关键词： 智能合约   庞氏骗局   机器学习   贪心算法   账户特征   卷积神经网络  

摘要： 目前针对庞氏骗局的检测方法最有效的便是结合机器学习的方法,但是选择的模型还是存在些许不足。人工检测的方法需要庞氏骗局的源代码,这个方法不能处理每天部署的数千个新智能合约和大量的非开源智能合约;操作码频率检测会导致潜在的庞氏骗局遗漏;账户特征检测则会简化的数据集,有可能导致模型过拟合,且检测性能较低。为解决目前存在的部分问题,进一步提升模型检测性能,本文采取综合效果最好的极端梯度提升(e Xtreme Gradient Boosting,XGBoost)模型结合稀疏感知算法,此方法通过对于样本数据中的缺失值自动学习分裂方向得到最优的目标函数,最后通过采用改进后的贪心算法进行模型性能的提升,提升智能合约中的庞氏骗局检测的三种评定性能,构建ROC(Receiver Operating Characteristic curve,ROC)曲线对比图。并且提出通过生成对抗网络生成新的样本数据,进而减少过拟合的构想。本文的主要内容和创新点如下:(1)结合改进后的贪心算法提升现有XGBoost模型的检测性能。针对以太网的智能合约中的异常交易数据检测,本文比较三种常用的机器学习模型的性能:支持向量机(Support Vector Machines,SVM)、随机森林(Random Forest,RF)、XGBoost。比较各个模型检测中的优劣,对于性能最优以及最实用的XGBoost模型结合改进后的贪心算法进行提升检测性能。本文构建的模型能有效提升了模型训练速度,减少模型的复杂度,并且有效提升模型的Recall、F-score以及AUC(Area Under Curve,AUC)值。(2)基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)模型检测区块链中的智能合约为庞氏骗局的概率。本论文通过CNN模型可以将文本数据输入图像处理模型中,便于以后用生成对抗网络模型生成新的样本数据,从根本上解决样本数量不足的问题。此外,本文中的CNN模型添加K折验证后除了性能有所提升以外还将各个账户中特征为庞氏骗局的概率识别分析出来,检测出庞氏骗局的概率热图,更加有效的提升了模型的准确性和可信度。用户只需将交易信息中的账户特征输入模型,便通过已知速率识别出该交易是否存在异常交易,如果提醒可能为庞氏骗局,则通过其他账户特征进一步确认标记。

关键词： 智能合约   符号执行   关键组合路径   状态变量依赖图  

摘要： 近几年,以太坊智能合约因其无需第三方监督、不可篡改、可信交易的优点,受到了社会的广泛关注,应用在了游戏、金融等多个领域。由于对安全性的忽视和合约本身具有的巨大经济价值,让智能合约成为攻击者的攻击目标,严重损害了用户的利益。因此对合约漏洞检测,就显得尤为重要。本文根据以太坊智能合约执行原理和漏洞特征,研究和实现了一个智能合约静态漏洞检测系统。本文主要的研究内容如下:(1)针对当前符号执行方案误报率过高和无法检测多个函数共同作用造成漏洞的情况,设计了基于状态变量依赖图的符号执行漏洞检测方案。该方案通过从智能合约中提取状态变量依赖图引导组合路径的构建,从而可以在较小的路径空间下检测由多个函数触发的漏洞。同时依据状态变量依赖图设计了对四种漏洞检测的方案,降低了误报率。在构建的数据集进行了实验,结果表明该方案的效果优于其他的符号执行工具。(2)针对机器学习漏洞检测方案中噪声过多导致检测效果不佳的问题,设计了基于关键组合路径的深度学习智能合约漏洞检测方案。关键组合路径去除了大量与漏洞无关的合约代码,大大减少了噪声。同时,对智能合约代码进行分析,提出了代码规范化方法,去除了同质化的代码,更进一步降低了噪声。最后通过实验验证了所提方案的有效性。(3)基于上述两个方案,设计实现了以太坊智能合约静态漏洞检测系统。当符号执行发生超时导致漏报问题时,用深度学习的检测结果进行补充,这样提高了整体的检测效果。对系统进行了功能和性能测试,测试结果表明该系统具有准确率高、误报率低、漏报率低的优点。

关键词： 物联网   区块链技术   身份验证   智能合约   以太坊   攻击防御  

摘要： 物联网装置的接入数量剧增给人们带来便利的同时也给物联网装置带来了诸多的安全隐患,网络或者网络参与方可能遭受假冒物联网装置攻击。通过对物联网装置身份信息的可信管理,可以解决物联网装置的假冒问题。而现有的物联网装置身份信息管理方案大多需要依赖可信的中心服务器,且信任管理成本较高,可能存在中心服务器泄露物联网装置身份信息的问题。区块链技术为实现去中心化模式下的物联网装置的安全防护提供了设计思路,采用一种去中心化的物联网装置身份信息的可信管理,可以防御假冒的物联网装置的攻击。本文提出了一种基于区块链的物联网装置攻击防御方案,主要工作如下:针对物联网面临的假冒物联网装置攻击类威胁,研究了基于区块链的物联网装置攻击防御技术,提出了一种基于区块链的物联网装置攻击防御模型,包括了物联网装置可信注册机制、可信验证机制、可信隔离机制,通过区块链对网络中的物联网装置进行真实性管理,保证网络中物联网装置身份信息不会被窃取和更改。根据防御模型中的物联网装置的安全表示需求,研究了基于区块链的物联网装置身份信息的安全标识方法,协同利用物联网装置自身的硬件标识和作为区块链应用参与方的公钥地址标识物联网装置实体,提供了物联网装置真实性的验证能力。提出了一种基于区块链的物联网装置攻击防御方案,将网络中的物联网装置身份信息注册于区块链中,对装置身份信息进行真实性可信管理,并且通过装置身份验证机制和假冒装置隔离机制实现了装置与装置之间的安全通信,确保网络中装置的真实性,防范网络中的假冒物联网装置攻击。针对本文提出的攻击防御方案,采用以太坊区块链平台,完成了系统的仿真实现,包括系统设计、智能合约的设计实现、系统功能函数的实现。完成了仿真实验的测试方案设计,并根据测试方案对系统进行了功能测试。测试结果表明,该方案能够在不依赖可信第三方的前提下,实现装置身份信息的可信注册、可信验证,并对检测出的假冒装置进行隔离,可以有效防御网络中假冒物联网装置的攻击。

关键词： 区块链   学信管理   PBFT共识算法   智能合约   可信存储  

摘要： 随着疫情在全球的不断扩散,人们的学习生活逐渐受此影响,学习环境被不断推动着向网络化方向发展,传统的学信管理模式往往在学生学籍、学生成绩、学分认定以及学生综合测评等环节存在因数据中心化程度过高而导致的易被篡改等潜在风险。利用区块链去中心化、数据可追溯且不可篡改等特点,可实现学信数据可信存储、数字内容确权和身份认证等。本文对区块链共识算法进行研究,并就学信问题进行了智能合约研究,将设计的智能合约嵌入进区块链学信系统,实现学信数据可信存储,主要研究内容如下:(1)基于教育联盟链的改进实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)算法研究。针对教育领域中面对处理交易量和信息量较大的情况时,PBFT算法存在共识时延高、吞吐量和性能较低的问题,本文提出了基于教育联盟链的改进PBFT共识算法。首先引入共识委员列表机制对主节点的选取方式进行改进,实现节点的动态增加和减少;然后,由于高校在学信管理领域具有高信誉度,在作为共识节点参与共识时作为拜占庭节点的概率极低,因此对一致性协议进行了优化;最后,对网络结构进行了优化,将Prepare包的广播方式替换为树状广播,提高广播效率,进而提升共识算法效率。实验结果表明,改进后PBFT算法具有更高的吞吐量,能够在相同时间内处理更多交易事务,使区块链学信系统具有更高的共识效率,提升了学信系统的整体性能。(2)基于Solidity的智能合约设计与实现。本文针对学信系统在学生学籍、学生成绩、学分认定以及学生综合测评等环节潜在存在的数据可信度问题,利用区块链的防篡改特性,结合智能合约中定义的关键数据上链且强制执行的特点,设计了学信数据可信存储模型,并进行相关合约设计与开发,实现了学信数据认证并可信存储。(3)基于区块链的学信系统设计与实现。本文设计并开发了基于区块链的学信系统,系统底层联盟链框架采用FISCO BCOS,系统中将智能合约封装起来嵌入到区块链学信系统中,实现关键数据链上存储。最后,对区块链学信系统核心功能及性能进行了测试。测试结果表明,系统符合可用性的需求,并且满足一般性的系统要求。通过对PBFT算法进行研究,并就学信中的数据可信度问题设计了相关智能合约,将其嵌入在设计并开发好的区块链学信系统中,实现了学信数据可信存储,提升了数据可信度,对教育的良好发展至关重要。

关键词： 以太坊   智能合约   EVM   WebAssembly   Solidity   内联汇编  

摘要： 区块链作为一种去中心化、不可篡改的全球化账本,目前已有许多基于区块链的应用落地。智能合约是运行在区块链上的自治程序,继承了区块链的特点,其在执行过程中是透明且不可篡改的,也正是智能合约的出现使得去中心化应用得以实现与发展。但随着区块链的发展,目前最常用的智能合约执行虚拟机EVM(Ethereum Virtual Machine)在性能上已逐渐无法满足用户的需求,因此越来越多的公链支持或正在开发被认为能以更快的速度执行智能合约的WASM(Web Assembly)虚拟机,但WASM虚拟机在区块链上的性能还没有得到好的验证。而作为目前智能合约开发最流行的编程语言,Solidity允许使用内联汇编获得更细粒度和更底层的开发功能。但智能合约中内联汇编的流行情况、使用原因以及能够做什么都没有得到很好的解释。因此为了解决以上问题,本文做了以下两个研究:(1)WASM虚拟机和EVM的性能测试与对比。本文在支持EVM和WASM虚拟机的两条公链以太坊、Plat ON上的三种客户端上测量并对比了两种虚拟机在不同指标上的性能。同时分析了三种客户端上WASM智能合约开发工具链的限制。结果显示,目前这些WASM智能合约开发工具链功能还十分有限,无法实现复杂且高鲁棒性的智能合约;而在本文提出的5个指标上,WASM虚拟机均达不到EVM的表现。这些结果有助于WASM虚拟机的进一步开发,同时也可以帮助一些开发人员更加了解其使用的开发工具链的局限性。(2)以太坊上智能合约内联汇编的实证研究。在设计了解决几个技术挑战的新方法后,本文从源码、字节码和交易三个方面首次对超过760万份开源以太坊智能合约进行了大规模的内联汇编实证研究。通过对收集到的数据进行彻底的定量和定性分析,结果显示,所有开源智能合约中有11.9%使用了内联汇编,且内联汇编通常可以被用来实现Solidity中不支持的功能以及节省Gas等。这些结论对Solidity语言的发展有着指导意义,同时也可以帮助Solidity智能合约开发人员更加了解内联汇编并在开发工作中使用这个特性以实现特殊的功能,如地址操作、节省gas等。

关键词： 以太坊   智能合约   漏洞检测   符号执行  

摘要： 智能合约作为区块链技术2.0的标志性成果,同时,也是WEB 3.0的关键技术,起着至关重要的作用,被广泛使用在各种领域,例如金融,公共审计和物联网等。然而,智能合约却不是十分安全的,存在各种各样的漏洞。更糟糕的是,智能合约一旦被部署在以太坊上,就不能再次更改。同时,在智能合约面临如此巨大安全威胁的情况下,目前仍没有一个高准确性以及通用性的以太坊智能合约自动化检测工具。为此,本文开发了一个基于符号执行的以太坊智能合约漏洞自动化检测系统。针对重入漏洞、意外的以太币余额漏洞和带有硬编码gas量的消息调用漏洞,提出了自动化检测方案。为了检测以太坊智能合约漏洞,首先对漏洞进行分析。在对这三种漏洞进行了代码分析后,提出了针对每种漏洞的自动化检测方案。针对重入漏洞,判断CALL指令之前的约束条件在遇到CALL时,是否还满足来检测是否存在漏洞,同时,通过5个过滤器来过滤假阳性结果;针对意外的以太币余额漏洞,判断require或者assert指令参数中的约束条件是否包含BALANCE指令来检测是否存在漏洞;针对带有硬编码gas量的消息调用漏洞,判断CALL指令的gas参数是否是一个固定常量来检测是否存在漏洞。面向以上三种漏洞的自动化检测,开发了一个基于符号执行的以太坊智能合约漏洞自动化检测系统。在研究了以太坊虚拟机运行逻辑和以太坊汇编语言指令执行逻辑的基础上,通过模拟以太坊虚拟机的栈、memory和storage,模拟实现以太坊虚拟机的指令执行逻辑。同时,根据EVM汇编码构建基本块,基于基本块之间的跳转关系构造边,生成代码的控制流图。在控制流图的基础上使用符号执行技术,按照深度优先顺序,执行每个基本块的每条指令,对于不确定的输入值,使用符号而不是具体值来执行每个指令。在符号执行过程中,根据前面提出的漏洞检测方案,最终实现针对这三种漏洞的自动化检测。为了验证系统功能的有效性及漏洞检测的准确率,对系统进行详细的测试。使用含有各种漏洞的测试用例,分别对系统的各个功能模块进行测试,并分析和评估每个模块的功能有效性;通过在两份不同的大型数据集上进行的实验测试与分析,得到了漏洞检测的准确率,以及产生假阳性的原因。

关键词： 区块链   智能合约   生命周期   运维管理   静态程序分析  

摘要： 智能合约在20世纪90年代提出,但由于其缺少可信的执行环境,直到区块链技术的出现才逐渐得到广泛应用和发展,并成为区块链2.0的核心技术之一。区块链具备不可篡改、去中心化、可追溯等特性,能够保障智能合约的安全可信,但也使得其面临着应用维护成本高、安全事故频发、状态难以追踪等问题。为此,本文开展智能合约生命周期管理机制的研究,并在此基础上设计实现了一个智能合约生命周期管理系统。本文主要工作如下:(1)针对智能合约应用维护成本高的问题,本文归纳了合约停用、自毁和代理更新三种智能合约变更方案,从理论和实验的角度分析这些方案的可行性,并提出了形式化的编码规范,实现了高效的故障恢复与灵活的应用升级;(2)针对智能合约安全事故频发的问题,本文根据智能合约变更方案的编码规范,提出了一种基于静态程序分析的代码审查机制,保障了智能合约的运行安全;(3)针对智能合约状态难以追踪的问题,本文提出了一种智能合约状态管理方案,实现了合约所有者与相应合约信息的关联,并通过实时追踪合约状态,保证了智能合约的调用安全;(4)基于上述研究,本文设计并实现了一种智能合约生命周期管理系统,完成了对智能合约编译、部署、运行和终止等多阶段的运维管理。功能测试与性能测试的结果表明,该系统能够解决当前智能合约面临的主要问题。

关键词： 区块链   智能合约   去中心化金融   稳定币   美元稳定币  

摘要： 以比特币为首的区块链技术搭建了一套货币体系,其以去中心化、不可篡改、可追溯性等特性吸引了市场的关注。由于下一代区块链技术——以太坊的可拓展性,在其区块链上运行的各种各样的智能合约中逐渐衍生出去中心化金融(Decentralized Finance,以下简称De Fi)。De Fi目前已经提供了广泛的应用。在De Fi金融体系下,人们迫切寻找一个能够克服比特币等众多加密货币的价格不稳定性——即稳定币(Stablecoin)。与其他加密货币一样,稳定币近年来越来越受欢迎,目前积累了百亿美元的市值。例如Tether公司发行的美元稳定币USDT通过在真实世界中质押美元进而在链上发行,使得链上对应的代币价值一比一锚定美元;此外通过在区块链上部署去中心化协议(Smart contract),将数字货币作为抵押,并引入价格发现和抵押率监控机制,以去中心化的方式实现一比一发行美元稳定币,如Maker DAO所发行的美元稳定币DAI。总体来说区块链中的稳定币分为链下稳定币(中心化公司以法币为基础发行,Pcurboard)和链上稳定币(去中心化协议以加密货币为基础发行,Pcombank)以及算法稳定币(无抵押发行,Pcenbank)。相对于法定货币的汇率而言,加密资产的稳定性是一个难以实现的目标。要使私人发行的稳定币在稳定性表现方面取得成功,需要在其中“引入”现行法定货币系统的可信度中。后者有完善的金融安全网络支持。“引入”后者可信度的一种方法是,让私人发行人的稳定币由现有的法定货币担保。本文通过对31种不同稳定币的价格数据和法定货币或前者承诺与之挂钩的其他资产进行对比,通过应用一组动态面板回归来研究决定相对稳定性的因素。最终得出结论,发现有证据表明稳定币稳定机制的设计,尤其是法定货币用作抵押品的程度,以及此类稳定币发行相关的外部审计是否存在,可以提高此类稳定币外部支持的可信度。本文的研究结论对于私人发行的稳定币表现至关重要。

关键词： 区块链   隐私保护   可追溯   交易公平性   智能合约  

摘要： 当前,数据是信息时代的重要战略资源,随着区块链技术在数据交易共享中的广泛应用,隐私数据交易信息易泄露问题日益凸显。区块链环境下如何保证敏感数据的交易隐私保护问题一直是近几年的研究热点。然而,当前众多学者过度关注增强数据交易的隐私性,而忽略了交易过程中的监管和追溯,导致数据滥用现象严重,且在缺乏监管环境下,数据交易也存在一定的不公平性。为此,本文通过分析区块链环境下的具体数据交易流程,并借助群签名算法、零知识证明以及不经意传输协议对隐私环境下的数据监管和交易公平问题进行了研究,并设计相应的解决方案。主要研究贡献及创新工作如下:(1)针对隐私保护基础上监管追溯难问题,提出一种匿名可追溯的数据交易机制。在基于区块链的交易流程中可以实现用户身份匿名的同时实现用户身份可追踪。对于数据交易中用户身份隐私泄露问题,用户采用群签名算法对交易进行签名,可以实现用户交易签名时的身份匿名性,在必要时可以打开交易群签名来追踪用户身份,确保数据交易的匿名可追溯。通过对方案进行安全性分析和方案对比,表明方案在匿名保护、可追溯性和交易安全上有一定的优势。(2)为了保障数据公平交易,防止数据交易欺诈行为,提出一种基于区块链的数据公平交易方案。方案使用智能合约和不经意传输协议实现自主可控公平的数据交易,通过智能合约来实现支付公平,利用不经意传输协议来实现数据交换中隐私保护和数据验证;并设计仲裁机制来解决交易纠纷,提高交易可靠性。设计数据交易智能合约规范数据交易流程和支付步骤并测试,测试结果表明方案具有较高的吞吐量。最后,通过对方案进行安全性分析,表明方案可以保障数据交易公平性,提升交易交换可靠性。

关键词： 区块链   电力零售   Fog-HotStuff   去中心化   智能合约  

摘要： 随着碳中和观念日益普及,电力零售市场中以风能、太阳能为代表的新能源交易比例不断提高。采用传统中心化架构的电力零售交易平台逐渐难以满足电力零售市场的发展需求,其不足如下:第一是电力零售市场参与主体多,难以通过中心化平台达成共识;第二是电力零售交易数量多、金额小,传统以人工撮合为主的双边拍卖机制交易效率低;第三是新能源受季节和天气影响大,毁约抵赖行为举证难度大。因此需要提出一种基于去中心化架构的可信交易机制解决传统电力零售平台存在的效率、安全、协作及信任问题。本文结合区块链去中心化、信息公开透明、操作可追溯、数据不可篡改的特性,进行电力零售交易平台相关研究工作。首先分析不同类型区块链技术架构,对比分析多种共识协议算法特性,结合电力零售交易数据隐私保护需求,选择以Fabric联盟链和拜占庭容错共识作为解决方案,但在实现过程中还面临现有拜占庭容错共识算法吞吐量过低、隐私保护不足等技术难点。接下来选择目前吞吐性能最强的拜占庭容错共识算法Hot Stuff替换Fabric中的Raft共识算法。之后为解决Hot Stuff算法leader节点选取可预测、节点权益无法动态调整、悲观情况交易延迟增加和吞吐性能降低等问题提出了改进的联盟链共识算法Fog-Hot Stuff,其具体内容如下:候选节点采用VRF算法生成可验证随机数,使leader选取不可预测;在共识阶段增加网络时延监视器,根据网络状况调整View-Change阶段定时器超时阈值,降低视图切换资源开销;利用智能合约定期更新实现共识节点权益动态调整。其次针对现有电量零售交易流程,采用智能合约技术优化双边拍卖环节,结合过网费建立用户侧动态非合作博弈模型,提高交易效率的同时保证了所有买电用户购电支出最低。最后,本文采用Fabric平台、Spring Boot和Ant Design Pro框架搭建了一个去中心化的电力零售交易系统,并对相关模块进行性能测试。本文使用区块链对现有电力零售机制进行优化,通过改进共识协议、优化电力零售交易流程不仅提高了交易效率,降低了系统运行成本,还为所有参与者提供了去中心化、高安全性、行为可追溯和数据公开透明的可信交易环境,有效解决了传统中心化电力零售交易平台存在的信任、安全和效率问题。