关键词： 食品供应链   区块链   智能合约   可追溯性  

摘要： 自2008年区块链技术问世以来，随着多个平台（如以太坊和Hyperledger fabric）出现，其增长的速度不再受到质疑。这些平台实际上已经拓宽了除加密货币之外的区块链技术的应用领域。因为有了这些平台，我们可以使去中心化应用适应多个领域，例如供应链系统、教育和其他许多领域。由于食品供应链中涉及了许多参与者，因此为了存储信息而使用的传统方法是集中式的。数据的这种集中化面临了许多问题，例如数据操作、单点故障、可变性和透明性，而这些问题可以通过基于区块链技术的分布式账本来解决。实际上，区块链是一个去中心化的分布式数据库，可以安全地记录数据。如今，许多大型食品零售商（如沃尔玛）已经整合了区块链技术，以提高其供应链的透明度。在本文中，我们将介绍如何在食品供应链中使用区块链技术，以改善食品供应链参与者的可追溯性、信任度、透明度以及消费者信服力。因此，我们在本文中的目标是使用区块链技术（Hyperledger Fabric）创建一个去中心化的应用程序，该应用程序将连接我们食品供应链中的不同利益相关者。通过使用该区块链平台及其功能（证书授权、背书政策），该应用程序将允许食品供应的参与者跟踪和追溯与原材料和给定产品相关的数据，从供应商到最终消费者。此外，网络中的每个参与者都将至少有一个节点来存储系统的数据。我们结合了区块链技术和MongoDB来存储大量数据。同时，为了获得更好的结果，我对基于其他区块链平台（以太坊）的食品供应链中的区块链框架和其他现有工作进行了文献综述。我们在此提出的解决方案提供了一种新模型，在该模型中，监管者将作为网络的常规参与者参与系统。

关键词： 区块链   智能合约   安全多方计算   数据共享  

摘要： 数据价值的充分利用离不开数据拥有者之间的数据合作,开展高效安全的多方数据联合计算是打破数据孤岛、实现数据合作的关键环节。本文研究了现有的数据共享模型和方法,针对多方数据计算过程中存在的隐私保护、计算的安全执行等问题进行分析,设计并实现了基于区块链的安全多方计算系统。本文的主要工作由以下几点组成:(1)针对多方计算中公平性和安全性问题,设计了基于区块链的安全多方计算方案。该方案结合区块链技术以增加多方计算过程中的公平性,将智能合约作为一个去中心化的第三方,控制安全多方计算的流程,避免了传统方案仅依靠单一参与方进行决策;为了提高系统运行的安全性,降低多个参与方联合作恶窃取用户数据的可能性,该方案设计了参与方的随机选择模块,通过可验证随机函数结合参与方的信用值,从一组参与方中挑选出一部分参与计算,从而降低用户数据泄露的风险;为了提高参与方与区块链交互的效率,该方案构建了多方计算侧链,并采用零知识证明技术实现主链和侧链的数据同步。实验验证了本文所设计方案的有效性。(2)在基于区块链的安全多方计算基础上,提出了基于IPFS的数据安全共享方案,解决了用户数据的安全存储与共享问题。该方案将IPFS作为安全多方计算的数据存储层,通过秘密共享算法和代理重加密机制实现了多方数据的安全存储,使用户能够将数据安全的存储在IPFS的多个节点中,避免了中心化服务器获取用户隐私数据的风险;在数据访问的过程中,本文设计了智能合约实现用户数据的访问权限控制,只有经过用户授权的请求才能访问共享数据;为了在保护隐私的同时提高数据使用效率,提出了代理重加密机制的数据保护策略,保证了即使恶意节点获取了内容标识符,也无法得到解密的明文数据;为了提升共享数据的可用性,本文设计了IPFS数据备份策略,解决了去中心化网络中节点退出导致的数据丢失问题。实验结果表明,本文方法在增加较少时间代价的情况下能够实现数据的安全共享。(3)设计并实现了基于以太坊区块链的安全多方计算原型系统,主要包括计算任务模块、数据共享模块和多方计算模块。计算任务模块主要完成用户与系统的交互,包含了计算任务发布、计算任务查询和计算任务报名等功能;数据共享模块主要完成计算的参与方获取待计算的隐私数据;多方计算模块执行链下多方计算功能。实验结果表明基于区块链的安全多方计算系统的总体可行性。

关键词： 铁路桥梁施工监测   大数据平台   分布式存储   并行计算   联盟链   智能合约   基于信誉积分的实用拜占庭容错算法  

摘要： 在铁路桥梁施工过程中,已普遍采用自动化监测技术采集桥梁结构关键节点的应力、挠度及桥址环境数据等,但传感器采集到的原始监测数据并不能直接用于铁路桥梁的预警与评估工作。铁路桥梁施工过程中产生的海量监测数据给传统监测平台带来了巨大存储与计算压力;还存在数据被篡改的风险,导致铁路桥梁施工安全事故后的追责中数据真实性遭到质疑。论文对海量数据存储与计算问题、数据真实性问题进行研究,主要研究内容如下:（1）通过分析铁路桥梁施工监测研究与应用现状及问题分析,提出了铁路桥梁施工监测大数据平台框架,设计了铁路桥梁施工状态安全预警方案,并描述了监测数据的采集、传输、处理、存储、可视化、预警与共享功能。（2）基于京雄高铁某桥梁施工安全监测系统的采集方案及实测数据特点,归纳了实测数据中失真数据类型;针对不同类型失真数据的特点设计并实现了相应的识别与处理方法,并通过实验验证证明了其有效性。设计了基于数据并行化策略的失真数据识别与处理方法,通过对比实验证明了并行处理的性能优势。（3）构建了基于联盟链的铁路桥梁施工监测数据共享方案。设计了注册合约、监测数据存储合约与监测数据共享合约;提出了基于信誉积分的实用拜占庭容错算法,降低了拜占庭节点作为主节点的概率,简化了实用拜占庭容错算法的一致性协议,将一致性协议的时间复杂度由O（n2）降为O（n）;基于Hyperledger Fabric实现了智能合约与改进的共识算法,并使用Hyperledger Caliper对改进的共识算法进行了对比实验,结果表明改进的共识算法在共识时延和吞吐量方面优于实用拜占庭容错算法。

关键词： 区块链   以太坊   智能合约   社区激励   查询系统  

摘要： 智能合约作为以太坊区块链的可编程模块继承了区块链的技术特征——数据的存储和计算方式拥有不可更改的特性。它适用于存在互不信任的应用场景。现有的区块链应用研究一般分为两点:(1)针对区块链去中心化和防篡改的特性将其应用在新的应用场景中。(2)针对区块链技术的限制,扩展区块链的功能。本文主要基于以太坊智能合约技术,做出了以下两点研究。(1)针对在互联网环境下社区代币有中心化、不公开、平台掌控者可以任意修改的问题。本文基于以太坊智能合约技术提出了一种激励社区人员做出贡献的方法,解决了上述问题,并且针对该方法进行了设计和实现。方法主要分为代币分配、投票、代币交易、以代币为押金基础和以投票为标准的社区仲裁。它使社区贡献和加密货币相互转化,在社区中持有的代币和做出的贡献呈正相关,能够很好表达社区中贡献情况。社区中的投票结果体现社区的意愿,押金模式为代币提供了供应需求。最后,对智能合约中方法的GAS使用花费做出了记录。(2)针对无法获取社区贡献激励系统中智能合约的数据问题,本文设计了一个智能合约查询系统来解决这个问题。以太坊区块链的通用数据以智能合约为单位在以太坊中存储,经过编码后再通过虚拟机中执行进行状态转换。读取通用类型数据和状态转换数据存在较大的困难。本文设计了一个智能合约查询系统能够增加社区激励系统智能合约的公开性和为数据研究提供有效的结构化数据。首先,为了获取社区贡献激励系统区块链中的数据,本文分析那些数据需要进行了获取,并对需要获取的数据进行了抽取、解析和存储。其次提供分析合约数据高效的查询接口,能够查询合约的变量、函数和日志。最后对查询接口进行了性能评估,结果表明本工作具有有效性。

关键词： 数据共享   民航机场群   Hyperledger Fabric   智能合约  

摘要： 在信息化时代,数据作为一种重要的战略资源呈爆炸式增长,民航业的信息化发展也需要大量的、可靠的数据作为基石来驱动。同时伴随而来的就是数据共享需求的急剧增长。然而,当前我国民航领域各机场数据存储方式不统一,以及数据共享过程中安全性无法保证,导致数据资源在各机场间无法得到有效共享,制约了民航领域信息化发展。因此,本文基于区块链技术设计了整个系统的三层架构、各层级构成及所实现的功能。利用区块链本身具有的分布式存储,不可篡改性和透明性,通过在各机场内构建区块链节点建立各机场间的信任关系,有效改善民航机场数据共享领域存在的数据中心化存储以及“数据孤岛”的现状。其次,针对传统区块链系统中每一个节点均参与对数据的存储和共识计算而导致大规模系统的性能限制问题,本文提出双层联盟链网络,使得各机场内节点存储本机场内部数据并形成内部共识,机场间再次达成高层共识,以降低存储和计算的需求。同时考虑机场本身的业务场景涉及到多种业务类型,提出多通道的设计模式,分别存储不同的业务数据,进行物理隔离存储,提高数据的可管理性。基于上述的系统和网络设计,本文通过Hyperledger Fabric链码技术设计并实现了航班和行李实际运营数据的自动化存储和共享机制。同时,针对各机场之间的数据协作,本文结合区块链、深度学习和横向联邦学习框架提出一种单次航班离港延误预测方法。在各机场不共享航班数据的情况下,能够彼此协作,实现高质量的预测模型训练。仿真结果表明此种方法训练模型优于单个机场本地训练模型且接近航班数据共享情况下的训练模型。因此,该方法能够有效避免数据传输的资源消耗,提高各机场之间协作效率。最后,在民航机场数据共享系统具体实现中,本文完成了基于Hyperledger Fabric超级帐本的双层联盟链网络搭建、面向用户的分布式Web应用开发以及用于区块链与上层应用交互的区块链后台管理系统实现。通过对系统功能的测试与验证,本文所设计的民航机场数据共享系统能够从系统层面及业务特点方面解决传统数据共享系统面临的数据中心化存储和“数据孤岛”等问题,实现了民航机场数据高效和安全可信的共享。

关键词： 区块链   联盟链   智能合约   加密算法  

摘要： 随着学生教育信息管理系统规模的不断增长,信息化数据海量增长,学生的隐私数据面临重大的挑战。目前学生信息管理系统基于中心化的方式进行数据存储,一旦中心数据库出现问题容易导致学生数据泄露篡改,不能保证数据的完整性和真实性,造成学生的隐私被侵犯。因此学业数据如何具有安全性、可靠性和隐私保护性的平台来存储和管理已经成为该领域需要解决的问题。区块链是一个个区块按照时间戳顺次链接的链式结构,通过多种加解密方法、分布式网络等技术保证数据具有可溯源性和不可篡改性。本文在区块链相关理论和技术的基础上,建立基于区块链技术的学业信息管理系统,解决学业数据管理领域存在的隐私保护,数据丢失,数据被篡改等诸多问题。(1)采用Kmeans聚类分析模型,对学生各个样本进行分析,运用机器学习中聚类分析算法,利用Kmeans算法对学生成绩进行分类,建立了区块链中链码的业务逻辑,对学生分类状态进行了区块链上传,为学生个人状态分类情况提供服务,为后期教师开展针对性教学提供了更大的便捷性。(2)研究了区块链的数据结构、p2p网络、共识机制和Fabric网络、对称加解密技术、非对称加解密等技术;对系统进行了加解密设计、结合业务逻辑的智能合约设计,提出了一种具有强加密以及高效率的加密方案,采用AES对称加密算法加密学生信息数据、椭圆曲线ECC加密算法加密AES密钥,加强数据的完整性和可信性,提升了平台加解密的速度以及安全性。(3)设计了 Fabric网络浏览器,将模型所有交易等具体信息进行可视化。对基于区块链的学生学业信息管理系统进行fabric浏览器设计,进行可视化展现,方便了用户操作。(4)采用联盟链构建区块链系统平台,利用MVC模式开发GoWeb业务功能,通过Fabric-SDK-Go与底层区块链网络交互,通过智能合约实现业务功能,利用CouchDB存储方案实现了学业数据的共识保存及学业数据存储与传输,提升了网络运行速度。结合本校机械工程学院测控专业的学生数据,利用Caliper对平台进行吞吐量和延迟进行了测试,实验结果表明,系统具有良好的可用性和可靠性,满足基于区块链的学生学业信息管理系统的构建要求。图[51]表[13]参[52]

关键词： 跨境贸易   贸易单证   区块链   访问控制   智能合约  

摘要： 如何保障跨境贸易单证数据以更为安全的方式进行共享已成为世界各国贸易领域的研究重点,更是无纸化贸易建设的关键与重点。传统的跨境贸易依靠“单一窗口”实现无纸化进程,但在涉及原产地证明、信用证和检验检疫证等贸易单证在向海关、银行、保险等机构进行申报查验中,各参与方仍使用传统的纸质方式进行单证的交换,由于纸质化文件易被伪造、篡改,大大降低了数据交换过程的安全性。因此,跨境贸易的核心是在实现贸易单证数据数字化的同时,确保数据的安全共享和访问控制。区块链技术在数据共享的技术上已经实现了简单的数据共享,却又无法确保其数据安全。为了建设一套安全性强、实用度高的国际跨境贸易单证数据安全共享模型,分析国内外研究现状可知,目前在区块链的隐私保护方面,将区块链技术与访问控制技术相结合可以有效提高共享数据的安全性。综上所述,结合访问控制技术以及区块链技术,可以实现跨境贸易的数据安全共享。本文构建了贸易区块链以确定单证数据的可追溯、可审计,在此基础上提出了基于密码学的访问管理控制解决方案来有效地保证信息共享的数据安全性,设计了由自动化执行代码构成的智能合约,以便于实现交易业务流程的自动化执行。文章最后,通过仿真实验,系统分析模型搭建的区块链系统具有较高的安全性以及实用性,验证了本模型具有较高的可行性和使用价值。

关键词： 区块链   智能合约   合同法   计算机代码   电子代理  

摘要： 拉伦茨曾言:“法律解释者都希望在法律中寻获其时代问题的答案。”区块链技术正是当代工程师为我们加速进入数字化大迁徙社会提交的时代答卷,其也必将横陈于法律人面前成为亟待解决的法律问题。作为一种新型数据存储方式和网络底层架构,区块链具有去中心化,技术提供信任,和数据基本不可篡改的特性。以区块链为底层技术的智能合约具有实现合同内容代码化,缔结去传统信任化,履行自动化的功能构造,使智能合约拥有广阔的应用前景,并将深刻改变法律所要调整的社会关系与法律本身的运作方式。智能合约与传统合同存在诸多差异,传统合同法规范是否与之契合,又将如何回应智能合约带来的法律挑战,是本文试图研究的问题。文章将采用总分总的结构,以问题展示,定性分析,对策研究及经验总结为逻辑顺序,将全文分为四部分。第一部分,因本文研究对象区块链及智能合约具有一定的技术复杂性,且所依赖的技术原理对其在社会交往中的运作模式具有决定性作用。故对两者进行基本理论的介绍与分析,包括两者的基本特征与技术原理。同时对两者的法律属性进行阐明,总结智能合约的合同法规制现状与所面临的法律规制难题。为下文进行智能合约具体法律问题的探究奠定基础。第二部分,鉴于智能合约诸多方面都与传统合同大相径庭,故从体系上对以规制传统合同为主要对象的我国合同法与智能合约展开契合度研究。分别论证了合同法要以承认代码为合同的法定形式为智能合约的规制前提、智能合约的合同法规制可能性及必要性。同时对智能合约对合同法基本原则的影响做出阐述,智能合约以其自动执行,技术信任功能对传统合同法的意思自治和诚信原则背后的价值选择进行了恪守与服从,但同时对原则项下的具体合同法规则产生了削弱和搁置的消极作用。最后,对智能合约具体法律事实与合同法相应法律规范的涵射结果进行梳理性总结,为智能合约具体的合同法规制对策明晰方向。第三部分,具体从法律制度构建层面探讨智能合约的合同法规制问题。首先,对智能合约缔结过程中的相关法律制度进行分析认定。智能合约的成立地点与时间可横向参照电子合同的规定,以智能合约被正式部署至区块链上生成合约地址时为合同成立时间,同时为维护区块链数据的公信力,不允许当事人对交付方式与时间做出另外规定。智能合约中要约以首次出现的时间戳记载为要约的发出,要约不可撤回但可撤销,承诺在当事人私钥签名后向全网广播时生效,承诺不可撤回也不可撤销。其次,对智能合约自动履行功能的法律属性进行分析,本文并未采用目前个别国内研究将其作为辅助履行的担保功能的结论,而是论证分析了智能合约是作为电子代理的法律身份完成合约的自动履行。同时,对智能合约的特点之一:条款代码化所引起的法律风险进行了总结,以此为基,得出因一方负责提供的合约出现的错误而导致合约执行不能时该方同时成立缔约过失责任与违约责任,此时传统意思表示规则将被大幅度限缩,合同解释及漏洞填补规则也应相应作出调整。最后对智能合约中违约行为的特殊认定与违约责任的具体追究做出说明。第四部分,以智能合约具有可行性的三条纠纷解决途径为切入,对本文所研究法律问题背后映射出的法律与技术的关系处理问题进行前瞻性展望与分析,从法律认识、具体操作与研究方向三方面对本文所研究法律问题的本质进行总结思考。

关键词： 区块链   智能合约   隐私保护   以太坊  

摘要： 区块链技术广泛应用于金融、电子商务等领域。区块链分布式记账的透明性不利于电商平台在公有链上保护用户交易隐私,传统点对点的混币方案在用户量小的情况下,存在安全交易所构建困难的问题,而基于零知识证明和同态加密等技术的方案出块、签名和验证时间长,计算误差大。本文聚焦于交易数据完整性、隐私性和平台交易效率研究,设计并实现了一个基于区块链的电子艺术品交易系统,提供了隐私保护、交易数据完整性校验和高效数据存储方案。针对现有公有链上混币方案消耗计算成本高、验证速度慢的问题,本文提出了一种基于零知识证明混币方案,利用zk-stark生成证明文件,并存储了销毁标识避免货币“双花”问题。利用Mi MC和Poseidon哈希算法构造Merkle树结构,存储加密货币哈希值,使零知识证明生成算法在以太坊平台消耗计算成本比Hopper方案减少了30%。针对以太坊电子艺术品数据签名效率慢的问题,本文设计了基于数据预处理和安全散列算法的快速数据签名方案,对数据进行压缩和分组混合计算哈希,实验表明,本文的签名方案对120MB数据的签名时对比原始RSA2048签名方案时间开销降低52%。为了提高数据在区块链上的存储效率,使用IPFS分布式数据库存储加密后的商品数据,经过测试,优化后系统平均每次交易用时为23.77s,比基于零知识证明的Zcash方案缩短68.3%。在对系统功能需求和体系结构设计进行分析的基础上,本文设计并实现了支持匿名支付和数据快速签名的电子艺术品交易平台,并对实现结果进行了功能测试和性能测试。表明该系统在以太坊场景下,支持电子艺术品交易,在保证用户和数据隐私的前提下,满足了交易匿名性和可信性、保护交易数据完整性以及存储、查询高效性的需求。

关键词： 众包测试   激励机制   区块链   智能合约  

摘要： 众包测试是一种以众包方式进行的软件测试活动,由需求方、工人方和平台方三方共同参与并协同合作,凭借用户广泛与反馈快速等特点以实现测试能力与效率方面的提升。在众包测试中,为了吸引更多工人报名参与任务,同时也为了鼓励工人提高测试质量从而更好地完成任务,平台常常会对工人方进行激励。然而,现有众测平台的激励主要存在着两大问题:一是当前平台常见的激励机制往往效果有限,劳动力评估方式不科学或是分配方式不公平,导致无法保障工人方权益;二是奖励分配所依据的数据往往由第三方平台中心化地存储和管理,易受到单点攻击或者出现平台数据欺诈的现象。本文结合反向拍卖模型设计了可信评分在线众测激励机制来实现激励的正向效果,以解决众测激励中有效性不足的问题;采用了与区块链相结合的存储方式来实现数据的真实可靠性与流程的透明公开性,以解决众测激励中可信性不足的问题。本文设计与实现了面向可信众测激励的区块链服务系统,联合需求方、工人方、众测平台方三方作为区块链节点搭建联盟链集群平台。本文通过智能合约将众测流程基本信息实时接入区块链平台作为分配依据,当执行奖励分配时先通过数据溯源从账本中获取依据的数据信息,再由合约脚本自动化根据在线评分激励机制完成积分分配并将结果存入区块链平台中以记录过程,从而实现众包测试的可信众测激励;当执行奖励查询时则直接通过账本数据获取激励结果信息。技术实现层面,本文采用Baa S区块链即服务架构进行开发,数据层构建区块链基础平台采用Hyperledger Fabric框架提供区块链服务,众测激励服务层采用Springboot框架,前端采用Vue框架结合Fabirc Explorer展示。本文在功能、性能与安全性方面对系统进行了测试。系统功能上实现了可信众测激励;性能上并发量、响应时间、吞吐量等指标均满足真实环境下的业务需求;安全性上区块链智能合约检验结果良好,并无漏洞。同时,本文接入众测月度赛的真实案例数据来模拟众测流程,结果同样可证明系统在大量负载下能保持良好性能,并且经检验确实所有工人均依据报告评分获得的奖励分配,激励数据无误且公开透明。本系统实现了众测激励流程的有效性与可信性,进而推动众包测试继续发展。