关键词： 区块链   以太坊   智能合约   溯源   PoA  

摘要： 基于区块链的农副产品溯源系统旨在为农副产品提供一个基于区块链的去中心化可信溯源,为食品安全问题提供一个可靠透明的解决方案,同时解决在中心化溯源过程中遇到的因数据存储中心化而带来的一系列漏洞和问题。通过对国内外的传统溯源发展现状与区块链溯源发展现状的研究,发现了传统溯源存在中心化存储的问题同时区块链溯源系统普遍较为简单且不支持大文件的上链存储。针对目前存在的问题本文进行了研究并进行了如下工作:1.对现有的共识算法进行了学习,重点对基于权威证明PoA的clique算法进行了研究。结合clique的主要思想设计了基于PoA共识的权威节点动态选择算法,通过动态改变权威节点确保参与出块的权威节点尽可能保持在线,从而使得系统出块更加稳定。对算法的效果进行了验证和测试。2.对基于区块链的农副产品溯源系统的需求进行了分析,在此基础上完成了系统整体架构和功能模块的设计。对区块链溯源流程、大文件链上存储、溯源数据的页面展示及数据库进行了设计。3.完成了基于区块链的农副产品溯源系统的详细设计和实现,使用solidity语言进行智能合约的编写并搭建区块链环境,通过truffle框架实现合约的部署并通过web3提供的api和truffle获取的合约实例来实现系统与以太坊的交互。结合webgis和echarts对溯源查询的结果进行直观的图表统计和地图展示。4.最后对系统效果进行了展示并对系统进行了测试,将系统实现于实际的智慧社区项目中完成了系统的应用。

关键词： 区块链   智能合约   链上链下协同   并行执行  

摘要： 智能合约作为部署在区块链上的一种代码脚本,能够在被事务调用时自动为用户完成预定的业务或计算。但伴随着区块链的应用场景变得多样而复杂,智能合约正变得越来越复杂,智能合约中所包含的计算量也出现了大幅上升。据统计,以太坊上已经出现了计算耗时超过20秒的智能合约。因此,计算密集型合约事务被用来指代此类验证过程需要消耗大量计算资源的智能合约的调用事务。如何实现区块链对计算密集型合约事务的快速验证,成为区块链突破性能瓶颈,实现多场景落地的重要研究。在众多已有研究中,使用并行执行的策略,缩短事务执行用时,已被证明是提高区块链吞吐性能的有效手段。然而,这些方案大多针对简单事务提出,并没有考虑计算密集型合约事务的特殊需求。导致现有简单事务并行方案向计算密集型合约事务的迁移使用缺乏理论指导,阻碍了计算密集型合约事务并行策略的发展。另外,区块链对计算密集型合约事务的并行能力支持有限。一方面,智能合约多核适配能力差,在被多核并行执行时存在重放结果不确定的问题。另一方面,计算密集型合约事务尚缺乏一种具备良好链上链下数据一致性的链下并行方案。为此,论文在以下方面做出了努力。1.针对现有并行方案无法良好的应用于计算密集型合约事务这一问题,论文提出了面向计算密集型合约事务的并行策略分类方法。论文通过分析典型的计算密集型合约案例,提出计算密集型合约的并行策略存在多核适配以及计算抑制两种特殊需求,进一步分类探讨了现有并行技术向计算密集型合约事务迁移应用的可能。2.针对智能合约多核并行执行时存在的重放不确定性问题,论文提出了支持重放确定性的并行编程合约,提供了一种能够允许一个合约事务同时在多个计算核心上执行的智能合约模型,以提高计算密集型合约事务的执行效率。同时,该模型能够解决并行任务中存在的资源无序竞争问题,保证并行结果的重放确定性。3.针对计算密集型合约事务链下并行方案存在的链上链下数据不一致问题,论文提出了一种新的链上挑战型链下计算协议。该协议能够允许计算密集型事务不必在共识过程中被重复计算,而事务结果仍然能够获得正确共识,计算过程也具备了分组并行的特性。该模型解决了之前同类模型存在的链上链下数据短期不一致的问题,在大幅提升区块链吞吐的同时,能够有效减少无效交易。链上挑战协议中同样包含了相应的激励模型以及资源超前交付策略,进一步保障了链上挑战协议的可靠性及可用性。

关键词： 医疗数据共享   智能合约   访问控制策略   分类分级属性   后序遍历  

摘要： 近年来,医疗信息化发展步伐加快,各类数据共享平台的出现打破了“数据孤岛”现象,医疗数据的高价值性在大数据共享时代得到充分发挥,但同时,医疗数据的强隐私性对共享过程提出了更高、更全面的安全需求。基于属性的访问控制方法可以实现细粒度、动态且灵活的授权访问,保护数据安全,但面临中心化管理、访问控制效率低下以及缺少加密机制等问题。本文提出一种去中心化、安全且高效的医疗数据访问控制方法,具体研究内容如下:(1)针对属性信息进行优化,提出一种基于智能合约的分类分级属性算法。该算法采用属性分类设计得到属性分类结构和变量指派值域,使用属性分级设计为主体属性值和资源属性值分配安全等级,并根据资源的隐私级别为其设置相应属性粒度的访问控制策略,合理配置属性信息。属性分配合约和优先级判决合约实现去中心化的访问控制操作,提高访问效率,增强数据安全性。(2)为解决策略匹配效率低下问题,提出一种基于智能合约的后序遍历策略树匹配算法。该算法根据可扩展访问控制标记语言策略标签生成策略树和请求树结构,并设计策略树和请求树的后序遍历匹配流程以及无用策略子树剪枝规则,使用策略匹配合约实现去中心化的匹配工作,增强匹配结果可信度,提高策略匹配效率。(3)设计一种基于智能合约的医疗数据访问控制方法MDACSC(Medical Data Access Control Method Based on Smart Contract),将分类分级属性算法和后序遍历策略树匹配算法应用到访问控制机制中,结合智能合约实现自动化、灵活的访问控制过程,摆脱第三方信任机构依赖,实现去中心化的新型管理机制。同时,为患者医疗数据提供属性代理重加密(Attribute-Based Proxy Re-encryption Scheme,ABPRE)服务,保证数据的存取安全,并通过双线性困难问题证明了方法的安全性。仿真实验验证了属性优化的有效性以及策略匹配的可行性,MDACSC与其他访问控制方法相比有效地提高了访问控制效率。

摘要： 与传统合约相比,智能合约可信性高、经济、高效,不仅可以重塑保险业运行机制,增强经济运行功能(智能合约带来"可编程经济",可编程经济带来高速交易,高速交易带来高流动性),而且可以优化金融保险政策传导机制,提高政策精准度,已成为保险业建设发展的重要趋势和必然选择。未来,智能合约将在保险领域更好地发挥作用,

关键词： 区块链   学习成果   共识机制   智能合约  

摘要： 区块链作为新一代信息技术，引发了新一轮技术创新和产业变革。教育领域也普遍开始进行一系列的相关研究。文章通过梳理区块链的相关内涵、发展脉络及其相关研究趋势，对区块链在教育领域内的相关案例进行总结，并分析将区块链技术应用于在线成果的认证、转换过程中的相关研究，为后续进行基于区块链技术的在线学习成果管控模型的研究产生重要参考价值。

关键词： 供应链溯源   区块链   共识算法   SM2   智能合约  

摘要： 随着社会经济的不断发展和人民消费水平的提升,消费者对物质生活水平的需求不再仅仅体现在数量上,同时对商品的质量也有了更高的要求。供应链溯源技术是保障商品质量的首要方案,但在传统中心化存储的供应链溯源系统中存在信息孤岛、恶意企业对溯源信息进行修改不易被察觉和溯源难的问题。区块链具有去中心化、不可篡改性和可追溯性等特点,这些特点使其在商品溯源方面具有不可替代的优势。然而由于供应链溯源管理的参与方较多且存储信息量较大,如果直接使用区块链技术对供应链溯源平台进行实现,共识算法本身所存在的缺陷和区块链网络数据存储压力大的问题将会成为二者结合的主要瓶颈。因此本文针对这两个问题分别进行优化与改进,以提高区块链技术在供应链溯源中的可用性。论文主要研究工作如下:（1）针对委托权益证明共识算法存在记账节点的选举受拥有数字货币数量多的节点影响较大、区块验证时间长和对被选为记账节点的恶意节点不能及时处理的问题。本文提出一种基于工作量证明和信誉值的委托权益证明共识算法。该算法首先通过引入工作量证明的方式选举出本轮的共识节点,之后非共识节点只能对共识节点进行投票选举出记账节点,以提高区块链网络的去中心化程度。在投票选举阶段,每个非共识节点都需完成两次投票,第一次投票是投给共识节点选举记账节点,第二次投票是投给非共识节点选举验证节点。最终的选举结果也会把该节点的信誉值考虑在内,保证记账节点和验证节点的可靠性。最后在共识阶段由验证节点对产生区块进行验证以降低交易延时,同时引入记账节点更换机制提升对恶意节点的处理速度,保证区块链网络的健壮性。实验结果表明,本文所提共识算法相较于原始算法在记账节点分布率、交易时延和系统吞吐量上都有一定的提升。（2）为减轻区块链网络的存储压力,提出面向区块链溯源的链下扩展存储方案。该方案中,数据的不可篡改性由哈希函数的不可逆向推导和区块链的不可篡改共同保证,数据的有效性由SM2签名算法保证。企业通过部署智能合约将数据哈希和签名结果上链,数据明文则存在链下数据库中。本企业的每条数据库记录包含了数据明文,链上数据在区块链上存储的地址,对应上游企业相关数据的数据库索引和链上数据存储地址,实现溯源。最后基于该方案采用以太坊区块链通过SSM（Spring+Spring MVC+Mybatis）开发框架对溯源系统进行实现,系统设计了详细的数据库表和智能合约,为区块链技术和供应链溯源更有效地结合提供了一种思路。

关键词： 车辆群智感知   隐私保护   位置认证   智能合约   可编辑区块链  

摘要： 车辆作为移动群智感知网络(MCS)中重要的移动设备,随着其不断网络化和智能化、以及数量的快速增长,装载专用的计算、存储、通信单元以及音视频、加速度、化学、温度等一系列传感器的智能车辆已经变成一个强大的移动感知、计算和存储平台。车辆群智感知为智慧交通、智慧城市中大规模复杂的感知应用提供了支持,例如路面和交通状况收集、环境监测、数字地图、社交活动管理等。车辆群智感知作为MCS的一个独特的分支,具有高移动性、智能计算、协同感知等独特的优势。数据作为车辆群智感知应用的核心驱动力,海量频繁的数据收集分享传输带来的安全和隐私问题严重威胁着车辆群智感知应用系统。一方面,传统的数据隐私保护措施在车联网这类强异构环境中并不能很好地兼容,例如车辆的高移动性导致的网络拓扑频繁变化,有限的计算、通信和存储能力不能满足复杂的加解密方案带来的庞大开销以及复杂的安全认证协议带来的通信开销。另一方面,传统的群智感知系统往往依赖于一个中心化的数据中心或服务器来收集、处理和存储数据,很容易造成数据隐私泄露且很难保证感知系统的可靠性,如中心化的服务器很容易被攻击导致系统面临单点失效的风险,且很难保证中心化服务器的完全可信。因此论文围绕车辆群智感知应用中数据共享的安全和隐私保护问题进行了深入研究,主要研究工作包括: (1)提出了车辆招募过程中的位置隐私保护机制 在车辆群智感知应用的参与者招募过程中,为了能成功参与请求者的群智感知任务,车辆需要分享自己的位置信息和感知数据质量等信息以供请求者选择。然而,恶意的车辆可能伪造的位置信息造成位置欺骗,其他实体可能会推测和追踪车辆参与者的位置、身份等敏感信息导致隐私泄露。针对车辆群智感知应用参与者招募过程中的位置欺骗和隐私泄露的问题,设计了一种不需要先验知识的一对多车辆位置认证方案。考虑位置分享中可能存在的位置欺骗,利用一种不可篡改且不泄露精确位置的时空位置标签表征车辆位置实现参与者招募。考虑车联网中车辆的高机动性,在位置认证方案中车辆端的操作要尽可能的简单,保证车辆只提交一次数据利用一次交互就可以完成认证。考虑感知数据质量分享导致的隐私泄露,将感知评分加密传输并将关联的密钥嵌入到位置标签中,利用模糊提取器提取嵌入的密钥实现密钥交换。一旦候选车辆通过位置认证成功参与请求者的感知任务,请求者即可提取密钥并解密,实现在车辆参与者招募过程中一轮通信中同时完成位置认证和密钥交换。实现了车辆参与者招募过程中,在不具备任何先验知识和车辆实际位置的条件下安全高效的一对多的位置认证。理论分析验证了该方案的正确性、安全和隐私性以及效率,证明了该方案的有效性,通信开销和时间效率的评估,验证了该方案同时保证了效率和隐私性。 (2)提出了车辆可信度评估与管理的隐私保护机制 在高动态性的车联网环境中,车辆之间频繁进行信息交换,很难保证来自附近陌生车辆的消息可信,尽管通过位置认证、身份认证等方案可以验证车辆本身是否合法,但是恶意车辆依然可以通过合法身份传播不可信的信息。因此需要构建一个信任值管理机制去评估车辆本身的可信度,然而中心化的可信度评估方案是将评估依据集中收集和聚合,无法保证评估依据的可信度和评估过程的可靠性,同时很容易造成车辆的隐私泄露。针对车辆信任评估中存在的评估依据不可信和隐私泄露问题,设计了一个去中心化的公平可靠且隐私保护的车辆可信度评估管理机制。引入区块链架构代替中心服务器,车辆和路边单元(Road Side Unit,RSU)作为区块链上的节点匿名发布和评估反馈信息,并将反馈信息聚合存储在区块链上作为车辆信任值评估的依据,区块链上的安全匿名机制可以有效防止隐私泄露导致的车辆被定位或追踪。RSU作为强大的计算节点维护和管理可信度评估区块链,通过部署智能合约来实现反馈消息聚合和信任值评估和更新,RSU自动执行智能合约实现可信度评估。其他车辆和实体可以监督和验证车辆信任值评估过程,保证可信度评估过程透明、公平可信。网络中的车辆和其他实体可以通过可信度评估区块链查询车辆的信任值。安全性分析和性能评估表明,提出的基于区块链的车辆可信度评估与管理的隐私保护机制在车联网中是安全可靠和可行有效的。 (3)提出了基于可编辑区块链众包数据交易的隐私保护机制 在车辆群智感知应用中,由于中心化的感知数据交易架构很难保证交易的公平可靠和感知数据的安全性,提出基于区块链的去中心化数据交易架构。同时考虑分布式数据交易中交易记录的时效性、可验证性以及公开存储带来的隐私泄露和维护成本,设计了一个通用的基于可编辑区块链的感知数据交易方案。引入区块链和智能合约技术组织感知数据交易,将感知数据交易过程模型为数据拍卖过程,买卖双方通过部署在区块链上的拍卖智能合约实现公平可靠的数据交易。考虑感知数据的隐私保护,引入安全云存储在链下存储加密感知数据和访问策略。考虑交易

关键词： 区块链   社交网络   激励机制   智能合约  

摘要： 随着互联网技术的飞速发展,许多社交网络平台(Social Network Service,SNS)应运而生,例如,Twitter、知乎、微博等。虽然这些平台在日常的信息获取中为用户提供了极大便利,但也会产生许多问题:社交网络平台与用户的收入差异过大,为平台创造价值的活跃用户未能获得相应的收益,而且往往缺乏相应激励机制,导致用户活跃度不高;用户创造的内容没有得到有效保护,出现侵权等问题。而区块链是新一代信息技术的重要组成部分,是分布式网络、加密技术、智能合约等多种技术集成的新型数据库软件,具有数据透明、不易篡改、可追溯等特点,是解决网络空间的信任和安全问题,推动互联网从传递信息向传递价值变革、重构信息产业体系的重要技术。因此,本文将区块链技术应用于社交网络中,利用区块链的经济激励机制、去中心化的存储方式和非对称加密等技术来解决以上问题。论文的主要研究工作如下:本文首先借鉴传染病模型中应用最为广泛的SEIR模型,进而构建区块链社交网络内容传播模型,将区块链社交网络中的节点分为普通节点、观望节点、内容筛选节点、内容贡献节点和免疫节点。根据区块链社交网络中的不同节点,本文设计了区块链社交网络的基于币时消耗的内容投票算法,其基本原则是通过每次投票消耗币时来限制投票次数,并根据内容获得的投票权重来分配收益,从而保证活跃节点以及优质内容创作节点的相应收益。基于币时消耗的内容投票算法,将加密货币作为价值传递的媒介,通过设计相应的机制来促进加密货币的流通,设计的激励机制通过将区块链社交网络的加密代币按比例作为内容共享的奖励,分别奖励给优质内容的创造节点和筛选节点,从而引导社交网络节点行为,激励产生更多的优质内容。运用系统动力学的研究方法分析激励机制的因果关系,将基于区块链的社交网络激励机制进行建模,通过Vensim PLE软件仿真对比分析存在激励策略与传统社交网络的差异,使得用户通过创建或策展高质量的内容获得加密货币作为奖励,不仅能够实现对用户的激励作用,而且用户可利用加密货币,拥有对创作内容的控制权,从而保障用户的合法权益。其次本文设计并实现了一个基于区块链的社交网络系统,并利用区块链的经济激励机制设计适合于社交网络系统的激励机制。在应用层,通过一系列有利于平台发展的操作,给与加密货币奖励,从而提高用户的积极性。在性能方面,通过采用区块链+My Sql+IPFS(Inter Planetary File System)混合存储方案,结合各种存储方式的优点,既提高了系统的响应速度,又保证了数据的可信度。基于本论文的研究结果,有利于实现基于区块链的社交网络激励机制。

关键词： 区块链   充电交易   智能合约   协同声誉  

摘要： 近些年来,在节能减排、低碳出行的号召下,电动汽车获得了迅猛的发展,在人们的生活中越来越普及。与此同时,出现了很多充电桩共享和交易的运营商,用于提供充电服务,给电动汽车用户带来了便利。然而,其关键的交易和数据存储系统却是一个中心化的结构,存在着信息不对等、权力集中、风险承受性差等问题。用户与交易信息由平台单方面保管,存在信息泄露与交易数据篡改的风险;另一方面,各运营商之间是分散的中心化机构,数据不互通且缺少相应的竞争机制,存在各运营商利用信息差损害用户权益的情况。区块链作为一种分布式的加密数据库技术,具有去中心化、去信任等特点,在数据安全存储、信息可信共享方面有着天然的优势。因此研究如何将区块链与充电桩交易系统结合有着重要的意义。本文基于上述问题,在充电桩共享和充电的场景下,提出了基于区块链的充电桩交易模型。该模型通过设计一个基于Fabric联盟链的多运营商主体间充电桩交易网络,实现了充电交易服务的去中心化。与传统中心化的交易网络不同,该模型的数据由各节点进行分布式的加密存储,且交易流程经过模拟执行和共识验证,保证了交易数据的安全和流程的透明。另一方面,为了保证各运营商之间良性竞争、提升服务水平以促进平台的健康运转,本文设计了一种充电桩的协同声誉服务模型和基于用户信誉的服务计费模型。本文提出的基于区块链的充电桩交易模型既实现了数据与交易的去中心化,又解决了多运营商主体间的的缺乏合理竞争机制的问题。基于上述研究内容,本文设计并实现了一个基于区块链的充电桩交易子系统,实现了充电桩的注册、交易和评价。本文按照软件工程的规范介绍了从需求分析、概要设计、详细设计到编码、测试的整个过程。系统使用Hyperledger Fabric开源联盟链平台进行了系统的实现,并进行了功能测试。综上所述,本文针对充电桩共享平台去中心化交易和运营商竞争激励机制的需求,设计并实现了基于区块链的充电桩交易子系统,并使用智能合约实现了交易的价值转移和运营商之间的激励机制,为多运营商主体间分布式电力交易打下基础。

关键词： 隐私保护   信任担保网络   以太坊   智能合约   共享短租  

摘要： 网络交易作为一种依托于互联网技术的交易模式,因其具有便捷性而得到参与者的广泛认可,是目前主流的交易方式之一。但是,网络交易无需双方同时同地进行交易的特点使得网络交易的公平性保证成为了当下的主要挑战。现有的交易平台使用信任系统帮助用户评判其他交易参与者的可信度,从而为交易的公平提供担保,具体可分为基于第三方的信任系统和基于分布式架构的系统两类。但是对于基于第三方的信任系统,其难以应对女巫攻击,并且存在单点故障问题。而对于基于分布式架构的信任系统,其缺少可靠的验证机制,导致其提供的可信度评判缺乏保证。此外,使用信任系统的用户还面临着其信任关系暴露的隐私风险。虽然已有研究者提出若干能够保护用户隐私的信任系统改进方案,然而这些方案或是引入了额外的信任假设,或是存在着效率低下等问题,使得其难以在保护用户隐私的同时提供可靠的可信度判断功能。因此,针对现有的信任系统存在的缺陷,本文就如何设计能够安全有效地提供可信度判断功能的信任系统以及其应用场景进行研究,其研究内容包含以下四个方面:首先,针对现有信任系统难以为网络交易提供可靠担保的问题,本文基于信任等于风险的理论,使用以太坊与智能合约搭建了分布式信任担保网络。在此基础上,还设计基于该系统的公平交易流程,并在以太坊测试网络中实现了其原型功能以进行实验测试,从而验证了所设计的信任担保网络的可行性。其次,为证明所提出的信任担保网络能够达成网络交易的安全性,本文对所设计信任担保网络进行形式化分析,计算信任担保网络中诚实用户所面临的风险的上限,并证明信任担保网络能够有效应对女巫攻击。分析结果表明,所设计的系统能够为用户提供可靠的可信度判断功能,为实现网络交易的公平性提供了必要的基础。再次,针对当下信任系统中广泛存在的隐私问题,本文对所提出的信任担保网络实现方案进行改进,以保护网络中用户的隐私安全。一方面,借助以太坊签名所使用密钥对的加法同态性,优化用户维护信任担保的方案,确保用户信任关系不会泄露。另一方面,改进用户判断交易对方可信度的方案,保证交易双方的交易隐私。隐私与性能分析表明改进的方案能有效保护用户的隐私信息,并支持用户高效地进行可信度判断。最后,为证明所提出的基于信任担保网络的网络交易方案在真实环境中的可落地性,本文以共享短租作为一种具体的网络交易场景,设计了基于分布式信任担保网络的共享短租方案。所设计的共享短租方案克服了基于评分系统的传统短租方案的局限性,包括短租公平难保障、补偿方案难满意、短租隐私易泄露。通过对所设计的方案进行安全与隐私性的分析以及性能评估,确保所设计的方案能够达到所需满足的性能、隐私以及安全的目标。