可满足实际应用。