关键词： 云存储   完整性验证   隐私保护   公平支付   智能合约  

摘要： 近些年来,互联网信息技术的飞速发展逐渐取代了传统信息的地位,海量数据存储空间和计算能力需求的不足逐步成为个人以及企业机构的主要负担。作为一项全新的存储服务,云存储是越来越多用户所倾向的存储选择方式。但是,用户在使用云存储模式后,便失去对本地数据的实际物理控制权。云存储服务提供商可能会因为某些经济利益的关系对用户数据进行非法的篡改、删除等行为。为确保用户数据正确、完整地存储在云端,数据完整性验证作为一种高效新颖的验证方法被提出。然而,数据完整性验证作为一种全新的验证方法,在数据存储的隐私保护和服务-支付公平方面均受到诸多挑战。因此,如何在保证用户数据安全的前提下,建立一个能够实现隐私保护和服务-支付公平的完整性验证机制是当前云存储领域下的一项研究重点。 针对云存储环境下用户面临的风险与挑战,本文主要从数据隐私保护和服务-支付公平角度出发,对云存储数据完整性验证方案进行分析研究。主要内容总结如下: (1)针对数据动态更新问题,本文引入一种新型数据认证结构—基于等级的Merkle哈希树,以实现数据的可验证动态更新,且该数据结构能够完成对数据位置的完整性验证。 (2)针对数据隐私保护问题,本文首先提出改进的基于BLS签名完整性验证机制,避免攻击者通过重放攻击方式获取用户数据信息,实现隐私保护;其次,提出无交互式的动态数据完整性证明机制,采用无交互式验证模式,第三方验证者无需向云存储服务器发送挑战请求,便无法在验证过程中通过挑战攻击方式而窃取用户数据信息,进一步实现隐私保护。最后,理论分析与实验结果表明,本文所提出的完整性验证方法,相较于对比方案,在满足数据隐私保护的前提下,具有较低的计算开销与通信开销。 (3)针对用户、云存储服务器以及第三方验证者间服务-支付公平问题,引入区块链智能合约,若云存储服务器没有正确存储用户数据或第三方验证者没有正确验证云存储服务器返回的证据,则系统将会调用相应惩罚合约,对相关实体进行惩罚,实现公平支付。理论分析与实验结果表明,本文所提方案具有较高的安全性、可靠性,与其他方案相比,计算开销和通信开销均有进一步降低,在保障数据隐私的同时,能够实现服务-支付的公平。

关键词： 区块链   智能合约   去中心化   捐助   以太坊  

摘要： 如今慈善捐赠有了多种多样的线上活动,在受到人们关注的同时,也面临着信任危机。传统的捐赠活动需要依赖慈善平台或慈善机构的中心化管理,这种服务方式存在以下不足:其一是求助信息由慈善机构集中管理,存在求助难辨真假的问题。其二是捐赠信息同样由慈善机构集中管理,存在捐赠信息以及捐赠流向不透明等问题。因此如何保证慈善捐赠过程中的求助信息和捐赠信息可信是目前需要解决的问题。区块链技术的去中心化和不可篡改等特征为实现在去中心化模式下的可信捐助提供了思路。论文主要研究基于区块链的可信捐助技术,摆脱慈善捐助过程中对中心服务器的依赖。将涉及到信任管理的求助信息和捐助信息以去中心化的方式记录到区块链上。各个参与方对区块链进行共同维护,并且可以根据链上的数据执行相应的操作。本文提出的基于区块链的可信捐助方案基于功能需求,从以下三个方面进行研究:（1）针对去中心化模式下求助和捐赠数据真实性验证的问题,分别针对求助和捐赠设计了交易的数据结构,提出了适用于本方案中对交易进行可信管理的双链结构,包括区块链结构和区块结构,每个区块中存放一个交易的实现结构完成交易的可信管理。（2）针对去中心化模式下求助和捐赠信息发布真实性验证问题,基于区块链中常用的对等网络、非对称加密技术、数字签名技术,提出了基于区块链的求助和捐赠信息发布的真实性验证方法。（3）为了提高区块链查询的效率,提出了一种基于跳表索引的交易查询方法,该方法通过对原区块链建立索引,提高了对区块链中交易的查询速度。论文基于区块链实验平台进行了仿真实验。使用以太坊区块链平台在本地构建了私有链环境,同时使用以太坊支持的类库web3j和智能合约,在私有链环境下通过仿真实现了求助和捐赠的可信发布以及区块链查询索引的建立工作,并在本地测试环境中进行了相关测试,测试结果表明了本文提出的基于区块链的可信捐助方法的正确性与可行性。

关键词： 区块链   微电网   状态通道   预言机   智能合约  

摘要： 近年来,随着可再生能源技术的发展,能源互联网中的微电网由于能有效管理这些可再生能源而受到了越来越多的关注。微电网可以提供一个用户之间进行电力交易的平台。如何在该平台上进行电力的可信交易是最重要的问题。而传统的中心化系统可能会带来中心化风险。区块链技术具有去中心化的特点,适应微电网环境,且拥有不可篡改性与可追溯性,是实现微电网电力交易的有效方案。然而,区块链技术本身的可扩展性差、吞吐量不足,阻碍了其在微电网上的实际应用。此外微电网还存在动态性强,节点数量大等特点。因此,本文针对高频交易的能源互联网中,节点动态变化快和链上链下交互效率低的问题展开研究,通过优化链下扩容技术提高能源互联网的交易性能。首先,针对状态通道应用到能源互联网上存在着监控服务成本过高的问题,提出面向动态微电网的状态通道运行成本优化方法。通过研究状态通道中的交易流程,结合智能合约与预言机技术,提出基于去中心化预言机的状态通道监控机制。通过基于微电网电力交易的仿真实验,对比该机制与以太坊雷电网络的监控服务机制的经济成本指标,证明所提出的机制具有降低微电网节点经济成本的能力。其次,针对状态通道存在着与区块链交互次数过多,降低了区块链的吞吐量的问题,提出了面向微电网多用户的状态通道批量管理方法。通过研究用以进行状态通道网络路由的资金消耗特点,结合状态通道工厂技术,提出基于资金重平衡的状态通道工厂管理机制。通过基于微电网电力交易的仿真实验,对比该方法与传统状态通道工厂的区块链交互次数,证明该方法可以有效提高整个系统的吞吐量。

关键词： 区块链   供应链金融   应收账款   智能合约   责任认定  

摘要： 区块链技术与供应链金融在文化属性、社会属性、经济属性三个层面均具有天然的耦合性,且区块链的技术特征及应用价值与传统供应链金融的缺陷补足需求之间具有强大的适配性,由此催生了区块链供应链金融。当前区块链供应链金融存在核心企业主导型、技术平台主导型和金融机构主导型三种融资应用模式,大多以融资方持有的应收账款等债权资产数字化作为在供应链金融中建立信任的基础,并运用智能合约为供应链金融信用风险提供事后保障,通过各参与主体的协同合作构建起新型的供应链金融架构。资产数字化、智能合约应用、多主体协作共同构成实现区块链赋能供应链金融的三个基本要素,同时也是供应链金融可能产生法律风险的三个重要环节,故本文将其作为研究的核心内容。其一,以应收账款为例,经过数字化的应收账款承载着供应链核心企业的信用,将核心企业信用价值延伸到供应链末端企业,从而解决了末端企业的融资难题。在实现应收账款数字化时,需要基于现行法律规范对其法律属性的确认,并对区块链供应链金融应收账款融资过程的确权、拆分、转让、偿付四个步骤进行法律审查。其二,智能合约的应用,可为区块链供应链金融节约风控成本、降低履约风险、提升融资效率,但同时也存在语言体系隔阂、灵活性缺失以及法律属性争议等固有缺陷,需要通过建立智能合约法律-代码语言转换机制、智能合约合同法律属性的确认、完善智能合约技术相关配套法律文件等途径予以解决。其三,多主体协作带来整体效应的同时,因多主体间的法律关系更为复杂,继而产生多主体间的责任认定问题,因此本文在厘清各参与方法律关系的基础上,明确法律风险发生后的责任认定。

关键词： 区块链   存证服务   智能合约   分布式存储   链上链下模式  

摘要： 互联网在给人们提供巨大便利的同时,其数据真实性、完整性等问题也随之出现。由于互联网数据易被篡改、被破坏,管理方难以维护其真实性与完整性。而区块链技术有着去中心化、防篡改、安全透明等天然特性且具备高公信力,可有效确保数据完整性、真实性,非常适用于数据存证类应用场景。因此,各方都寄希望于区块链以满足其存证需求。但若各应用场景都建立、维护各自的底层链,便会造成数据孤岛、底层链耦合度高、通用性差等问题。本文借助区块链等相关技术,从企业和个人用户需求出发,设计并实现了一个屏蔽复杂底层、数据上链便捷、存证功能丰富、部署合约自主、通用性强等优点的基础平台。本文主要研究工作如下:(1)阐述了国内外区块链技术和存证领域的研究与应用现状,指出了传统存证方案存在的不足,进而说明了构建区块链通用存证服务平台的重要意义。然后根据本文应用场景进行技术选型、需求分析,采用面向对象分析与设计技术,建立了系统功能模型、对象模型和行为模型。(2)平台设计了合约规范和平台探针,构建出通用存证服务方案。企业用户通过探针可自主部署智能合约,获得合约实例访问权限。采用链上链下模式,结合IPFS实现文件存证,避免了文件过大时对区块链网络共识效率以及吞吐量的影响,同时对用户文件分布式加密备份。(3)配置并部署了底层区块链网络和分布式文件私域网。实现了由平台管理系统、存证服务系统、文件存证系统三个子系统组成的区块链通用存证服务平台。给用户赋予了合约部署权、提供了便捷的合约服务以及文件存证服务。本文主要创新之处如下:(1)设计了合约规范及平台探针。用户可便捷选择、部署智能合约,获得合约实例访问权与合约操作接口。(2)构建了合约服务方案。不同用户可重复使用平台预设的智能合约,大大降低了相似性业务的重复工作量。

关键词： 点对点交易   动态过网费   连续双向拍卖   区块链   智能合约  

摘要： 随着新能源发电技术的发展,大量光伏、风电等分布式发电在配电网侧得到广泛应用,分布式发电渗透率逐渐提升。同时“双碳”目标的落地实施,分布式发电市场化交易、深化电力体制改革等政策的实行,售电侧逐渐放开,配电网中大量拥有分布式发电的用户成为产消者。产消者在满足自身用电以及政策允许情况下产生的富余电量可以参与市场化交易以增加收益,因此大量的产消者涌入售电市场与售电公司一同形成了多售电主体竞争性售电市场,在配电网侧势必会产生大量小额、高频以及不确定性的交易。传统的集中式交易在应对大体量的交易会展现众多弊端:效率低下、运营成本高、数据安全性难以保障等等。同时,配电网侧现有的过网费机制还存在不完善,无法针对具有小额、高频以及不确定等特性的交易进行合理化收费,统一定价机制缺乏公平性。 本文以配电网侧多售电主体为研究对象,探讨去中心化相互交易模式和过网费机制,主要工作如下: (1)建立了基于灵敏度系数的动态过网费机制。针对点对点交易小额、高频和不确定特性,采取划分交易池和博弈手段,对每笔交易进行个性化分析。基于功率转移分布因子,考虑买方的议价权,建立包含输电阻塞机会成本、线路占用成本、电压治理成本的动态过网费零和博弈模型并转化为min-max问题。针对min-max问题采用改进的熵函数法进一步转化为极小熵问题,再采用分布式算法求解出动态过网费。 (2)提出了计及动态过网费和定制服务的去中心化交易模式。利用连续双向拍卖的匹配机理,考虑售电主体提供普遍—定制服务,提出计及动态过网费和定制服务的两次连续双向拍卖多轮交易机制。以安全供电能力为代表的定制服务,采用SVR算法考虑运行时间、线路污秽程度和雷电天气进行预测。多轮交易中,提出实时滚动的网络校核方法,按交易比例削减交易量并将削减量还原至原账户加入下一轮交易,达到滚动效果;考虑交易双方心理行为,提出改进型失望—后悔规避理论进行报价更新,利用内部更新快速更新报价,提升交易效率。 (3)搭建了基于双链设计的点对点交易方案和智能合约设计。将交易匹配、安全校核等机制转换为可申报定制服务的智能合约形成智能合约层,分别为:主智能合约、P2P交易智能合约、安全校核智能合约;动态过网费、安全供电能力、报价更新等具有复杂算法的机制形成复杂计算层。智能合约层在链上运行,复杂计算层在链下运行。通过数据传输层进行通信互联交易链和数据链,设计了“两链三层”结构。基于此,利用REMIX平台对智能合约编译,采用Truffle和Ganache平台创建私链进行仿真测试。 仿真结果表明:文中提出的点对点交易模式可实现计及动态过网费和定制服务的多边竞价交易,保证配电网安全、经济、高效运行。所设计过网费机制可以针对每笔交易进行合理化收费,进而合理分摊电网运行成本。同时经过在Truffle和Ganache平台的测试表明本文的去中心化模式能够实现基于区块链技术的点对点交易。

关键词： 区块链   智能合约   形式化方法   机制设计  

摘要： 区块链是一项融合多种底层技术的交叉应用技术,其中最为核心的技术包括密码学、分布式计算和机制设计。密码学和分布式计算主要解决区块链的数据存储、通信问题,而机制设计对解决因区块链P2P网络节点具有较强社会属性而产生的一系列问题起到至关重要的作用。这些问题通常分布在区块链的共识层、激励层和智能合约层。近年来,区块链智能合约系统（Blockchain Smart Contract System,BSCS）迅速发展,智能合约作为运行在区块链分布式网络中的计算机程序极大地拓宽了区块链技术的应用领域。目前,业界对智能合约尚且缺乏统一的形式化定义,导致合约复用性低、数据冗余;现有主流共识机制对BSCS适用性较差,易造成计算资源浪费、记账权集中化;智能合约的匿名性、一次交互性导致违约追责难以实现,恶意合约上链可能性增加。为了解决上述问题,本文面向区块链智能合约系统的机制设计问题展开研究,主要研究内容如下:（1）基于条件响应与有限状态自动机的智能合约形式化研究。基于有限状态自动机理论,从逻辑角度剖析智能合约的执行过程,以有向无环图对智能合约进行形式化描述;研究环境对智能合约执行过程的影响,包括合约状态迁移、条件触发机制,建立智能合约的变量-状态-触发器（VST）模型;以一份现实房屋租赁合同为例,使用VST模型描述基于该合同创建智能合约,及其部署、执行、完成的生命周期。（2）基于智能合约领域交互程度的共识机制研究。考虑到BSCS中智能合约应用于多个领域,设计算法求出合约创建节点在某一个或多个领域的交互度,以证明节点对区块链网络的贡献,在此基础上设计交互度证明机制（PoE）以分配记账权。通过仿真实验测试PoE机制在相同设定下与主流共识机制的对比表现,实验结果表明PoE机制相较于PoW、PoS具有更强的灵活性。（3）基于信誉值的智能合约系统激励机制研究。在（1）、（2）两个研究内容的基础上,基于VST模型定义智能合约完成度,以此作为BSCS中节点信誉值的计算依据。为了降低恶意合约上链成功的可能性、提高优质合约上链概率,基于信誉值设计陪审团机制,通过实验模拟持有不同行动偏好的节点（对抗节点、理性节点、诚实节点）在三种不同占比分布下（均匀分布、正态分布、指数分布）的行动,结果表明,陪审团机制在多数情况下表现出对抗鲁棒性,提高了优质合约上链概率。本文对BSCS的共识层、激励层、合约层展开研究,从软件工程、机制设计的角度,对智能合约进行形式化建模,对BSCS的共识机制、激励机制进行设计和改进,结果表明本文所提出机制在优化记账权分配、激励节点行为方面起到积极作用。

关键词： 物联网   区块链   访问控制   通信管理   智能合约  

摘要： 随着智能化技术的发展,越来越多的物联网设备在社会的各个领域得到广泛应用。为了提供更好的服务,物联网设备需要产生、共享海量的数据,数据安全问题成为了人们关注的热点。未经授权的用户如果访问到敏感信息,数据存在被窃取等风险,可能造成难以预估的损失。目前,针对物联网数据安全问题的解决方案多采用集中式架构,需要依靠第三方可信实体提供数据交换服务。 集中式架构存在两个方面的问题:一方面,存在单点故障隐患,并且对数据提交者不透明,同时无法适应现阶段具有动态性、海量性等特点的物联网环境;另一方面,在数据交换的过程中,设备间通信没有得到控制,恶意用户可能滥用系统通信资源,导致设备间的数据交换功能不可用,破坏通信环境,造成数据被窃听、数据被篡改等安全问题。 针对上述问题,本文提出了一种基于区块链的物联网数据安全共享机制,利用区块链不可篡改、可追溯等安全特性,建立了一种去中心化的权限管理机制;其次,基于权限管理的基础上,提出了基于区块链的通信管理机制,以建立安全、可控的设备通信环境。论文的主要研究内容如下: (1)权限管理机制的构建。针对传统集中式的权限管理机制存在的问题,提出了基于区块链的权限管理机制,构建基于属性的访问控制模型,使用智能合约实现设备拥有者对所有设备的权限管理,设备拥有者可自定义设备属性、访问规则。该机制保证了设备拥有者对设备的实质控制权,同时实现了去中心化的、细粒度访问控制。 (2)通信管理机制的构建。针对数据交换过程中的恶意通信行为问题,提出了基于区块链的通信管理机制。该机制引入了通信隧道的概念,设备间的数据交换需要通过通信隧道进行。通信隧道的建立需要设备拥有者参与、认证并设置通信隧道的控制字段信息,建立了可控、安全的设备数据交换环境。 (3)原型工具的设计与实现。设计并实现了基于区块链的数据共享原型工具并进行实验展示与分析。该工具在以太坊平台上部署,为使用者提供友好的用户接口。通过模拟数据共享流程实验,说明该工具的可用性和实用性。

关键词： 区块链   智能合约   可再生能源消纳   信用管理   分布式资源  

摘要： 分布式资源具有经济性好、运行灵活、能效高等优点使其参与电网互动可以丰富电网调度手段,但其出力的不确定性及个体趋利属性难以精准控制。另外,针对分布式资源中的可再生能源消纳问题,需要对配额责任主体的实际消纳量进行重新量化计算考核,从配额责任主体的真实用电属性出发,深层次刨析其实际消纳量,为促进可再生能源消纳提供更加合理的依据和考核方法,鼓励可再生能源消纳向良性的方向发展。在此背景下,研究考虑可再生能源消纳的分布式资源交易方式,并在区块链环境下对市场主体进行信用管理,可以为分布式资源进一步参与电力市场交易之后的健康、稳步发展提供新的思路和研究方向。本文开展考虑可再生能源消纳的分布式资源交易方法,借助区块链技术在保证交易公开透明的前提下实现整个流程的链上执行。首先针对分布式资源在参与电力交易时可能存在的失信行为,提出了基于区块链的分布式资源信用管理方法,设计了双边交易模式和集中交易模式的智能合约;然后分析了分布式资源交易对网络线路潮流以及网损的影响,设计了考虑隐私保护和网络潮流影响的分布式优化算法,在区块链链上进行分布式的求解;最后从配额责任主体真实用电属性的角度出发,刨析电力用户的实际消纳量,设计基于区块链的可再生额能源电力追踪平台,为记录和追溯可再生能源消纳情况提供数据支撑。本文的主要研究工作如下:(1)构建了区块链环境下分布式资源信用管理的整体框架,根据分布式资源实际出力与约定出力之间的偏差,设计了包括认缴性能指标、调度时间可靠性及调度容量可靠性等指标在内的分布式资源信用评估体系,提出了市场参与主体的信用值计算方法,使得高信用的分布式资源供应方可以获得更高的收益,从而引导其更加严格按照中标电量出力,达到维持市场秩序的目的。最后编写相应的智能合约,部署在以太坊的测试网络Rinkeby中,在真实的区块链环境中对合约内容进行测试。(2)提出了区块链环境下考虑市场参与主体隐私保护以及网络潮流影响的分布式优化算法。提出了节点对潮流影响指标用以反映网络中不同交易对的电量交换对线路潮流的正向/负向影响,以此构建考虑线路容量占用费以及网损的社会福利最大化模型,通过对偶分解的原理将原问题拆分成各市场参与主体可自行求解的子问题进行分布式求解以对市场主体的隐私数据进行保护。通过算例,验证了所提的节点对潮流影响指标可以更好的引导那些能减轻网络线路潮流压力的交易对之间进行电量的交易,并与集中式的算法进行比较,验证了所提分布式算法的有效性,最后通过区块链技术实现市场主体的隐私保护。(3)提出了区块链环境下基于潮流追踪的可再生能源消纳考核方法:提出了配额考核指标以及可再生能源电力追踪方法,借助区块链技术搭建了可再生能源电力追踪平台,并编写智能合约实现可再生能源申报、消费、追踪、消纳考核的全过程。算例表明,在配电网范围内,可再生能源电力追踪的方式从配额制的本质出发,可以简化配额考核的流程,有效降低了交易所消耗的gas值,能够促进配额制由初期到成熟阶段的过渡。

关键词： 区块链   联网审计   星际文件系统   智能合约   公共审计方案  

摘要： 2020年新冠疫情的暴发,给全国经济带来重大影响。新冠疫情日益严重,被审计单位及审计工作人员无法现场审计,传统现场审计遇到困难,原定的审计计划也被打乱。为按计划完成审计工作,联网审计成了新冠疫情背景下的首选之策。联网审计在新冠疫情环境下为提高审计工作质量和效率,加强审计监督发挥了重大作用。但传统联网审计存在数据中心化、安全性差、存储容量有限、权限访问机制不健全系统可扩展性差等问题。本文借助区块链技术去中心化、防篡改、可溯源、隐私保密、可智能合约编程的特点从开展联网审计工作的实际需求出发,对金审三期工程联网审计云平台数据存储模块进行探索和实践。论文的主要工作如下: (一)优化金审三期工程联网审计业务流程。针对金审三期工程联网审计云平台建设现存问题,深入分析数据采集和存储中的难点,根据联网审计需求,引入区块链技术解决现存的数据孤岛和数据完整性检测以及数据安全保密性问题,并提出区块链联网审计系统解决方案。 (二)设计基于审计区块链政务数据共享模型的公共审计方案。选取金融区块链合作联盟的BCOS作为底层开发平台,利用链上链下相结合的存储模式解决传统联网审计数据孤岛的问题;基于WeIdentity智能合约选择性披露策略解决数据所有权确认后数据所有者隐私保护的问题;采用DBPA共识机制解决数据上链后完整性安全性问题;利用K-DBPA共识机制以降低传统DBPA共识机制下区块链链端恶意节点存在几率;使用IPFS星际文件系统解决链端数据存储容量问题。对改进的DBPA共识机制性能进行测试。测试结果表明本文提出的审计数据共享区块链方案与传统审计数据存储方案在系统安全性、数据安全性、存储性能等方面均有所改进。 (三)根据联网审计功能需求,依据软件开发规范,实现审计业务数据的链端管理,功能包括系统管理、用户管理、上传数据、查询数据、系统停摆、审计业务资金管理功能模块并对相应模块进行测试。