关键词： 区块链   以太坊   可信执行环境   智能合约   隐私保护  

摘要： 以太坊作为区块链2.0的代表,为区块链技术拓展了新的方向并注入了新的活力,其最为核心的创新在于引入了智能合约与虚拟机,使得用户可以在链上构建和部署去中心化应用,进一步拓宽了区块链的应用场景。然而,为了实现去中心化信任和可验证性,以太坊的智能合约需要以公开的方式在网络上的各个节点中运行,这不仅容易导致用户合约信息的泄露,还限制了智能合约的进一步发展。因此,研究对智能合约的隐私保护具有十分重要的意义。本文研究了现有的几种智能合约隐私保护方案,包括基于零知识证明、基于同态加密、基于安全多方计算以及基于可信执行环境的合约隐私保护方案。针对这些方案无法全面保护智能合约隐私的问题,设计并实现了一种基于TEE(Trusted Execution Environment)与区块链的机密智能合约系统,并搭建测试环境对系统的功能与性能进行测试,验证了系统的可行性和有效性。本文的主要研究工作如下: 1)设计了一个基于TEE可信执行环境的计算网络,为用户的智能合约提供链外计算和存储服务。该网络由多个具备Intel SGX可信执行环境的计算节点组成,这些节点内嵌了以太坊虚拟机,用于运行智能合约。同时,为确保网络的可信性,利用SGX的认证机制严格控制节点的加入。此外,计算节点实现的主要功能模块都运行于SGX可信执行环境中,利用SGX的安全隔离特性,保障了合约的数据隐私性和代码隐私性。 2)设计了一个智能管理合约,该合约部署在以太坊区块链上,用于协调用户和计算节点之间请求和服务的关系。智能管理合约中的合约记录表记录用户部署在计算网络上的智能合约的标识信息,而任务记录表记录用户发布的合约调用请求和计算节点返回的合约计算结果。利用以太坊区块链的可验证性,保障了用户与计算节点间的有效通信。此外,该合约可以移植并部署到其他区块链上,使本方案具备了较高的可扩展性。 3)设计了一个安全可靠的通信协议,进一步保障了合约数据和合约代码在传输过程中的机密性。系统的通信协议可以细分为两个阶段,即合约部署阶段和合约调用阶段。每个阶段的通信过程都有相应的密钥对数据做加密处理。

关键词： 数字版权保护   区块链技术   智能合约  

摘要： 互联网技术为每个人的生活都带来了翻天覆地的变化,人们的生活方式也发生了巨大的转变,随着互联网技术的高速发展,传统的出版方式已不能满足人们的需求,近十年来,我国的数字出版产业也呈现了爆炸性的增长趋势。与此同时,互联网技术本身的匿名性、可复制性等特点也时刻冲击着我国数字出版产业的发展,网络侵权现象愈发严重,版权保护机制作用局限,权利人维权成本高,举证难度大,版权治理体系相对落后等一系列问题严重制约了数字出版产业的蓬勃发展,阻碍了国家经济的发展。基于此,区块链技术具有去中心化、数据保护的稳定性和极高的安全性等特点,为破除我国数字版权保护中的困境提供了新的解决路径。当然,区块链在为数字版权保护带来福音的同时也裹挟着风险与挑战,本文试图在理论上对“区块链+数字版权保护”模式的优劣势进行解读分析,以优势中确立可行性,以劣势中寻求突破口,针对劣势中的问题给出相应的解决对策,探求新的数字版权保护之道。本文将主要从以下几个部分展开论述:第一部分先用数据资料的方式对数字出版产业进行现状分析的阐述,通过对数字版权保护制度的解读分别从确权、用权、维权三个维度透析痛点与困境,即当前我国确权方面存在登记制度繁琐、用权方面存在交易模式落后、维权方面取证固证困难等主要问题。第二部分承接上一部分的问题,引入了区块链技术,对区块链技术的定义和基本特征进行介绍,为后续论述打下基础,然后基于区块链技术的特点阐述了其作为一项新型治理方式能够为数字版权保护带来哪些优势,具体而言,无论是从登记流程,抑或是交易模式和维权取证,区块链技术均能对原有的症结给予良好的回应,用技术的优势为数字版权保护带来新的机遇。第三部分在确立了区块链技术治理思路的前提下阐述区块链技术应用后存在的风险与困境。一项技术的应用并不可能尽善尽美,在登记确权上,它会导致作品独创性和真实权利人难以确定的问题,也会让区块链信息服务提供者在履行删除义务时陷入两难境地;在智能合约交易下,合约的性质认定和个人与社会利益间的取舍也会带来隐患;立法规范的缺失和司法认定的模糊也会让权利人在维权时遭遇瓶颈。第四部分针对上述风险分别提供了制度与路径上的解答建议。首先,可以通过实施实质审查制度、确权申诉制度以及“实时公告”等方式来解决确权问题;其次,对交易方面可尝试统一管理与单行设置相结合的方法明确智能合约的法律性质,在限制公众合理使用上设置合理使用清单模式完成个人权利与社会利益的平衡;最后,对于区块链技术应用后的维权问题,要加强在法律与技术上的双重规范,通过构建电子证据收集取证平台的方式实现司法证据认定的完善,以此来实现技术治理与法律治理相结合的二元共治的良好局面,让区块链技术的价值真正地造福于社会。

关键词： V2V电能交易   区块链   车联网   共识机制   智能合约  

摘要： 随着人们节约资源、保护环境的意识日益加强,无尾气排放污染、噪音低且能源利用率高的电动汽车数量呈高速增长态势,但由于电动汽车的续航里程有限,且目前充电基础设施建设尚不完善,电动汽车用户日常充电变得困难。针对这一问题,与传统充电模式形成良好互补的一种新型充电方式——V2V(Vehicle-to-Vehicle,V2V)电能传输技术应运而生。V2V电能交易涉及到的参与方数量庞大且分布广泛,采用传统集中式交易系统协调车辆间电能交易具有性能问题和单点故障、隐私泄露等安全隐患。此外,脱离了固定价格制度的充电站环境,用户自利性思维可能导致不诚实报价行为的产生,造成恶意竞价现象,扰乱市场交易秩序和环境。因此本文引入区块链技术,并结合电能交易机制,为电动汽车用户构建了一个安全可靠并具有经济性激励性质的交易系统,以优化车辆充放电交易行为,促进分布式电力消纳,提升能源利用效率。 首先,本文根据传统PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)算法所存在的问题和可改进的方向,结合车联网技术特点提出了一种基于积分模型和可验证随机函数的改进PBFT共识机制。该机制从参与共识验证过程的节点数量规模、主节点选举方式和共识流程结构三个方面进行了改进。通过实验测试对比改进前后共识机制性能,结果表明本文提出的改进PBFT共识机制在通信开销、资源开销、时延和吞吐量等方面的表现均优于传统PBFT共识机制。经过容错性验证与安全性分析,该机制能够满足车联网电能安全交易应用场景下的要求。 其次,提出一种基于改进VCG(Vickrey–Clarke–Groves,VCG)机制的车联网电能交易方案,该方案详细阐述了将VCG交易机制应用于V2V电能交易场景下的匹配规则和支付规则,并针对收支失衡和虚假身份攻击问题提出优化解决策略。通过对交易机制进行有效性分析,结果表明该交易机制能鼓励用户诚实报价,并确保所有诚实参与交易并成功匹配的电动汽车用户一定能得到效用奖励,对广大电动汽车用户参与积极性起到激励作用。 最后,本文设计并实现了一个基于区块链的车联网电能交易系统,用于满足用户日常充放电交易需求。该系统包含底层区块链网络和面向用户的电能交易平台两个部分。底层区块链以Hyperledger Fabric为开发平台,采用了本文提出的改进PBFT共识机制以提升区块链性能,交易机制以可编程代码形式写入智能合约,触发后自动完成车辆间交易匹配和定价过程,最终所有的交易都将被永久存储于区块链账本中,使交易记录可追溯;面向用户的电能交易平台是一个与系统进行可视化交互的前端界面,用户可在完成注册后登陆平台,提交需求或供应信息进行交易匹配和定价,并在交易数据上链存储后查询历史交易记录。

关键词： 区块链金融   智能合约   共识机制   仓单交易  

摘要： 区块链技术因其去中心化和不可篡改的特性而得到大众广泛关注,尤其是在银行和互联网金融领域,应用区块链技术可以有效地降低金融交易欺诈风险。仓单交易业务已经发展多年,但一直缺乏有效的交易平台来进行规范操作流程和统一管理,导致了信息不对等现象严重。通过智能合约技术可以有效防范金融市场中的履约风险,实现对数字资产的实时监控管理。 区块链技术为智能合约的执行提供了可信环境,使得智能合约能够在区块链上自动执行,并且在合约失效之前无法对其进行修改,使交易过程更加安全可信。区块链仓单交易模式是一种运用智能合约技术的新型仓单交易模式,将区块链上的信息、资金等资源进行整合,能够有效地解决企业在传统仓单交易模式下数据可信安全以及仓单确权交易难的问题。 本文主要研究工作有如下几点: 1)经过深入研究区块链技术的发展现状,提出了一种新的电子仓单交易模式。将区块链技术应用于仓单交易,并基于以太坊开发架构,构建去中心化的仓单交易系统。这种系统能够有效地提高电子仓单交易的效率和安全性。 2)研究区块链仓单交易业务的流程,对以太坊框架进行总体设计,对仓单交易系统的关键模块进行详细设计与实现,最终实现系统合约,库合约和业务合约的部署。结合实际业务场景,实现角色权限控制等具有特定功能的智能合约,以实现智能合约技术在金融领域的应用,保证仓单交易环境的安全。 3)分析传统拜占庭容错共识算法应用于仓单交易系统中的共识效率低及吞吐量小等问题,提出一种基于多层分组的MG-PBFT共识算法(Multi-layer grouping PBFT)。通过实验证明了基于多层分组的实用拜占庭容错共识算法应用于仓单交易系统中吞吐量更高、时延更低。 4)基于上述研究,结合区块链仓单交易过程实际应用需求,对区块链仓单交易流程进行分析,对系统框架、接口界面、数据库系统等方面进行了详细设计,提出系统功能性和非功能性要求,开发了一个区块链仓单交易系统并进行测试。

关键词： 共享制造   区块链智能合约   双链式区块链   演化博弈论   多目标任务分配  

摘要： 共享制造是服务型制造的重要组成部分,是一种新型的制造资源配置方式,适应共享经济时代发展,打破了行业壁垒,解决了供给侧资源分布不均,实现了制造业闲置设备、技术和人才的供求匹配合理化与高效化。智能合约在共享制造陌生节点信任构建、制造过程的去人工化自动执行等方面扮演关键角色,是实现共享制造快速落地的良好解决方案。本文以面向共享制造的智能合约为对象,设计面向共享制造的双链式区块链架构,研究共享制造过程中区块链稳定性自主维护机制,并设计共享制造任务分配多目标优化算法。首先,分析了区块链赋能共享制造的机理,通过元建模技术抽象共享制造中服务消费者、服务提供者、共享制造平台的三方信息模型,设计面向共享制造过程中存储不同信息的企业信息链和交易业务链,给出了面向共享制造的双链式区块链架构,并介绍该架构中共享制造区块链网络(Blockchained Shared Manufacturing Network,BSMN)的稳定性自主维护与共享制造节点间任务分配流程。其次,针对BSMN稳定性自主维护问题,分析其稳定状态的演化过程。基于演化博弈论构建面向不完全理性主体的非对称演化博弈数学模型,推导出BSMN的五种稳定状态,并对稳定状态进行仿真验证。基于演化稳定状态,确定了三种稳定策略激励不同博弈主体参与记账操作,设计激励模型并开发智能合约动态调整记账过程奖励的稳定积分,实现BSMN稳定性的自主维护。然后,针对共享制造任务分配问题,从服务消费者、服务提供者、共享制造平台三方视角建立多目标数学优化模型。基于麻雀搜索算法,设计种群更新机制实现离散问题连续化,设计两段式编解码方式初始化种群,引入快速非支配排序,形成离散化问题求解的多目标麻雀搜索算法。设计智能合约调用BSMN多节点算力以获得更多优秀解,并对结果进行二次优化。最后,基于上述模型和方法开发原型系统。搭建面向共享制造的双链式区块链系统,开发稳定性自主维护智能合约、共享制造节点间任务分配智能合约,并通过案例测试所开发的原型系统的运行流程,验证了模型和方法的可行性。

关键词： 海运物流联盟   博弈论   Shapely值   利益分配   智能合约  

摘要： 海运物流在国际贸易中扮演着至关重要的角色,它是保障全球商品流通的重要环节之一,它不但可以跨越地理障碍,而且是运输大宗商品的最佳选择。海运物流联盟通过成员合作和资源共享,提高海运物流的效率、服务质量和竞争力。区块链技术因其具有去中心化、分布式账本等特点恰恰能解决当前物流联盟存在的信息不对称,难以建立良好的信任机制等问题。但是基于区块链技术应用的基础上,海物流联盟成员利益分配问题仍是其亟待解决的瓶颈问题之一,若利益分配问题不能妥善解决,会严重影响联盟的稳定性和整体利益最大化。因此对海运物流联盟成员进行合理的利益分配,保证海运物流联盟利益分配的公平性和可信性至关重要。本文在区块链技术的背景下,研究海运物流联盟的利益分配问题。具体的研究内容如下:(1)本文基于区块链技术对海运物流联盟的稳定性进行了分析。通过三方演化博弈论对影响联盟稳定性的因素进行分析,并对各影响因素的演化路径进行仿真分析,参考仿真分析的结果发现利益分配问题对联盟稳定性的影响最为重要。若联盟内部利益分配不当,会对联盟的稳定性产生负面影响。(2)本文基于区块链技术建立了修正Shapely—AHP(Analytic Hierarchy Process)法的利益分配模型。以联盟整体利益最大化为主要考虑因素,模型为了确保各参与者在海运物流联盟中的贡献得到公平的回报引入了影响联盟成员利益分配的因素,并且对每个影响因素的权重进行了评估和计算,对联盟成员的利益分配系数进行求解,解决了联盟成员利益分配问题。(3)本文设计了海运物流联盟利益分配智能合约,在Remix编译环境下使用Solidity语言进行编译、部署合约,并将合约输出结果记录在区块链上,以确保利益分配的透明和公正。

关键词： 工程项目管理   区块链   链上链下存储   智能合约  

摘要： 工程项目建设在国民经济中起着良好的引领和支撑作用,但传统的工程项目管理系统存在诸多不足,如信息化程度不高导致项目审批不及、中心化存储方式带来的隐私泄露以及工程质量可追溯性差等问题。因此,迫切需要一种更加安全、透明和可信的方法来有效管理工程项目信息。区块链是一种分布式的信息存储和处理技术,具有去中心化、难篡改和可追溯等优点。据此,本文研究设计了一种基于区块链的工程项目管理系统,具体的工作如下:(1)针对合同数据量较大造成的链上存储压力问题,提出了链上链下结合的数据存储机制。该机制对于数据量较大的合同信息仅将合同数字摘要和存储地址上链存储,数据本身仍然存储在传统数据库中,并为提高数据访问效率设计了带线索的双向链式存储结构;(2)针对去中心化环境下恶意节点带来的安全性隐患,设计了结合中心化的管理策略,通过引入日志机制记录节点行为,并结合黑白名单限制恶意节点的系统访问;(3)针对工程项目管理过程中由于操作者单方拖延而导致效率低下问题,采用智能合约对涉及多方操作的业务逻辑进行了优化设计,提高了数据处理效率。通过构建一个具有100多个节点的模拟区块链网络,对系统的功能与性能进行了测试,仿真测试结果表明,系统在数据安全性、运行效率等方面具有良好优势,实际应用也表明了系统的可用性。图36幅,表19个,参考文献70篇。

关键词： 智能合约   时序特征   Shapelet-Transform   BERT   TextCNN  

摘要： 区块链技术的广泛应用带来了新的安全威胁,大量针对智能合约漏洞的攻击出现,使得智能合约的安全问题成为国内外研究的关注点。智能合约漏洞的存在会导致资产被盗取、身份被盗用、合约被篡改等不良后果。因此,检测智能合约漏洞是保障区块链系统安全的重要措施之一。智能合约是一种基于区块链技术的自动化合约,并以代码的形式部署在以太坊上。基于智能合约操作码的漏洞检测方法是当前智能合约安全领域研究的热点之一,通过分析操作码特征发现潜在的漏洞,从而提高智能合约的安全性。目前常采用机器学习方法和深度学习方法对智能合约操作码进行特征提取并分类,但由于没有考虑到智能合约操作码内在的时序特征和文本特征,导致检测结果准确率低。针对上述问题,本文提出基于时序特征和文本分类的智能合约漏洞检测方法。本文主要工作和创新型成果如下: (1)本文使用词嵌入方法对智能合约操作码进行语义编码。在智能合约漏洞检测中,操作码的编码质量将直接影响着后续智能合约漏洞检测的效果。传统的文本编码方式有One-Hot和TF-IDF,但此类方法不能充分考虑文本内在的语义信息。针对此问题,本文采用自然语言处理的词嵌入技术对智能合约操作码进行编码研究。通过词嵌入方法可以充分的提取文本单词的语义信息并映射到多维空间中,使得操作动作相近的智能合约命令和函数在编码后的向量空间中欧氏距离也相近,可以很好的保留智能合约操作码的语义信息。 (2)采用时序分析方法,提出基于Shapelet时序特征的智能合约漏洞检测方法。智能合约操作码是智能合约执行过程所涉及的操作,是典型的时序数据。本文首次将Shapelet时序特征提取方法引入智能合约漏洞检测领域中,通过时序分析方法ShapeletTransform与机器学习方法相结合,实现自动提取操作码时序特征并分类。实验结果表明,该模型可以实现智能合约操作码时序特征的自动提取,不仅具有较高的精确度,也有着较强的可解释性,提取的Shapelet可以为智能合约漏洞检测后期的追踪、定位提供依据。 (3)采用自然语言处理技术,提出一种基于BERT和Text CNN文本分类的智能合约漏洞检测模型。智能合约操作码对应自然语言的文本序列,可以采用自然语言处理的文本分类模型进行分类。本文将自然语言处理的预训练模型BERT和文本分类方法Text CNN引入智能合约漏洞检测领域中,解决了Shapelet算法复杂度高的问题。该方法用大量未标记的数据进行预训练,用少量的标注数据进行微调,这种模式为解决目前智能合约存在的标注数据集少而未标注数据集多的问题提供解决方案。实验结果表明,该方法在二分类任务和多分类任务上精度均高于第二部分所提方法。

关键词： 区块链   DPoS   激励机制   智能合约   信誉值  

摘要： 区块链技术凭借其安全、透明及不可篡改的特点,在我国的身份认证等公共服务项目获得了有效应用,极大促进了政府数字化转型和治理能力的提升。越来越多的应用对区块链系统的性能提出了更高的要求,而区块链性能的提升依赖于共识机制,目前性能较高的DPoS共识存在着投票不积极、共识奖励不充分等问题。针对于以上问题,本文以DPoS共识为研究对象,做了如下工作:对于DPoS共识机制中存在的激励机制不充分问题,采用激励相容原则为其设计了一种基于信誉值的激励机制方案,可以提高投票节点的参与积极性,通过信誉值快速清除作恶的代表节点,同时对节点行为进行奖惩,维护了系统收益分配的公平性;改进了共识中的选举算法,设计了一种参考信誉值投票的权重算法,有效避免了投票权利集中现象的出现。通过搭建一个基于激励机制的DPoS共识机制(DPoS-EM)的区块链原型系统,按照系统的TPS、作恶节点的清除速度及收益分配的合理性等标准设计了测试方案并测试了其效果,对结果进行了定性和定量分析,证实了机制的有效性。本文首先总结了研究背景和主流共识机制的国内外研究现状,介绍了区块链系统的相关理论与技术。就此引出了 DPoS-EM共识机制,并对其中节点的行为考量、选举算法和节点行为奖惩进行了详细讨论。在需求分析部分,本文描述了系统包含的功能性需求和非功能性需求,并在概要设计中阐述了系统的架构设计、功能模块设计和用户接口设计。在系统的详细设计与实现章节中,本文描述了系统各功能模块设计与实现的具体细节。将系统测试分为了两部分:在功能性测试方面,本文叙述了对系统各个功能模块的测试用例以及测试结果;在非功能性测试方面,本文描述了系统的性能实测实验。最后,本文对系统进行了总结,包括系统的不足之处和可能的改进策略,并展望了系统的前景。