关键词： 区块链   智能合约   碳交易  

摘要： 碳排放交易是为减少全球温室气体排放特别是二氧化碳而采用的一种市场机制,在这种机制下,二氧化碳排放权被视为一种商品,买方利用碳交易平台向卖方支付一定资金后从卖方处获得一定数量的二氧化碳排放权。自1997年192个国家签署《京都议定书》以来,各国纷纷实施或计划实施碳排放交易系统。中国同样积极建立碳排放交易市场,并取得了一定成果。但目前仍存在一定的问题,例如试点的交易所相互独立,职能的重复造成大量人力、物力、财力的浪费,而且不同试点对碳排放量配额总量等信息的披露程度不同,这导致参与交易的企业获取信息的成本变高,进而致使企业逐渐失去对市场的信心。此外,传统的碳排放交易模式下既没有建立起数据共享机制,也没有形成有效的信任机制,交易双方在参与交易时要付出更多精力协商,交易流程拉长。以上种种问题导致了建立统一的公开透明可信任的碳交易数据共享平台以及简化交易流程的需求普遍存在。同时,历史排放记录等信息属于企业的隐私数据,我们在构建平台时还需对企业历史排放数据的隐私进行保护,避免数据泄露。区块链本身的去中心化、防篡改、可追溯等特点可以很好的为传统碳排放交易流程赋能。本文利用区块链技术、智能合约技术以及密码学算法,设计实现了一个碳排放交易系统。该系统主要解决了排放数据、碳排放额度在控排企业、政府主管部门、第三方核查机构等不同组织间的数据共享问题和排放数据隐私保护等问题,此外还设计了智能碳交易模式,简化交易流程,提高交易效率。本文的主要工作内容在于以下几个方面:(1)调研了我国碳排放交易市场现状,针对我国目前碳排放交易市场中存在的问题和不足进行了分析,并阐述了国内外关于区块链技术结合碳排放交易市场的研究现状。(2)针对目前存在的问题,提出相应的解决方案。将区块链技术与传统碳排放交易流程结合,建立公开透明可追溯的碳排放交易系统,通过密码学技术中的哈希算法和非对称加密算法,解决数据共享产生的隐私保护问题,此外利用智能合约技术设计智能碳交易模式,链上与链下结合,拍卖信息上链广播,出价过程放到链下进行,每轮出价消息需得买卖双方签名方可视为有效,只将最后一笔双签名出价消息使用智能合约记录到链上,中间所有链下交易作废。并设置举报机制实现交易的有效性验证,让拍卖的参与方相互监督,通过惩罚措施来提高作弊成本。(3)简要说明了系统的总体需求,通过角色功能用例图进一步明确系统功能,解释说明每一个功能点,并研究设计了系统的整体架构和数据模型。然后在设计系统功能模块的基础上,使用流程图对功能的详细设计内容进行展示,通过时序图和智能合约伪代码说明实现的详细细节进行展示展示。(4)对系统功能实现的智能合约部分进行了功能测试和性能测试,并展示了功能测试和性能测试的结果。

关键词： 产消者   分布式能源   点对点交易   电能链   交易链   用电权   智能合约  

摘要： 在电力需求侧,接入不同电压等级、具有不同规模的工业、商业和居民等终端用户数目庞大、种类各异。随着就地消纳的分布式风电和光伏发电大量建设,传统的电能消费者转变成兼具电能生产和消费双重特性的电能产消者。当前,产消者可作为一种新兴的市场主体参与需求侧电力市场。本文考虑需求侧具备发电设备的产消者电能消纳问题以及有序用电下短缺电力资源的分配等问题,开展基于区块链的产消者点对点交易和有序用电下用电权交易研究。首先,从中国电力市场深化改革的背景出发,探讨了产消者作为新兴市场主体参与电力市场的交易前景,详细分析基于区块链技术的需求侧电力交易模式的可行性;在此基础上,提出了双链式区块链架构支撑产消者用户的交对点交易,将产消者的交易信息和物理信息分链部署在交易链和电能链中,减轻区块链系统中的数据负担;构建了交易决策优化模型和安全校核调整模型,支撑产消者之间的点对点交易。相比单链式区块链,双链式区块链在提高点对点交易效率的同时,保障信息交互的安全度,有效促进点对点交易市场下风光资源的就地消纳;另外,开展了有序用电下考虑用电权的产消者交易优化决策及其双链式区块链实现方法研究。首先,分析了交易市场中产消者用电权交易与电能量交易之间的关系,提出了以产消者为主体,包含产消者用电权初始分配、用电权与电量交易及结算三阶段的双链式区块链框架;在此基础上,以产消者综合用能成本最小为目标,构建了基于去中心化交易链的产消者用电权与电量交易耦合决策模型、电能链中的交易结果校验与惩罚模型,并设计了产消者用电权和电量交易的智能合约,实现可信自治的用电权交易。最后,算例仿真测试结果证明了所提基于双链式区块链的产消者用电权与电量交易方法以市场化手段实现有序用电场景下紧缺电能的合理分配,所构建模型保证交易过程中电力资源分配的最优以及市场利益分配的公平性。综上所述,兼顾产消者经济属性与物理特性的双链式架构区块链,有效支撑产消者之间分布式的点对点交易,促进分布式电能的就地消纳;同时,将区块链应用于产消者的用电权交易,并构建用电权交易决策优化模型,为需求侧电力资源的高效优化配置提供理论指导。

关键词： 区块链   农产品   溯源   以太坊   智能合约  

摘要： 农产品是人类食物的重要来源之一。农产品种类繁多,供应链复杂,导致消费者购买的农产品质量参差不齐。农产品溯源是消费者在购买前,评判农产品品质的重要参考。乡村振兴背景下农产品供应链不断升级,建立可信的农产品溯源系统具重大意义。本文通过对农产品溯源的研究,根据农业产品的供应链特点结合区块链技术,设计并实现了农产品溯源系统。首先,论述了农业产品的溯源背景和农产品溯源的根本意义,并对国内外现有的农产品溯源系统和区块链技术应用进行分析,明确了本文研究的核心内容是将区块链技术应用于农产品溯源领域,保证农产品溯源信息真实可信。其次,针对农产品供应链特点,选取成熟、项目开源、平台SDK接口丰富的区块链底层框架,对农产品溯源方案进行设计和分析。最后,以京东板栗为溯源研究对象,设计并实现了农产品可追溯性系统的相关功能。把以太坊私有链当成系统的底层框架,进行信息存储,采用智能合约的形式,完成事务逻辑。确保消费者在对农产品溯源时,查询到的农产品信息是没有被篡改的、可靠的。本设计能够实现存储农产品供应链数据目的,是避免了传统农产品溯源系统中数据不透明、易篡改以及信息中心化问题的措施,对农产品产业链的升级具有推动作用。

关键词： 区块链   食品溯源   共识算法   超级账本   智能合约  

摘要： 随着人民生活水平的提升,人们对生活品质的要求越来越高,食品安全便是高品质生活的基础,而建立食品溯源体系被认为是保障食品安全的重要手段。通过调研发现,目前大部分溯源系统由单个组织主体承建,可能存在信息不连续、透明程度低、易被篡改等缺陷,这大多都由溯源系统中心化程度高所导致。区块链技术具有优良技术特性,与目前食品信息溯源所待解决的问题十分契合,使其成为在食品溯源领域最有前景的应用技术,但现有关于区块链食品溯源的研究,大多直接将两者进行不同程度的结合,忽视了区块链网络效率与应用场景的适配性,往往达不到预期的效果。针对上述食品溯源所存在的问题,深入调研分析食品流通各环节的运行机制和需求,将区块链技术应用于溯源领域中,并为构建高效、可靠、便捷的区块链溯源系统进行深入研究,主要研究内容如下: (1)结合区块链技术设计食品信息溯源方案和模型。此部分研究总结了食品供应链流程和食品信息特点,从不同的角度分析了区块链技术应用于食品溯源的可行性。该方案以应对传统溯源问题为目的,对区块链溯源流程、区块链平台选择和数据存储与关联进行了设计,并以此构建了对应的溯源模型,确保食品信息在流通中的公开、共享和连续。 (2)针对实用拜占庭容错共识算法用于食品溯源领域延时高、主节点选取策略随机、视图切换频率较高等问题,提出一种面向食品溯源场景的改进算法TPBFT。首先该算法提出积分更新机制对节点行为进行评价,以选择行为较好的节点;然后结合层次分析法,对节点性能进行综合评定,将原算法的主节点随机选举改为综合权值选举,以选择出综合性能最优的节点为主节点;最后依据食品供应链联盟特性和改进的主节点选择策略,将原算法的一致性协议改进为两阶段协议,减少节点共识的通信次数。仿真实验表明,TPBFT算法通信次数和共识时延更低,且吞吐量有一定的提升,能更好地适应食品溯源领域的需求。 (3)设计并实现了区块链食品溯源系统。为满足食品供应链中各角色的实际需求,对系统架构、功能模块、数据库结构和智能合约进行设计。在设计基础上,以Farbic作为区块链开发平台,并将Fabric开发工具包与主流系统开发工具整合,开发实现链上数据交互所需的智能合约和系统的各个功能模块。测试结果表明,系统可记录食品整个流通过程,可达到设计目标并满足用户的基本需求。

关键词： 算法化主体   民法典   智能合约   制度经济学   组织性   交易成本　　algorithmic organization   Civil Code   smart contract   institutional economics   organized   transaction cost  

摘要： 传统民商法组织理论面临多元发展需求与信息技术的挑战。在通证经济中，区块链网络参与者借助分布式记账技术，形成了根植于智能合约、以共识算法为治理机制的算法化主体。算法化主体不具备法人的科层治理结构，也不符合商业信托的法律构造，若将其界定为合伙或合伙企业，将使通证持有成员陷入互负连带责任的困境，不利于加密财产的交易。因此，研究算法化主体的技术构造，引入制度经济学以治理为核心对组织与契约关系进行讨论成为选择。共识算法去除了传统组织的科层机制，智能合约克服了不完全契约的局限，分布式记账与加密技术等区块链融合技术生态支撑了算法化主体客观性的交易特征，使得算法化主体具有动态性的组织特征。可将算法化主体认定为民法典上的非法人组织，适用民法典第104条与未来特别规定解决其责任归属问题。

关键词： 以太坊智能合约   深度学习   信息反馈引导   模糊测试   安全测试  

摘要： 近年来,主流区块链平台以太坊上频繁发现由不安全编程引起的智能合约安全漏洞,给平台用户造成了重大的财产损失。保障以太坊智能合约安全性的最有效的手段是在智能合约被部署到以太坊区块链之前,对其进行充分地安全测试,找出安全漏洞并修复。模糊测试是其中最为主流的动态安全测试技术。在现有的研究成果中,大多模糊测试方法使用轻量级程序插桩,利用测试得到的合约覆盖信息,引导测试用例的变异。这些方法要么难以覆盖具有严格的条件守卫的智能合约分支代码,要么难以有效地变异交易序列以探索智能合约可能的状态空间,因而无法全面地检测智能合约中的安全漏洞。 为了提高模糊测试方法对以太坊智能合约安全测试的有效性,本文结合静态安全测试和动态安全测试方法,针对最流行的Solidity智能合约,提出了一种基于深度学习和信息反馈引导的模糊测试方案。该方案包括基于深度学习构建智能合约交易生成模型和信息反馈引导的模糊测试两个环节:(1)使用神经网络模型,学习符号执行方法的交易生成策略。在以太坊公有链上获取大量智能合约,使用符号执行方法在这些合约上构造智能合约交易序列数据集。在数据集进行训练,得到一个高精度的智能合约交易生成模型。该模型探索智能合约状态空间的能力近似地达到符号执行方法的水平,而且消耗的计算资源比符号执行方法更少。(2)在模糊测试时,首先使用模型迭代生成交易,构造若干探索合约深层次状态的测试用例,形成模糊测试的初始种子。然后使用遗传算法,以提升覆盖率和减小分支距离为引导方向,从执行过的测试用例中选择合适的用例,更新种子。接着交叉和变异种子中的测试用例,得到大量新测试用例,以覆盖具有严格条件守卫的智能合约分支代码。最后根据测试用例的执行结果,检测安全漏洞。 本文开发了工具原型DLFFuzz,以500个智能合约作为实验对象,进行实验验证。实验结果表明:(1)本文方案的代码覆盖率为93.73%,漏洞检测率为93.93%。(2)与流行的以太坊智能合约模糊测试方法相比,本文方案的代码覆盖率和漏洞检测率均有提高。

关键词： 区块链   智能合约   货位分配   查询处理   货物溯源  

摘要： 伴随着互联网技术的持续发展,物流运输业正处于高速发展的阶段,而仓储行业作为物流运输业中的一个重要组成环节,也愈发受到重视。目前部分仓储系统的信息易篡改、流程不透明、中心化严重、缺乏信任等问题逐渐暴露在人们面前,不断消耗着人们对仓储系统的信任度,如何提高仓储系统的安全可信性和货物溯源的能力,已经成为行业内亟需解决的问题。区块链技术作为一种新技术,具备去中心化、可信任、透明公开等天然特性,让其在仓储领域中具有极其广泛的应用前景。因此,研究与实现基于区块链的智慧仓储系统具有重大现实意义。为了有效解决传统仓储系统因为中心化结构造成的缺乏信任与中心集权问题,本文设计并实现了一个基于区块链的智慧仓储系统,显著提升了仓储系统的数据安全性,并提出了一种基于特征优先原则和拆分组合的货位分配方法与一种基于索引缓存的仓储区块链存储查询方法。本文提出的智慧仓储系统以超级账本作为底层区块链,将系统中的账号信息、货物信息和历史操作记录等敏感关键信息记录在区块链账本内,保证了数据的可信度和不可篡改性。货位分配方法能快速解决为货物寻找最佳存储货位的问题,从而提高仓储中心的有效存储空间和作业效率;查询方法针对仓储行业的数据特点和作业规律,提供了一种新颖的查询模式,对现有区块数据查询手段进行丰富,并依靠具备创新性的数据存储策略和缓存淘汰策略,来提升查询效率和减少系统能耗。本文对基于区块链的智慧仓储系统的需求进行论述,包括入库管理、出库管理、调整管理、盘点管理、用户管理、货位管理和货物溯源七个模块。接着,根据所述的需求分析,对系统进行逻辑架构设计、物理架构设计、模块功能设计、数据库设计和智能合约设计。最后,根据系统的需求与设计,实现了系统的各个功能模块,并对实现系统进行多种测试。测试结果充分表明,本系统可以满足仓储系统的实际业务功能需求以及良好的性能需求。

关键词： 深度包检测   对称可搜索加密   加密流量检测   智能合约  

摘要： 为了确保互联网通信内容的安全性,通过在网络中间件部署深度包检测技术来检测通信者之间传输的数据包的有效载荷,可以有效减少或避免网络通信中的异常和可疑行为。然而,随着大数据技术的飞速发展,利用大数据来分析用户隐私导致隐私泄露的事件时有发生。为了确保数据的保密性,使用安全传输协议实现数据共享已经成为了一种不可逆转的趋势,这给以检测明文为主要手段的深度包检测的应用带来了挑战。本文以现有加密流量检测方案在可行性、实时交互性、通信开销等实际网络应用场景下存在的若干关键性问题为切入点,结合可搜索加密中匹配数据构造思想设计出新的隐私保护的加密流量检测方案,实现在不破坏加密数据流机密性的同时,完成对加密内容合法性的高效深度包检测。本文的主要贡献如下:1.提出了一种面向物联网的基于对称密码学技术的隐私保护加密流量检测。物联网场景中,上层应用程序的操作指令数据需要经过平台层服务器安全传输到位于感知层的终端设备;终端设备也希望与服务器安全地共享数据。该方案使用伪随机函数、哈希函数和对称加密等轻量级密码技术构造了用于检测的随机令牌和模糊规则,有效地保证了一轮数据传输中数据隐私性和内容合法性。同时,该方案提出了一个纠纷解决机制,旨在解决终端和服务器之间因数据的不一致而产生的纠纷。之后,通过相应的安全性证明和实验评估,分别验证了该方案的完备性、安全性和实用性。严格的安全分析表明,与现有方案相比,该方案具有更强的隐私保护能力;并且多个实验结果表明,该方案在时间和通信开销方面都具有更好的性能。2.提出了一种数据交易平台上基于区块链的隐私保护加密智能合约检测。为了在加密的智能合约存入区块链并部署至算力节点之前保证其内容合法性和隐私性,需要对其进行安全检测。该方案使用伪随机函数、哈希函数、对称可搜索加密等知识来构造用于匹配检测的数据;基于秘密共享技术对检测规则的内容选项和响应动作进行隐藏,生成了名为模糊映射表的轻量级数据结构。在不暴露有效负载的情况下,检测节点可以使用随机令牌与模糊映射表执行匹配检测。同时,定义了该方案的安全语法,从正确性和泄露函数下抵抗自适应攻击两方面给出了详细的安全证明。最后,通过对方案进行编程实现,并设计大量实验来评估各项性能,验证了所提方案的可行性。

关键词： 区块链   智能合约   IPFS   CP-ABE   访问控制  

摘要： 区块链技术和基于策略密文的属性加密算法(CP-ABE)相结合的方法具有细粒度的访问控制能力以及不可篡改的存储方式,一经提出就受到研究者的广泛关注。目前常用的CP-ABE都是在双线性映射的基础上实现的,同时,CP-ABE是依据被授权群体的属性制定访问控制策略以实现访问控制。因此,密文中包含的访问控制策略将随着被授权用户的变动而进行更新操作,访问控制策略的不断更新随之带来了存储、效率等方面的问题。这些问题主要体现在:1)基于双线性映射的CP-ABE加密方式是基于配对密码学的,配对计算的计算方式比较复杂,导致访问控制策略更新效率低、计算代价大;2)区块链并不适合作为大数据存储,密文的不断增大和频繁存储会增加区块链的存储负担;3)采用基于双线性映射的CP-ABE算法通过重加密实现访问控制策略更新将产生较大的计算代价以及更多的时间消耗。针对以上三个问题,本文的工作主要包含以下两个方面:1)为避免配对计算产生的计算代价,本文采用基于RSA的CP-ABE算法实现细粒度的访问控制。本文针对基于双线性映射和基于RSA的CP-ABE算法进行系统的理论分析比较与实验测试。分析和实验结果表明,本文采用的基于RSA的CP-ABE算法在保证细粒度访问控制的同时避免了双线性映射中的配对计算,有效地将加解密时间至少降低了58%,此外,基于RSA的CP-ABE加密算法实现了恒定密文,避免了密文不断增加消耗存储空间。2)为了降低区块链的存储负担,提高交易速度,本文采用星际文件系统(IPFS)和区块链结合的链上链下分散存储方法。为解决重加密方式进行策略更新存在的计算代价和时间消耗大的问题,本文采用的是基于RSA的CP-ABE加密算法通过重加密方式进行策略更新。此外,本文设计智能合约来完成对数据密文和策略密文的管理与检索,同时实现对历史密文的查询。通过安全性分析和实验分析,本文提出的方法在频繁更新访问控制策略时至少减少了73%的时间消耗。

关键词： 物联网   区块链   跨域认证   访问控制   智能合约  

摘要： 在当今社会,有数以亿计的设备接入物联网中,如何保证物联网中设备及人们隐私数据的安全便成为当今物联网安全研究中的重中之重,身份认证和访问控制成为了保护物联网的两个基石性技术。随着人们对物联网多信任域间信息服务的高效性需求越来越高,高成本、低效率的传统物联网跨域认证体系已经无法满足需求,且物联网中的普遍依赖可信第三方来执行的集中式访问控制方法,无法成为物联网安全的保障。基于以上问题,本文提出了物联网中基于区块链的跨域访问控制方案,结合了区块链技术,致力于减小开销,简化信息流动过程。主要研究内容包括以下两点:(1)在区块链技术的基础上实现跨信任域的身份认证,以私有区块链构造联盟区块链的方式,在域内实现私有链对域内用户和设备的管理以及与域内的认证流程,各个域内节点参与构建联盟链,在联盟链中实现跨域身份认证,重新设计了更加完善的区块链证书及其签发、认证、撤销、更新规则,为物联网提供更加灵活高效的跨域身份认证方案。(2)在众多物联网访问控制模型中选择了基于权能的访问控制模型,对其进行优化,并将其与区块链相结合,设计更具有安全性的权能令牌及相关智能合约,包含以智能合约为基础的动态访问权限验证,对比传统的授权树,选择了授权图方案,以完善授权机制,并提出更加严谨的能力撤销机制,以解决传统方案中安全性低和细粒度程度不够的问题。实验与分析结果表明本文提出的方案相较于传统跨域认证与访问控制方案,在性能与安全性上有显著优势。适用于物联网中的多信任域场景,可以为其提供扩展性高、安全性强、效率高的跨域认证与访问控制服务。