关键词： 智能合约   区块链   信息共享   低温奶供应链   激励机制  

摘要： 随着我国居民消费观念的不断升级,健康营养的低温奶走入人们视野,越来越多的乳制品企业进军低温奶市场,在这样的环境下,为了在激烈的市场竞争中占据有利地位,供应链上下游企业必须紧密合作提升供应链运作效率。区块链作为近年来的新兴技术革命,已经广泛运用到供应链金融、医疗、数据安全等多个领域。区块链下的智能合约拥有去中心化、不可篡改、自动执行等特点,很适合于供应链企业根据需求定制专属激励合约部署在区块链中,达到降低交易成本和交易风险,提高供应链信息共享程度、运作效率和利润水平的目的。本文通过对Y乳业低温奶供应链的调查研究发现,低温奶供应链节点企业在不同环节的信息彼此独立且缺乏有效沟通,这种信息的不对称性导致了供应链出现牛鞭效应;此外,掌握市场关键信息的下游零售商,由于考虑到企业自身的信息安全和隐私保护,不愿意与Y乳业共享信息,这也进一步加剧了供应链各环节的信息共享问题,严重制约了供应链的协调运作。本文以Y乳业低温奶供应链为研究对象,首先运用区块链智能合约技术优化在信息共享下的供应链运行流程,针对供应链上下游企业的信息共享问题设计三种智能合约,分别为非差异化积分激励合约、差异化积分激励合约和基于声誉的激励合约;其次,将Y乳业及商超组成基于区块链的二级联盟系统来加强供应链企业间的联系;同时,根据激励合约规则建立供应链价值模型,用以评估不同激励合约对供应链的效果;最后采用Netlogo仿真方法结合Y乳业相关数据对价值模型进行仿真求解,并将Y乳业与商超构成的两阶段供应链系统在传统模式下及不同的激励合约下的利润水平进行对比。结论表明本文基于智能合约设立的激励机制有助于提高供应链企业间的信息共享程度及供应链整体的利润水平。

关键词： 区块链   智能合约   去中心化   电子病历可信管理   以太坊  

摘要： 传统电子病历管理方式依赖于中心服务器,电子病历由中心服务器集中管理,这种管理方式交互方便易于管理,但基于服务器的传统电子病历管理系统架构受制于传统信任模式,医生等高权限用户的操作缺乏可审计性,无法真正建立用户可信任的电子病历操作的监管机制。区块链技术作为一种去中心化的信任管理机制,具有安全可靠和去中心化等特点,为去中心化的电子病历可信管理提供了思路。根据国家卫生健康委员会规定电子病历的所有权归患者,但是目前基于区块链的电子病历管理技术方案中,大多都未解决患者无法根据自身敏感性需求细粒度控制电子病历操作权限的技术问题。论文主要研究基于区块链的电子病历可信管理技术,将电子病历可信管理的数据记录在区块链上,由所有参与者共同维护,构建一个去中心化的电子病历可信管理平台。本文主要从三个方面进行研究工作:(1)针对如何解决目前基于区块链的电子病历管理技术方案中存在的患者无法根据自身敏感性需求细粒度控制电子病历操作权限的技术问题,本文提出了基于患者敏感性需求的细粒度控制方式。(2)针对在去中心化的场景中电子病历访问请求表示为区块链上的“信任操作”的问题,提出了电子病历的操作请求由区块链上多方节点共同验证的“信任操作”的表示方式。(3)针对在去中心化的场景中操作请求的“信任操作”管理的问题,提出了适合于本方案的区块结构和链结构,选用实用拜占庭容错作为本方案的共识机制来实现多方节点链上数据的一致性。最后结合数字签名的方法和访问控制策略的设计,提出了区块真实性验证方法。从而解决了“信任操作”的管理。本文设计并实现了基于以太坊平台的仿真实验方案,并利用以太坊平台所支持的智能合约技术,将论文提出的访问请求、控制策略、访问权限验证的业务逻辑部分,以智能合约的形式部署到区块链网络上,并在本地私有链测试环境进行了仿真实验以及测试,测试分析结果显示了本文所提方案的有效性。

关键词： 电力中长期市场   双侧竞价   VCG机制   参考价   预算平衡   区块链   智能合约  

摘要： 电力市场化改革需要建立一个公开、公平和公正的电力交易机制和平台,以促进电力资源的优化配置和高效利用。目前,电力中长期市场普遍采用的交易机制不能消除市场成员行使市场力的动机,难以保证电力市场的长期有效运行。理论上,Vickrey-Clarke-Groves(VCG)机制可以消除市场力影响,但存在预算不平衡缺陷,即用电户需要支付的(结算)费用可能会小于发电商希望获得的(结算)收入。此外,市场成员之间电力交易的实现,除交易机制外,还需要一个安全、方便的交易平台。基于区块链构建的交易平台,可以提高交易的安全性、透明性,适合电力中长期市场的竞价交易。 面向上述背景要求和问题,本文首先针对VCG机制在双侧竞价市场中不满足(正)预算平衡要求的缺陷,设计了一个基于参考价出清的VCG机制(Reference Price Clearing Based Vickrey-Clarke-Groves,RPCBV),证明了该机制满足个体理性、激励相容性和(正)预算平衡性,但可能存在一定的社会福利损失,同时算例分析表明该机制是有效的。然后,根据RPCBV的分配效率与出清参考价的选取有关这一线索,进一步拓展和优化了RPCBV机制,即探讨了基于边际价格出清的VCG机制和基于充分高价出清的VCG机制,证明或阐释了这些拓展机制满足个体理性、(弱)激励相容性、(正)预算平衡性和渐进有效性,并给出了机制选择的相关建议,同时通过算例分析和比较了本文所涉机制的含义、特点及适用场景。最后,探讨了区块链技术在电力中长期市场中的应用,即设计了一个基于区块链的电力中长期市场双侧竞价交易流程,并采用以太坊技术开发、并测试了一个基于RPCBV机制的智能合约原型系统,旨在验证相关概念、方法、模型和交易流程的可行性。

关键词： 外包数据   自审计   区块链   智能合约   错误定位  

摘要： 云计算和物联网的快速发展导致了数据量呈爆发式增长,越来越多的用户选择将数据外包给云服务提供商,减少数据的存储和管理成本。然而在云环境下,用户数据的管理权和所有权会产生分离,这会对用户存储在云端的数据造成威胁。具体来说,由于软硬件的故障或人为等因素的影响,云可能会错误地篡改或删除用户的数据。然而,用户本地并不存储外包数据,所以无法直接验证云端数据的完整性。因此,如何保障外包数据的完整性成为数据安全领域的研究热点。为了解决该问题,外包数据的完整性审计方案应运而生。现有的审计方案可以在不检索全部数据的情况下验证外包数据的完整性。这类方案通常会引入一个中心化的第三方审计者(Third Party Auditor,TPA)代替用户进行完整性审计,但是中心化的架构使得TPA容易产生单点故障,甚至与云服务器勾结欺骗用户。区块链的出现提供了新的方向,通过将审计任务部署在智能合约上能够很好的解决这类问题。然而目前智能合约仅能支持简单的密码原语,基于区块链的审计方案是低效且不可扩展的。同时,如何减少用户和存储提供商在审计过程中的计算与存储开销也是一个待解决的工作。针对上述问题,本文将围绕区块链中高效的审计方案展开研究,主要贡献如下:(1)本文提出了去中心化存储环境中基于区块链的外包数据自审计方案。该方案使用区块链上的信息产生挑战集合,存储用户数据的若干个节点与区块链交互完成每一轮的审计任务,实现了自审计的功能。移除了传统方案中的TPA并且也不需要用户经常在线挑战存储节点。其次,通过使用基于Pedersen的多项式承诺方案,该方案在计算审计标签时可以同时承诺两个多项式,减少了用户计算审计标签的时间和产生审计标签的数量。最后,我们在Ethereum测试链中对链上的消耗进行了评估,与现有的基于区块链的审计方案相比较,本方案减少了链上的计算开销。(2)本文进一步提出了基于区块链的支持批量验证和错误定位的自审计方案。本方案中使用批量验证的多项式承诺方案,提出了一个批量验证的审计算法,能够聚合多个审计证明,减少了存储节点审计时的计算开销。其次,基于反转签名聚合树技术,该方案提出了错误定位的算法,能够在批量验证失败后快速的定位到错误的审计证明,减少了查找该证明的计算开销。最后,我们优化了方案中存储节点与区块链的交互过程,改善了方案的通信和链上开销,实验表明该方案在效率和通信上的高效性。

关键词： 公平场景应用   公平拍卖   公平合同签订   区块链   以太坊   智能合约  

摘要： 区块链技术具有去中心化、不可篡改、可追溯等特点,广泛应用于社会生活中的各个领域,本文主要从拍卖和合同签订角度探讨区块链在公平场景的应用。随着互联网和电子商务的快速发展,拍卖活动的场景不再局限于线下,越来越多的参与者选择参加在线拍卖。然而,现有的主流拍卖平台多依赖于中心化的第三方中介机构,以实现拍卖全过程的管理和拍卖结果的结算。中心化的第三方可以与拍卖中的一方合谋破坏拍卖过程公平性,因此,拍卖过程中的透明性和安全性无法得到有效的保障,同时,由于缺乏有效的监管机制,拍卖过程是否按规定进行也不得而知。为解决上述问题,本文选择将区块链技术引入到拍卖场景中,拍卖双方提前预设好共同认可的拍卖规则,并以智能合约的形式确保规则的有效履行,保证拍卖过程的公平透明。在此基础上,本文在智能合约中引入保证金和保证声明的概念来增加拍卖双方的违约成本,以进一步约束双方的行为。此外,为了保证拍卖流程结束后买家和卖家能如实的按照拍卖结果进行结算,本方案在拍卖结束后增加合同签订步骤,此步骤中达成拍卖意向的交易双方只有在履行完合同签订之后才能收回保证金,未达成交易的竞拍者则可即时收回保证金。在现有的合同签订方案中,合同签订双方不能公平的交换各自关于合同的签名,可能会导致合同签订过程中只有一方得到另一方签名的情况,这显然违反了合同签订的公平性。本文为了解决现有合同签订方案中公平性得不到满足的问题,提出了一种基于区块链的公平合同签订方案,将基于同时生效签名的公平交换方案和智能合约相结合,使合同签订双方能同时得到对方的签名或者都无法得到,保证了合同签订的公平性。本文提出的方案在模拟环境Ganache中实现了基于区块链的在线拍卖和合同签订过程,实验结果表明本方案可以有效的监测公平场景下交易双方的不诚信行为以保证交易的可靠性,从而验证了本方案的可行性。

关键词： 区块链   蜂产品溯源   溯源   智能合约   去中心化  

摘要： 食品安全是重大民生问题,真正实现蜂产品供应链的全程可溯源才能从根本上解决蜂产品的质量安全问题。传统溯源受限于服务器、数据库等中心化单元的存在,系统易受攻击,数据易被篡改,在信息的安全可靠、真实准确等方面存在巨大的改进空间,使得蜂产品溯源不能达到理想效果。而区块链技术具有去中心化、防篡改、时间戳等特征,可以有效解决传统溯源方法的主要问题与不足,防止数据受攻击和被恶意篡改。针对传统蜂产品溯源的弊端,本文提出并设计与实现了基于区块链技术的蜂产品溯源系统,主要研究成果如下: (1)基于相关文献系统梳理了区块链的发展历程、技术原理和相关关键技术,将其划分为技术起源、1.0、2.0和3.0四个阶段,统筹归纳各阶段的发展状况和重要影响,为后续研究奠定理论基础。 (2)比较区块链溯源与传统溯源,总结了区块链技术在蜂产品溯源中应用的优势与可行性,明确区块链溯源可以有效克服传统溯源存在的数据安全及信息孤岛问题,认为将区块链应用于蜂产品溯源是切实可行的。 (3)首先抽象出由生产、物流、加工、销售及使用单位五个节点组成的蜂产品流转过程,构建五个节点参与蜂产品溯源方案的整体结构,设计基于区块链的蜂产品溯源方案,进而展开对系统的总体设计,包含对架构、功能模板和数据实体的设计,为系统的实现做足前期准备。 (4)通过搭建平台私有链的方式实现基于区块链的蜂产品溯源系统,系统包括两大模块,信息管理和溯源查询。对系统的所有功能展开介绍与测试,基于数据的管理和查询反映情况,明确溯源方案的正确性和可行性,完成了基于区块链的蜂产品溯源系统原型实现。 通过以上几个部分的研究,本文实现了基于区块链的蜂产品溯源系统,完成了蜂产品全流程可溯源的功能构想。本文所提出的基于区块链的蜂产品溯源系统使用go语言编写框架,区块链采用fabric联盟链,各节点使用共同账号登录,系统易用性好,安全性高,可以一次查询多笔业务,有效提高了查询效率,且更新比较频繁,为后续提供更好的个性化服务、探索更多的应用场景奠定了基础。

关键词： 区块链   计费方案   众包   智能合约   信誉评估  

摘要： 近年来,我国公路交通事业飞速发展,汽车保有量逐年增多。高速公路凭借“贷款修路,收费还贷”的模式快速发展,同时,这也让收费站变得不可或缺。然而,在车流量比较大时,在收费站停车收费很容易导致交通拥堵。收费站成为限制高速路通行效率的瓶颈,严重影响着人们的出行体验。ETC的推广提高了收费效率,在一定程度上缓解了收费站的交通拥堵现象。与此同时,也出现了各种恶意逃费行为,严重扰乱交通秩序。因此,研究设计一种可信计费方案对于提高收费站通行效率、遏制逃费等问题具有重要价值。为了解决高速路收费系统中存在的收费效率低下和恶意逃费问题,本文提出了一种基于区块链的可信车辆高速路计费方案,该方案包含了以下三方面内容:(1)基于众包的车辆行驶路径识别方案。设计了一种基于区块链的众包方案CSchain,利用车辆、用户智能设备和交通基础设施的感知能力获取车辆行程数据信息,把通过众包方式获得的数据上传到区块链账本,将行程数据与路网拓扑拟合确定车辆行驶路线,计算车辆行驶里程,通过区块链技术确保数据和结果的可信。(2)基于智能合约的高速路费用交易方案。通过智能合约来计算高速路费用,然后将交易单提交到交易链Trading-chain中实现费用交易,并根据高速路费用交易场景设计了交易结构和交易验证方法。(3)基于智能合约的信誉评估和激励机制。为了保证众包数据的真实性,数据源能够诚实地上传车辆行程数据,提出了用于衡量数据源可信度的信誉机制,设计了信誉值的更新方法,从而确保结果可信。而设计激励机制的目的是为了鼓励更多的数据源参与到众包工作中来。在实验评价部分,通过对计费方案的系统模型架构和智能合约的设计实现以及区块链性能测试,对路径识别方法和信誉评估机制模拟验证,实验结果验证了方案的可行性。

关键词： 大服务   服务资源治理   智能合约   ERC721协议   非同质代币  

摘要： 随着服务计算的发展,越来越多的分布式服务资源聚合形成服务互联网(Io S),为用户提供复合服务解决方案来满足用户的需求。这一过程伴随着用户、服务提供者和Io S平台之间服务资源的密集交易,因此对服务资源进行可靠的治理以保证服务交付的质量、可信度和可靠性具有重要意义。在现实世界中权属的保护具有重要意义,如财产的所有权、某项发明的知识产权等,这是维护个人权益的重要保障。同理,在Io S平台服务资源交易过程中,也可以抽象出多种权属,如服务资源的所有权、使用权、组合权和供应权,大服务资源的可靠性治理离不开这些权属的保障。同时,服务资源交易会伴随着资金流动,安全可靠的交易方式要避免第三方托管风险。因此,在服务互联网的背景下,如何实现服务资源的可靠性治理是一个关键问题。针对此问题,本文进行了以下三个方面的研究:1.为了总结服务资源的状态、行为、关联关系和相关权属,本文首先从大服务资源个体和大服务平台全局角度分析描述了大服务平台服务资源的生命周期模型,从中抽象出服务资源的所有权、使用权、组合权和供应权。所有权和使用权用来保障服务归属方和使用方的权益,组合权用于在生成解决方案时保障服务提供商的组合意愿,供应权用来声明此服务的供应倾向,从而保障服务提供商的权益。此外,本文总结了大服务平台服务资源治理的需求。2.非同质代币(NFTs)作为一种数字代币,可用于在交易过程中证明实物或虚拟数字资产的所有权,在管理大服务平台上唯一可识别服务资源的交易方面具有巨大潜力。为了实现大服务平台中服务资源的权属保障和安全交易,本文通过对ERC721标准的继承和扩展,实现了基于NFT的大服务平台服务资源治理协议,支持服务资源交易、收益分成和权属的定义与保护。3.为了将基于NFT的服务资源治理协议引入大服务平台,本文实现了基于NFT的大服务资源治理系统,与现有的半分布式大服务平台集成,针对服务交易参与方不同,进行平台功能模块划分。搭建私有区块链,进行区块链性能测试。为了验证方法实际表现,给出“老年家庭聚餐”案例分析,并给出完善前后的Io S平台对比和本文方法与其他服务资源治理方法之间的对比。

关键词： 区块链   环境监测   去中心化   智能合约   以太坊   共识算法  

摘要： 现有环境监测系统的管理大多是集中式服务,对监测数据的获取过于依赖单一的环境监测机构和第三方运营机构。监控数据采用集中式存储管理,存在数据被有意篡改的可能性,不能保证环境数据的真实性。本文针对这些问题,利用区块链技术的去中心化、不可篡改等特性,提出一种基于区块链的环境监测的可信管理的方案,通过基于去中心化的验证方式的真实性验证机制保证数据源的真实可信,实现环境数据的可信验证、可信存储、可信访问。具体的研究内容如下:（1）将区块链的去中心化方式应用于环境监测管理,针对基于区块链的环境监测应用领域目前存在的可信环境监测数据采集、环境监测数据真实性验证相关的技术研究层面的问题进行研究。根据去中心化环境监测需求分析,对环境数据参与方、信任操作、块和链结构及其构造展开研究,提出了基于区块链的环境监测数据的可信管理模型、可信发布和验证方法。针对环境监测数据源的真实性以及参与方如何管理监测数据等相关技术问题,提出了对环境监测数据的可信标识和真实性验证、参与方协同管理监测数据的存证等方法,增加环境设备状态信息作为上链数据,提高非现场监管效率,增强监测结果可信程度,进一步实现去中心化下的环境监测的可信管理。（2）为了保证环境监测管理的应用效率,在计算开销、容错性、响应时间、吞吐量等方面对现有的共识机制进行分析和对比,选用实用拜占庭容错（Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT）算法实现监测数据真实性验证的共识机制,提出了基于位置分组的实用拜占庭容错（Practical Byzantine Fault Tolerance based on location grouping,LG-PBFT）的共识算法,从通信时延、通信次数、吞吐量和容错能力等方面分析验证LG-PBFT的有效性。（3）根据基于区块链环境监测的可信管理的方案的研究结果,借助以太坊平台及其智能合约技术,设计并仿真实现环境监测可信管理的功能结构,构建环境监测数据完整性验证仿真实验的方案,测试实验结果,表明了研究结论的有效性和实用性。