关键词： 区块链   多技能移动空间众包   智能合约  

摘要： 随着无线网络和移动智能设备的普及,移动空间众包吸引了许多学界和工业界的关注。但是有些移动空间众包可能相当复杂,这些复杂的任务需要具有特定专业知识的熟练工人。多技能移动空间众包(Multi-skill Mobile Crowdsourcing,MS-MC)能够解决上述的复杂移动空间众包场景,更贴近人们的日常生活。例如修缮房屋、筹备聚会和为仪式表演娱乐节目等任务需要工作者具备相应的技能,对工作者的专业技能要求也很高。现有的众包流程通常由中心化的众包平台管理,而第三方众包平台面临着单点故障问题、用户隐私泄露问题、公平性仲裁问题、以及中介费等问题。区块链技术提供的去中心化和隐私保护等技术特点能够很好的解决上述问题。使用去中心化的区块链技术代替传统的中心化众包平台成为了众包模式的新解决方案,但现有的区块链众包工作无法支持多技能移动空间众包的复杂任务场景。本文着力于构建支持多技能移动空间众包任务的区块链众包系统,针对任务分配算力消耗过大、质量评估指标模糊多变、位置隐私保护困难大和Gas消耗费用高等难点问题,研究并设计了两种多技能移动空间众包的区块链解决方案。本文的主要研究成果如下:(1)本文使用去中心化的区块链基础设施替代了传统众包服务中的集中式众包平台,构建了基于区块链的去中心化多技能移动空间众包服务。此外,提出了一种适用于区块链计算受限环境的众包任务分配算法,解决了多技能众包任务的分配问题。为了保证众包流程的公平性,该方案实现了一种基于众包思想的通用任务质量评估方法。最后从以太坊交易延迟和任务分配算法的时间复杂度两个角度分析讨论了系统的可行性。(2)本文进一步以用户隐私保护和智能合约消耗优化为目标,设计了一种隐私保护的多技能移动空间众包的区块链解决方案。首先定义了隐私保护的主要目标,并提出了一种基于零知识证明的位置隐私保护方法。然后介绍了系统各个流程的详细实施细节,主要包括:用户注册、任务发布、提交任务请求、任务分配、质量评估和任务结算环节。随后详细论证了该方案的隐私保护能力。最后讨论了智能合约消耗的优化可行性。(3)最后,本文对上述的两个方案进行了实验和结果分析。对于方案一,设计了基准线任务分配算法用于模拟相关工作的任务分配过程,并与方案一的任务分配算法进行了对比实验。通过以太坊测试网模拟了方案一主要流程的Gas消耗,并测定了交易延迟时间。对于方案二,测试了在不同参数下的零知识证明生成的时间开销。然后模拟了不同场景下,任务结算流程中工人信誉值的迭代情况,确定了合适的参数范围。最后详细模拟了方案二主要流程的Gas费用消耗,并于相关工作进行对比。结果显示本文提出的方案在任务分配成功率和Gas消耗优化的表现较好,满足了区块链环境下的多技能移动空间众包关键需求,在未来的应用环境中具有良好的前景。

关键词： 区块链   智能合约   UTXO   数字化凭证   教育场景  

摘要： 随着区块链技术的发展和普及,它在教育领域的应用也受到了越来越多的关注和探索。区块链技术具有去中心化、不可篡改、可追溯、透明等特点,可以为教育场景提供安全、高效、可信的解决方案。本文首先针对UTXO账户模型下存在的“灰尘”问题提出了一种基于遗传算法的UTXO选择策略,该策略能在满足交易要求、最小化交易输入数量的基础上,减少区块链钱包中“灰尘”的数量。本文通过仿真实验验证了该策略的有效性和优越性。其次,面对日益繁杂、结构众多的NFT,管理NFT智能合约成为了亟待解决的问题。针对这个问题,本文提出了一种基于智能合约的NFT管理框架,支持相关组织和机构对其所有和负责的NFT智能合约进行统一的背书和管理。本文通过部署在以太坊测试网上,测试并分析了该框架的功能和性能。基于以上的研究内容,本文面向教育场景设计并实现了两个系统:教育数据收集与分析系统:链课、基于区块链的教育记录与凭证系统。链课是一个基于微信小程序和网页端的教育数据收集与分析系统,可以帮助高校和教师更好的收集和分析学生的课堂表现情况,并对这些数据进行分析和反馈。面对凭证系统中存在的数据篡改、伪造等问题,引入区块链技术可以帮助凭证系统拥有对抗此类问题的能力。本文在上述的NFT智能合约管理框架的基础上,设计和实现了基于区块链的教育记录与凭证系统,并对其进行了实际的部署和测试。

关键词： 医疗云环境   数据完整性验证   基于多级角色的访问控制   智能合约  

摘要： 随着医疗云的发展,医疗机构使用云服务器来存储电子健康记录(Electronic Health Records,EHRs),可有效减少本地存储开销,简化存储管理过程。然而,现有的大多数访问控制中,大多依赖于云服务器受信任的假设。实际上,一旦医疗记录上传到云中,所有者将失去对数据的控制,敏感内容可能会被未经授权的实体访问甚至被恶意修改。因此,保护EHRs的机密性和完整性至关重要。对于医疗等高安全领域,许多数据对象只能由一小部分相应的用户或审计员访问。因此,现有数据完整性审计方案不适用于对访问和审计有较多权限要求的EHRs,针对医疗云存储环境下电子健康记录的机密性和完整性问题,具体内容如下:(1)本文提出一个基于多级角色的实时审计方案(Real-time audit based on multilevel roles,RTA-MLR)。首先,依据共享电子健康记录数据结构的特殊性与敏感性,本方案采用实时性审计和确定性审计,以提高审计准确率;其次,为了实现隐私保护下细粒度的访问控制,采用多级密钥管理技术,通过使用不同密钥使多级角色依据不同权限对数据进行完整性审计;然后,为了避免集中式审计遭受单点故障瓶颈问题,在用户组内通过访问控制多项式向预期使用者分发共享密钥,从而实现对数据分级审计;最后,为了实现审计结果的不可否认性,云服务器向用户提供由双方签署的带有时间戳的收据,可以实现责任追溯。此外,通过安全性分析了本文方案是可证明安全的,并将本文方案与现有方案进行评估,实验结果表明本文方案降低了数据加解密、审计和签名计算成本,并且较低的存储开销可实现方案的可扩展性。(2)本文结合区块链智能合约技术和基于角色的访问控制(Role-Based access control,RBAC)模型,提出了一种分布式、可靠的医疗云环境下多级角色访问控制框架。传统的访问控制机制无法监控云平台上的用户操作,容易受到IP欺骗和其他影响数据完整性的操作。为了确保云平台上的数据完整性,访问控制机制应该保证身份验证、标识和授权。该框架由:访问控制合约(Access Control Contract,AC)、不当行为判断合约(Delict Contract,DC)和注册合约(Enroll Contract,EC)三个智能合约组成。为了证明所提框架的可行性,构建了一个以太坊区块链系统来实现这三种智能合约,本章的最后通过理论分析和实验验证对方案的性能优势进行了论证。

关键词： 区块链   智能合约   星际文件系统   共识算法   漏洞检测  

摘要： 随着以太坊的诞生,智能合约投入了大规模使用,区块链工业正式进入2.0时代,这推动了去中心化产业的繁荣发展。但由于设计不完善与应用不成熟等原因,智能合约的漏洞问题层出不穷。为了维护去中心化产业安全,大量针对智能合约漏洞的分析检测工具不断涌现,但由于训练数据的缺少与不规范,其准确性较低。除了检测工具开发者们自行构建的专用数据集,也出现了一些开源的泛合约数据集研究,但是这些数据集普遍具有时效性差,准确性低,无统一标准而不能互通有无等问题,所以没有得到广泛的认可,也没有成为权威和通用的数据集。这就造成了一个训练数据质量差导致工具准确性低,工具准确性低导致研究工作推进缓慢,研究缓慢跟不上数据迭代速度导致可用数据质量差的恶性循环。因此,如何建立一个不断更新迭代并拥有优质内容的智能合约数据库来推动研究工作发展成为亟待解决的问题。本文探索性的进行了区块链相关技术的研究,围绕智能合约漏洞开展了相关工具与数据集的整合工作,提出了合约数据共享社区方案,设计了一种创新的共识激励方法,并结合多种自动化检测工具形成一种高效的预检测方法,在此基础上实现了一个智能合约数据共享平台,在统一标准下通过大量分布式的用户节点进行合约数量积累,质量提升以及时效性保证。本文主要研究内容如下:(1)构造了一个基于区块链的智能合约数据共享平台,通过星际文件系统存放无重复的智能合约代码及其他信息数据,使用区块链存储对应的内容标识符,并在此之外构造一个中台来进行两个存储系统的内容匹配与分发。(2)分析多种主流共识机制的优缺点,在此基础上提出了一种新型激励共识方法,划分用户为三类节点,在此基础上节点可以参与投票,选举职能节点并持续性筛选优质合约内容,还针对不同类别节点设计独有贡献衡量机制,有效的激励了用户获取与贡献智能合约数据。(3)为平台筛选,处理和搭建了一定规模的初始数据集,结合多种智能合约漏洞检测工具,对其中一部分合约进行了检测,此外还将多种工具结合,构造了平台下的智能合约预检测模块,保证了智能合约自动标签与分类的功能,完善了平台的多重机制。

关键词： 区块链   电子病历   隐私保护   访问控制   数据共享  

摘要： 随着生活质量的提高,人们对健康服务的需求也在增加,这促进了卫生部门更紧密的合作以及更有效更安全的健康数据共享。医疗保健信息的共享与利用在电子病历管理、临床辅助决策、远程医疗、疾病风险预测等方面起到重要的作用。然而医疗保健数据的共享也带来了数据安全和隐私泄露、主体自主权不足、社会不公平加剧等问题。以太坊因为有独特的去中心化、可追溯性、可靠性和公开透明等特点,在医疗保健信息共享的应用具有巨大的潜在价值。论文主要研究基于智能合约的医院临床诊疗信息系统,解决数据难以分享、难以跨平台、难以隐私保护的痛点问题,创建一个去中心化适合医学数据共享的平台,实现跨机构信息共享的效果。针对现有基于区块链的医疗数据共享系统在数据传输过程中存在的信息重复率过高导致数据密钥泄露和分布式的场景下医疗数据的访问者分类问题,本文将要从以下三个方面展开研究:(1)针对现有基于区块链的医疗数据共享系统在数据传输过程中存在的信息重复率过高导致数据密钥泄露问题,本文提出了一种降低系统传输过程中的重复率的方法,改变医院访问同一病历时使用的密钥,避免了传输过程中信息的泄露。(2)针对在分布式的场景下患者保险的线上报销问题,本文明确保险机构在系统中的定位,单独设置了保险机构访问权限,完善了医疗数据的访问者分类。(3)实现了基于智能合约的医院临床诊疗信息系统,结合星际文件系统(InterPlanetary File System,以下简称IPFS)实现交易数据的分布式存储,使用智能合约实现共享请求与应答、控制策略、权限管理等业务逻辑,保证医疗记录和病人信息的隐私性。针对区块链上信息传递的安全和医疗数据的访问者类别问题,本文设计并实现了基于以太坊平台的医院临床诊疗信息系统,去除了患者转院时的诸多流程,实现了医院与医院之间、医院与患者之间的直接对话,大大提高了工作效率,并且增大患者自身权限,极大程度的解决了医疗数据分享和信息安全,跨平台和隐私保护问题。

关键词： 机载网络   访问控制   区块链   智能合约   基于属性  

摘要： 新一代大型机载信息系统采用IMA系统架构,提供电子飞行包、机载Wi-Fi接入,在方便数据共享与提升用户飞行体验的同时,也带来非法人员恶意入侵和访问人员越级访问等安全隐患。本文采用区块链与访问控制技术来确保机载网络的安全访问。首先,针对机载网络体系结构,对机载网络存在的安全隐患进行分析,建立载网络安全威胁模型,并在可信的机载网络中,根据典型的机型结构,对机载网络进行分域设计,为区块链技术在机载网络中的实现提供理论基础。然后,结合基于属性的访问控制与区块链技术,提出载网络环境下的基于区块链的域间访问控制方法,访问控制的具体功能以智能合约的形式在机载网络中实现,从而达到机载网络去信任、去中心化的目标,并降低了机载网络面临外部人员非授权访问的安全风险。最后,利用Fabric、Docker、树莓派等软硬件工具搭建区块链、机载网络实验平台,实现了机载网络下基于区块链的访问控制功能,并对访问控制的性能进行测试。通过仿真实验表明:利用智能合约将基于属性的访问控制功能实现在机载网络环境中是可行的,本方案中的访问控制准确率、实时性达到预期设计的指标,证实了区块链技术在机载网络下的有效性,能够为区块链技术的在民航领域的应用提供有力支撑。

关键词： 区块链   支付通道   共识协议   链下扩容   智能合约  

摘要： 随着区块链技术的高速发展,低吞吐量的问题成为限制区块链发展的关键瓶颈,在去中心化金融领域,极低的交易吞吐量大大延长了交易从生成到确认的时间间隔,削弱了交易的实时性。这种情况尤其不利于小额高频交易,同时也为一些攻击手段提供了可乘之机。因此,提升区块链系统的性能和可扩展性迫在眉睫。区块链扩容可分为两大类方法,即第一层和第二层解决方案。第二层扩容主要包含支付通道、链下计算、侧链三种方法。其中支付通道是一种在区块链之外构建的直接交易通道,实现快速、低成本的交易。但是目前成熟的支付通道网络研究大多为点对点支付通道,存在单通道内用户数量限制、中心化趋势、通道内节点不能离线导致网络开销大等问题。在涉及多方参与的交易中,需要将交易进行拆分,跨通道完成交易。基于以上问题,本文提出了一种基于区块链的多方支付通道的链下交易方案并对其可扩展性进行研究,主要研究内容与创新如下:(1)多方支付通道方案当前所提出较为成熟的支付通道网络均为两方通道,在单个通道内只能有两个用户进行交易,当节点想要和通道外的用户进行交易,则需要进行跨通道交易,若想保持一定的交易速率,需要建立大量的支付通道,并且需要长时间维护网络中的支付通道,在这个过程中产生了大量的网络开销和高昂的手续费用。基于此,本文提出了多方支付通道的完整交易方案,将单一支付通道内参与者拓宽到多人参与乃至大量参与者参与,极大的减少了维持网络所需要的支付通道数量与网络开销,在跨通道交易的过程中,交易路径上所需要的支付通道明显减少,用户的交易延时也相应降低。并且结合智能合约,有效地保证了支付通道内交易的安全性,对作恶节点提出了有效的惩罚措施,保障了通道内各个用户的权益。文章对提出的多方支付通道与闪电网络进行对比试验,实验结果表明,多方支付通道具有更高的吞吐量以及更低的网络开销与交易手续费用。(2)多方支付通道内的可扩展协议目前提出的多方支付通道方案大部分均引入了第三方监管机构,节点在交易的过程需要向第三方监管机构缴纳手续费用,与去中心化的思想不符。基于以上缺陷,本文提出了多方支付通道内的,以实用拜占庭容错共识(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)共识算法的思想为基础,结合智能合约,使其有很高的安全性与较低的时间复杂度。可扩展方案设计了节点加入协议、节点退出协议、节点恢复协议,使节点可以动态的参与网络,并且不需要重新组建支付通道。最后本文对可扩展方案与PBFT共识算法的多项指标进行对比实验,实验结果显示可扩展方案相比于PBFT算法具有更好的性能。

关键词： 联盟链   IPFS   电子病历共享   密码学   智能合约  

摘要： 电子病历系统是计算机化的病案系统,用于保存、管理、传输和重现患者的医疗记录。电子病历为患者、医生和研究人员提供了完整准确的历史诊断信息。但随着信息技术的发展,电子病历信息“孤岛”问题日渐凸显,单点式的病历存储模式易受黑客恶意攻击,导致医院无法保证患者电子病历数据的真实性。如何提供电子病历的真实性凭证,并实现医院间电子病历的可信调度是仍待解决的问题。本文利用联盟区块链、IPFS分布式文件系统和密码学技术,提出了一种基于联盟链的医院间电子病历互访存证模型,以解决医院间电子病历互访中电子病历的真实性、互信性和互访过程中的隐私性问题。本文主要工作如下:(1)针对医院如何提供患者电子病历的真实性存证问题,本文利用密码学技术设计了一种电子病历的真实性凭证,保证了患者电子病历数据的真实性和未被篡改性;(2)针对医院间如何对电子病历真实性凭证进行互信的问题,本文利用联盟区块链和IPFS构建了一个电子病历存证联盟链,在可信共享电子病历凭证文件的同时,减轻联盟链的存储压力;(3)针对医院间电子病历互访的隐私性和传统公钥体系可能随着量子计算技术的发展遭受破坏的问题,本文在电子病历存证联盟链的基础上,利用部分联盟节点可构成子联盟链的思想,设计了一种电子病历请求、响应子联盟链,以对医院间电子病历调度业务进行隔离;在病历数据传输时,本文通过格密码对会话密钥进行协商,利用哈希算法将链上请求、响应处理与链下数据传输相锚定,从而在确保数据真实性的同时,抵抗量子计算带来的数据安全问题;(4)本文通过实验仿真验证了以上方案的有效性,并设计、实现了基于联盟链的医院间电子病历互访存证系统,保证了医院间电子病历的可信调度。

关键词： 区块链治理   社区治理   居民自治   智能合约  

摘要： 区块链作为一种分布式账本技术,具有去中心化、不可篡改、自治性、匿名性等特点。近年来,区块链在全球范围内受到广泛关注,越来越多的研究成果被应用到各个领域中,其中包括了经济科技和社会领域。随着社会各界对区块链应用的不断探索和深入讨论,区块链在治理相关领域已经有了一定的研究成果,以区块链技术为依托的社区治理模式应运而生。区块链的特征和社区治理的特点之间的契合性,提高了“区块链+”社区治理的耦合效应。 区块链技术能够有效解决传统社区治理中存在的诸多问题,提升社区治理水平,构建和谐的新型社会关系。本文主要从区块链的特征入手,结合目前区块链在我国社区治理中的应用现状并对其未来发展进行分析,同时指出了目前区块链在社区治理中应用的问题和不足,通过搜集和筛选2020-2022年间全国部分省市区块链技术的应用成果并运用区块链治理决策框架加以归纳分析,挖掘“区块链+”社区治理应用中潜在的风险,分析区块链运用于社区治理领域可能存在的问题及其原因,最后对目前存在问题提出了相关建议,在区块链治理决策框架的基础上,将微观层面、中观层面、宏观层面内含的九种治理决策类型具体划分为技术层、互动层、制度层三个层级,借此对“区块链+”社区治理的优化路径进行策略探索。 研究表明,区块链具有强化平等开放、协作共享的自治价值,能够助力社区治理贯彻以人为本的核心理念。作为实现新型社会治理模式重要组成部分,社区事务管理需要在社区自治基础上,构建出一个多方参与、权责明确、合作协调的现代化社区服务机制,通过规范“区块链+”社区治理的组织架构,添加可编辑智能合约,建立多元主体共同参与的治理模式,可以实现基层社会对公共服务的有效供给和对公共事务的高效管理。