关键词： 电子投票   非交互零知识证明   以太坊   匿名认证   智能合约  

摘要： 电子投票作为一种统计不同意见的系统工具,具有公开、公平、安全和有效四大特性。目前市面上的电子投票主要分为两种,一种是依赖中心化服务器和可信第三方的方法,另一种是基于区块链的分布式方法。前者易于开发但存在一些致命问题（中心服务器存在遭到攻击致使系统面临瘫痪和用户隐私泄露的风险,以及候选人不信任第三方计票结果的现象）。后者包括基于比特币和以太坊的方法,都具有去中心化,防篡改和准匿名性等特点。但基于比特币的电子投票系统建立共识时间较长,需要大量计算,这使得其难以应用于大规模投票和实时投票。同样,基于以太坊的电子投票系统计算成本高、验证过程相对复杂以及投票过程无法保证其用户匿名性的问题。因此,针对上述问题,本文提出一种基于以太坊的分布式匿名投票的新方法,将用户的信息加密、再生成身份承诺插入Merkle树中,通过非交互零知识证明技术来证明树上是否存在当前用户身份承诺,从而保证系统的匿名性和可验证性;利用链上链下相结合来优化验证流程,使该系统在轻量化的同时保证了其安全性。最后实现了一个安全可靠和容易部署的分布式匿名投票系统。本文主要工作如下: （1）针对传统集中式可信第三方计票方法中存在的不可信和被篡改问题,提出了基于以太坊智能合约的验证和统计选票算法,利用以太坊的不可篡改性和合约的强制执行特性来解决传统集中式可信第三方计票方法中存在的不可信和被篡改问题。该算法通过智能合约进行选民资格验证和选票记录,并确保已提交的选票信息不可篡改和计票结果的准确性。该算法具有去中心化和不可篡改的特点,能够有效消除可信第三方计票带来的不可信和被篡改问题,为选举过程提供更加公正和透明的保障。 （2）针对基于以太坊的电子投票方法存在的链上选民身份的匿名性、重复性投票以及如何平衡节点间可验证性和隐私保护的关系等问题,提出了基于简洁非交互式零知识证明和Merkle技术相结合的验证电路算法,用于解决基于以太坊的电子投票方法中存在的匿名性、重复性投票以及如何平衡节点可验证性和隐私保护之间的关系等问题。该方法需通过电路和证明密钥生成证明,链上验证通过后才能进行有效投票,实现选民链上匿名、选票唯一性、节点可验证性和隐私保护的平衡,为以太坊和电子投票提供一种有效解决方法。 （3）针对上述提出的算法设计并实现了一个分布式电子投票系统,并对该系统进行了功能和性能测试,通过测试显示该系统在电子设备上的可行性。本文实验结果表明,即使在20层及220个用户的情况下,用户依然可以快速进行投票,从而实现一个安全可靠的分布式投票系统。

关键词： 电动汽车接入电网(V2G)   区块链   公钥证书   智能合约   跨域认证  

摘要： 近年来,随着国家“双碳”政策的推动与落实,我国能源绿色低碳转型步伐快速迈进,以新能源为主体的新型电力系统加快构建,新能源汽车产业蓬勃发展。然而,当大规模电动汽车接入电网进行无序充电时,会影响电网的安全稳定运行。电动汽车接入电网(Vehicle to Grid,V2G)技术在电网的统一调度和控制下实现了电动汽车和电网之间的能量和数据的双向互动,缓解了大量电动汽车接入电网带来的负面影响。电动汽车与电网互动时,离不开信息通信系统的支撑,然而信息通信技术在V2G网络中的广泛应用会带来一系列安全问题。因此,V2G中实体间的安全认证是保障用户隐私和能源交易安全的前提。目前基于传统的公钥基础设施(Public Key Infrastructure,PKI)技术的安全认证方案大多存在着单点故障、证书管理复杂以及多证书颁发机构(Certificate Authority,CA)互信困难等问题。而最近备受关注的区块链技术凭借其去中心化和不可篡改等特性可以提供可行的解决方案。所以本文提出了基于区块链的V2G安全认证方案。首先,在分层分布式控制方式的框架下,设计了基于区块链技术的系统架构,并对系统的安全需求进行分析。其次,针对系统存在的安全问题,利用智能合约、椭圆曲线数字签名算法和公钥证书,从域内和域外两个角度提出了分布式的安全认证方案,并实现自动化地用户公钥注册、查询以及撤销操作,有效地保障了用户公钥的安全性。同时借助区块链技术实现了跨域认证,很好地解决了传统PKI技术的不足。最后对文中方案的安全性和性能进行了评估,结果表明本文所提方案满足V2G的安全需求,并通过系统仿真,验证了方案的安全性、有效性和可行性。

关键词： 移动群智感知   区块链   智能合约   隐私保护   任务发布机制  

摘要： 随着物联网技术的发展与普及,现已被广泛应用于各个领域。因此,作为物联网最主要的数据收集方式,即移动群智感知技术也受到了越来越多的关注与研究。移动群智感知是一种结合了众包思想以及移动设备感知能力的新型技术,可以为参与者们提供更加灵活、高效的数据采集方法。然而,在其带来极大便利的同时,也不可避免的存在数据收集过程中的隐私泄露问题。 首先,由于传统的移动群智感知技术依赖于集中式服务器,因此存在单点故障的风险;其次,不论是在任务发布者进行任务发布的过程中,还是任务接收者进行任务数据的上传过程中,任务及用户隐私也都需要得到安全性的保障;最后,在保证隐私安全的基础上,能够进一步提高感知系统的性能也成为一个值得探究的问题。按照上文所述,本论文主要贡献可概括如下: (1)针对传统移动群智感知技术中存在的单点故障问题以及任务隐私泄露问题,本文提出了一个基于区块链的任务隐私增强的移动群智感知方案,其中结合了谱聚类以及智能合约技术来保障数据感知过程中任务发布者所发布的任务中包含的隐私信息。仿真实验结果表明,该方案可以有效减少任务隐私泄露的可能性。 (2)针对实际应用中,不同区域往往对隐私保护度以及任务完成度的需求不同这一问题,本文提出了一个基于区块链的任务及用户隐私增强的移动群智感知方案。具体的,在每个区域中使用深度强化学习中的深度Q网络算法(DQN)训练局部模型来得出对于每个区域而言最优的任务分类方法,接着为实现不同区域间的数据共享,本方案还使用联邦学习来训练出一个全局模型以防数据孤岛问题的出现。进一步的,在模型训练过程中会使用到历史数据,这便意味着这些历史数据中的隐私信息可能会被泄露。因此,本方案使用深度差分隐私技术来保护这些敏感信息。仿真结果表明,该方案能够根据不同区域的实际需求完成任务的分类及发放,实现隐私保护与系统性能之间平衡的目标。 (3)针对提高任务发布机制效率的问题,本文提出了一个基于区块链的高性能隐私增强的移动群智感知方案,其中将变分自编码器(VAE)结合循环神经网络的变体门循环单元(GRU)组成一个具有预测功能的模型,使得任务发布者能够根据该模型所训练出的预测值进行有计划的任务发布,从而提高任务发布机制的效率。进一步的,为了保护数据中的隐私信息,本方案使用差分隐私技术对历史数据进行处理后再将其放入模型中进行训练。仿真结果表明,相较于无预测的任务发布,本方案所提出的策略优势较为明显。

关键词： 区块链   智能合约   联邦学习   集成学习   有向无环图  

摘要： 近年来,随着深度学习技术的飞速发展,人工智能带来的数据隐私问题引发了大量的关注,如何在保护数据隐私的前提下发展人工智能技术成为了一种挑战。基于区块链的联邦学习技术可以让参与方在不共享数据集的情况下,共同训练全局模型,在保护数据隐私的前提下,使用大量数据训练模型,有着广阔的使用场景和巨大的应用价值。目前的联邦学习技术并不能很好地解决Non-IID问题、算力异构问题和去中心化问题,使得联邦学习在性能和隐私保护方面并不能有很好的表现。针对这些问题,本文主要工作如下:(1)提出了基于并行集成学习的联邦学习算法,使用初级联邦学习器和次级联邦学习器的两级学习器结构,提升联邦学习的性能,实验表明,在MNIST和Cifar-10数据集上使用Non-IID的划分方式时该算法比其他方法有着更好的表现。(2)将基于并行集成学习的联邦学习算法和基于DAG的去中心化异步联邦学习结合在一起,以区块链和智能合约为基础,实现了基于区块链的联邦学习系统,在系统中可以实现任务管理、联邦学习和用户管理等功能。该系统在执行图像分类的联邦学习任务时,达到98.64%的分类准确率。

关键词： 区块链   智能合约   自动执行   法律规制  

摘要： 智能合约是区块链技术在合同领域的具体应用,其作为一种新兴合同形式具有广阔的应用空间。区块链技术是智能合约得以运行的基础,通过分布式记账技术实现交易信息的共享,由各节点根据代码程序自动解密并履行合同,无需中间机构参与。而智能合约就是部署在区块链上的合同形式,具有合同基本要素,能够满足当事人的交易需求。智能合约的运行逻辑可概括为“创建程序-验证信息-执行结果”三个步骤,具体表现为两方交易主体只需用虚拟身份达成订立智能合约的合意,智能合约便可以自动执行,这种交易的简便使智能合约具备了去中心化、匿名性、自动执行性的特性。智能合约具有技术属性和合同属性双重属性,导致学界对其法律属性存在不同争议。技术支持者认为智能合约只是一种实现合同目的的辅助技术手段,其运行过程依赖于代码程序而非交易主体意志;另一种观点则认为智能合约是含有合同构成要素、涵盖合同缔约方依据要约和承诺达成履行约定的计算机协议,它依托区块链技术来实现自动履行,但并不等同于技术本身。智能合约的订立具备“要约-承诺”两阶段,只是在生效时间及表现形式上不同于传统合同;其履行过程则兼顾了电子合同与格式合同的优点,完全遵循合同内容执行,而不受其他因素干扰;若发生合同纠纷,当事人也可以向法院或者仲裁机构寻求救助,且智能合约的高履约率在很大程度上也减少了违约行为的发生。因此,智能合约并未突破传统合同的整体框架。智能合约快速发展的同时也暴露出了许多问题点与规制不足的情况,一是限制当事人意思自治,定式化的代码程序无法满足多样化需求,也不能及时进行变更或者解除;二是存在技术瑕疵,高度依赖技术主体的能力及判断,且存在无法避免的可攻击的漏洞;三是法律规制不足,我国尚未明确智能合约的法律地位,未能够建立起明确的规则体系,缺乏确切指引;同时,在智能合约投入市场前,未能进行事先审查,而只能采取事后救济的方式。针对智能合约所存在的问题,笔者提出了几点完善建议。首先,必须确定智能合约规制的法律原则,要能够坚持在合同法的指导思想下,明确智能合约的规制方向。基于智能合约技术与合同的双重属性,在其规制过程中应当贯彻比例原则、诚实信用原则、公正平等原则。其次,应当完善智能合约的法律规则体系,构建事前审查与事后备案相结合的审查机制,有效监管智能合约的安全风险。同时,可以基于现行电子商务法的相关规定,制定适用于智能合约的标准规范,给智能合约责任主体提供明确指引。为避免工具理性凌驾于人的理性,我们还需要畅通当事人的救济路径,立足智能合约的效率特性,配置相应的线上争议解决模式。在线下救济过程中,要明确电子数据的证据效力,发挥智能合约留存证据的优势。对于智能合约再救济制度的配置,也可以进行适当简化,确保救济成本能够与救济收益相适应。

关键词： 移动边缘计算   区块链   智能合约   任务卸载   博弈论  

摘要： 5G技术的发展和物联网技术的普及,数据量呈指数级增长。移动边缘计算利用靠近数据源头的计算节点对数据进行处理,减少网络开销。然而现有边缘计算研究方案中,任务数据保护方法和卸载决策方法大多采用集中式方案,容易受到恶意篡改攻击,同时存在拥塞拥塞问题。除此之外,在卸载过程中,多方会为了自身利益做出不利于整个网络架构的行为。任务数据的不安全和卸载中的不诚实行为,会极大程度降低网络架构的可信度。可信度是MEC服务器和终端设备参与卸载的重要因素。失去可信度将严重影响MEC服务器和终端设备的参与积极性。区块链技术作为一种新兴技术,可以有效解决边缘计算中的数据安全和信任问题。因此,研究基于区块链的边缘计算可信任务卸载方法和系统具有现实意义。本文针对分布式边缘计算场景信任问题进行了研究,建立了问题模型,采用效用作为评估标准,得到虚拟机与卸载任务的效用函数。将卸载问题转化为双边效用最大的匹配问题。考虑到分布式计算卸载中个体理性的问题,本文建立了非合作博弈目标函数,并提出了基于博弈论的任务匹配算法,该算法满足纳什均衡状态,可以让个体在分布式计算卸载中做出最优选择,保证卸载的公平公正。为了解决中心化决策组织恶意获利、决策过程不透明带来的问题,本文提出了基于区块链的可信卸载方法,代替中心化决策组织,使得卸载过程公开透明。基于真实数据集的实验表明,所提出的分布式算法性能相似于集中式最优算法,能在牺牲较少性能的情况下,保证卸载过程的可信和透明。本文针对计算卸载中的任务数据安全问题,结合卸载决策算法,提出一种基于区块链的边缘计算可信卸载系统。本系统的核心主要采用Hyperledger Fabric联盟链框架并结合星际文件系统,形成“链上索引,链下存储”的协同存储模式。系统将任务详情数据和卸载数据的索引信息链上存储,确保任务详情数据和卸载数据索引的去中心化存储、不可篡改优势,缓解网络拥塞,避免恶意篡改数据。系统利用星际文件系统技术,在链下存储卸载数据,有效地降低了系统的存储压力。本文对所提出的系统进行设计和实现,包括总体设计、系统核心功能模块的设计、区块链层设计和实现、星际文件系统的搭建。针对系统进行系统仿真测试。测试结果表明,所提出的基于区块链的边缘计算可信卸载系统具有良好性能,卸载决策智能合约具有较小的计算开销,能够满足用户的使用需求。最后,本文对所提出的系统和方法进行可信度分析,验证其有效性。

关键词： 区块链   智能合约   蜜罐   机器学习   元学习  

摘要： 区块链技术被称为第四次工业革命以来最具有颠覆性的技术,它所具有的去中心化、不可篡改等技术特性使得其具有广阔的应用空间与场景。然而智能合约安全漏洞频发,给合约的运行推广带来了巨大的阻力。蜜罐合约是近年来出现的一种新型合约,区别于尽量隐藏漏洞的传统漏洞合约,蜜罐合约往往会主动暴露出一个看似易受攻击的漏洞供人发现,以此在引诱他人进行攻击,但这个攻击往往会失败。由于蜜罐合约是一种新型智能合约,学术界目前对于蜜罐的识别检测研究还不够完善,仍然存在着一定的提升空间。基于这种现状,本文做出了如下的工作: 本文首先提出了一种LSTM+Attention机制的网络模型,用来对蜜罐合约进行识别检测。现有的蜜罐识别方法都需要人工的参与,而本文利用LSTM+Attention机制实现了端到端的蜜罐识别方法,整个过程完全自动化,无需人工参与,减少了蜜罐识别的工作量,增强了蜜罐识别的便捷性。该方法充分利用了solidity源代码自身的结构信息来进行蜜罐的识别判定,在判断合约是否为蜜罐的问题上准确率达到了0.98、精准率为0.95、召回率为0.95、综合F1分数为0.95,在蜜罐识别问题上取得了相当优秀的表现。 然后本文在前期工作的基础上,提出了HD-CDCS模型来对蜜罐类型进行具体判定。HD-CDCS模型以Code Bert模型为基础框架,并利用MAML的训练方法使得该模型拥有快速收敛的能力,最后在solidity源码数据集上面进行微调过程,最终在小样本数据集的情况下实现了对于蜜罐类型的准确判定。测试实验表明,HD-CDCS模型在蜜罐类型判定问题上,整体的分类准确率达到了0.99。利用Macro-average方法计算得到的精准率、召回率和F1分数分别为0.85、0.92和0.87;利用Weighted-average方法计算得到的准确率、召回率和F1分数分别为0.99、0.99和0.99。在具体的蜜罐类型判定问题上,HD-CDCS也获得了良好的表现。 最后本文实现了蜜罐合约识别检测的在线平台,方便用户利用平台在线实时地对智能合约进行检测。用户可以在与合约账户进行具体交易之前,利用在线平台对智能合约进行蜜罐合约的识别检测。通过提前检测,用户能够规避交易风险,其交易的安全性也得到了保证。

关键词： 区块链   PBFT算法   智能合约   中药材   溯源系统  

摘要： 随着近年来中医药的发展和市场需求的增长,中药材产业链溯源体系也取得了一些进展。然而目前一些传统中药材溯源系统中仍存在许多问题,主要分为两方面:一方面,大部分溯源系统往往由企业或相关组织独立建设,各系统之间难以完成数据共享,溯源数据的完整性难以保证。另一方面,在传统管理模式下,由于产业链上下游之间存在利益关系,信息传递过程中可能存在篡改或隐瞒不利信息的行为造成溯源数据真实性难以保证。为了解决这些问题,需要引入新的技术来构建中药材溯源系统。联盟链技术具有去中心化,可追溯,不可篡改等特性,与中药材溯源场景的需求高度契合。因此,本文针对联盟链技术在中药材溯源系统中的应用进行研究,主要包括以下两部分内容: (1)本文提出了一种动态节点分配的PBFT算法(Dynamic Node Assignment Practical Byzantine Fault Tolerance,D-PBFT),为了解决联盟链中药材溯源系统规模扩大和节点数量增加所带来的共识效率快速下降以及重复选用拜占庭节点作为主节点的问题。算法通过对一致性协议的优化,实现了在预准备阶段向所有节点广播,而在其他阶段仅在部分节点间进行通信,从而减少了广播次数和通信开销。同时,引入了动态节点分配机制,为每个节点设立信誉积分,并根据节点的信誉积分情况动态调整参与共识的节点。最后,对主节点选举策略进行了优化,根据信誉积分情况选择主节点,避免了主节点长期占用和频繁视图切换的问题,提高了在溯源场景下的共识成功率。通过实验证明了D-PBFT算法在中药材溯源场景下能够保证联盟链网络中企业节点的容错性,同时与传统PBFT算法相比能够显著提升共识效率和吞吐量。 (2)本文设计并实现了一个基于D-PBFT共识算法中药材溯源系统,本系统选用Spring Cloud作为系统分布式框架,Fabric作为联盟链框架,将中药材从种植、加工到销售全程数据进行记录,并通过智能合约将数据打包上链,使用D-PBFT共识算法来保证联盟链网络中消息的一致性。首先本文根据具体中药材溯源场景对角色和业务模块进行拆分,设计了分布式微服务系统的整体架构,并根据D-PBFT算法节点分配策略对联盟链网络中组织、通道和节点进行设计;其次,本文对各个业务功能模块进行了详细设计,完整描述了各业务功能流程、数据结构以及相关接口;最后给出系统实现和部署过程,并对系统核心功能与性能进行测试。本系统实现了中药材信息上链、溯源的查询等功能,利用区块链技术保证了数据的真实性与完整性。

关键词： 古树名木   共识机制   区块链   数据存储   智能合约  

摘要： 古树名木作为珍贵的自然资源和重要的科研资料,目前常通过保护监督系统对其进行管理。但传统的保护监督系统,存在数据安全性低,容易篡改以及养护过程不公开透明等问题。为解决以上问题,本文提出了基于区块链的古树名木保护监督系统。通过对区块链中共识机制的优化设计提高数据交易的效率,保障共识过程的安全性;并设计Fabric与My SQL结合的联合存储模式实现数据的复杂查询,养护数据的对外公开。本论文的主要研究内容如下: (1)设计了角色贡献值证明(Po RC)共识机制。Po RC共识机制根据节点的贡献值对节点进行分级,并在每个古树名木保护组织中贡献值最高的节点集中票选出代表该组织进行交易提案的主节点。Po RC通过制定参加共识过程的限制条件,增加了恶意节点的作恶成本,保障了共识过程的安全性。并通过主节点的选取避免了重复的交易信息进入共识,缓解了网络压力,提高了系统性能。 (2)设计了基于Fabric和My SQL的联合存储模式。Fabric联盟链数据库虽具有很高的安全性,但对大量数据读写效率较低,且联盟链中数据并不向联盟外的成员公开,无法满足系统需求。为此,联合存储模式将区块链中有效数据存储在My SQL数据库中并进行加密,实现对数据的复杂操作、保证查询数据与区块数据的一致性。 (3)设计并实现了古树名木保护监督系统。通过分析古树名木等级认证标准和保护措施,本文将Po RC共识机制和数据联合存储框架相结合,设计并实现了基于区块链的古树名木保护监督系统。