关键词： 区块链   软件无线电   频谱管理   智能合约  

摘要： 随着5G的商用以及6G研究的推进,移动通信设备呈现爆发式的增长,同时,由于频谱资源天然的稀缺性,频谱资源管理的问题变得越来越突出。随着区块链技术的出现与迅速发展,区块链本身的去中心化、安全性等固有优势为未来的频谱管理提供了新的范式,因此基于区块链的频谱管理被视为6G的一个重要研究方向。目前国内外对于基于区块链的频谱管理的研究大多处于理论研究与仿真分析阶段,缺乏对基于区块链的频谱管理实测与性能验证。本文综合考虑区块链自身的特点和未来频谱管理的需求,研制了基于软件无线电的频谱区块链平台,主要内容如下:首先概述了区块链的技术特点,并对当前国内外区块链在频谱管理方面的理论研究与实践现状进行综述。设计了基于软件无线电的频谱区块链架构,利用软件无线电来模拟频谱交易的发起者和参与者,并利用以太坊搭建频谱管理平台。详细介绍了软件无线电部分和区块链部分的调测过程,软件无线电模拟频谱区块链架构中的节点,区块链对节点间的频谱交易进行管理,能够实现完整的频谱交易过程,验证了基于软件无线电的频谱区块链架构的合理性。提出了软件无线电与区块链数据联通的方法。针对软件无线电与区块链平台的数据传递的问题,首先利用MATLAB配置软件无线电,然后MATLAB将数据传递到编写智能合约的集成开发环境(Integrated Development Environment,IDE)——Remix上,通过智能合约对数据进行处理,并部署在以太坊客户端上,实现对频谱交易的处理。最终通过以太坊平台将结果反馈到软件无线电,形成从软件无线电到区块链平台再回到软件无线电的数据闭环。最后验证了利用区块链进行频谱管理的可行性。在以太坊客户端两次分别创建了两个节点和三个节点,通过部署到私有链上的智能合约管理节点间的频谱交易并处理各节点的频谱数据,验证了搭建的结合智能合约的频谱区块链平台实现节点间频谱交易的可行性。

关键词： 智能合约   要约   承诺   合同效力   违约救济  

摘要： 智能合约早在上个世纪九十年代就被天才计算机学家、法学家尼克萨博以自动贩卖机为原型提了出来,由于当时的技术发展比较落后,没有技术能为智能合约的运行提供支持,智能合约就只停留在了理论层面。近些年随着科技的不断进步,区块链技术慢慢进入了人们的视野,其具备的去中心化、分布式记账模式、匿名性、高度加密等、以信任来构建交易新业态等特性为智能合约的发展与应用提供了土壤。近期雄安新区在政策的扶植下投资了一百多亿大面积铺开区块链基础设施建设,涉及到智慧医疗,实现老百姓先看病后付钱,司法领域中包括但不限于区块链电子存证、智慧仲裁等应用。首先智能合约的本质就是合同,因为智能合约与普通合同一样有着同样的内涵,也就是通过法律行为来建立、变更、消灭民事主体之间的民事法律构架,为了形成权利主体之间的民事法律关系,因此智能合约的本质就是法律合同。其次智能合约的构造符合要约—承诺的基本结构,只不过在承诺到达的同时合同就自动履行了,这就是智能合约与传统合同之间最大的区别。智能合约的订立也可以大致分为两类,一类是缔约各方都明确的智能合约,一类是只有一方明确的智能合约,类似于格式合同。而后又将智能合约分为前期的动态磋商和后期的静态转化,再分别与传统合同进行对比,从而更好的发现智能合约的独到之处。由于智能合约的本质就是法律合同,因此智能合约的效力问题也应该符合《合同法》的规定。智能合约是布置在区块链之上的能够自主履行的电子协议,大部分智能合约都是计算机执行完成的,因此智能合约与电子合同之间的关系是密不可分的,进一步研究两者之间的关系可以帮助我们更好的理解智能合约的特性以及应用。最后智能合约虽然可以保证不受人为因素的影响按照协议不可逆转的自动履行,但是没有人可以保证计算机程序是没有风险和漏洞的,一旦被黑客攻击就会产生巨大的损失。而且由于智能合约匿名性的特征,往往使得相关应用沦为犯罪的途径和手段。任何技术的发展与变革都是有利有弊的,就更需要学者不断探索,早日找到既不阻碍技术进步,又可以使得技术安全应用的途径。

关键词： 区块链   智能合约   需求匹配   物资捐赠   在线教育  

摘要： 科技化发展使得人们的生产生活问题有了新的解决方式。然而,现实生活中仍然存在着许多因供求双方信息不对称、不透明,信息更新不及时等导致的需求匹配困难问题。区块链技术的发展为这些需求匹配问题提供了新的解决思路。区块链技术的去中心化、不可篡改,以及可追溯的特性,天然地适合于解决供求双方间的信任问题。架设于区块链之上的智能合约,也能够在满足预先设置的条件下,安全、高效地得到令需求方满意地结果。虽然研究人员已经提出了一些针对性的解决方案,然而这些方案存在着一些显著问题:(1)传统的中心化解决方案很难保证用户的身份隐私安全;(2)现有的基于区块链的解决方案大多针对信息不透明问题进行解决,很少考虑到系统中恶意参与方作恶的安全问题;(3)现有的智能合约功能单一,没有很好地考虑需求匹配效率、评估反馈等实用性问题。本文从两个具体的应用场景出发,对上述问题展开研究。首先,本文提出了一种针对疫情物资捐赠的需求匹配算法。本算法可以在不依赖中心化机构参与的情况下实现安全、高效的物资捐赠与物资分配。区块链的设计保证了整个物资捐赠流程的安全可信,并且保证捐赠物资状态的可追踪。智能合约实现了在物资需求量激增的情况下,需求与物资的精准对接,以及物资的安全、高效、公平分配。在物流过程中使用零知识证明技术,进一步保证了物资的隐私安全。并且,分析了系统中参与方的恶意行为,并通过智能合约防止其作恶。其次,本文设计了一种针对在线教育的需求匹配算法。本算法通过智能合约实现学生与课程、用人单位与毕业生之间的安全、高效匹配;通过区块链存储学生的学习信息,为学生的成绩提供佐证。此外,该平台还使用智能合约对课程进行审核、评价,保证课程的质量。并且,该平台通过智能合约预防了恶意参与方的作恶。最后,本文在区块链平台中实现了上述两种需求算法,测试了区块链节点之间的通信、计算了智能合约的开销,并分析了系统的安全性与实用性。通过将智能合约部署在以太坊网络中,实现了安全、高效的需求匹配过程。测试结果表明所设计的两个需求匹配系统具有较高的安全性和实用性。

关键词： 区块链   大数据交易   智能合约   反数据留存   反共谋   反数据转售  

摘要： 随着大数据成为推动科学创新、商业模式变革和经济发展的引擎,数据资源成为人类社会生活中关键的生产要素和战略资源,这使得大数据交易在数据流通和共享中的地位越来越重要。大数据交易的快速发展在给我们获取数据带来极大便利的同时,也带来了一系列问题,主要表现在以下三个方面:数据留存、数据拍卖和数据转售。要想从根本上解决大数据交易发展带来的数据留存等问题,需要对大数据交易进行系统科学的研究,揭示其规律和特性,从而为大数据交易的管理提供理论基础。中心化交易平台是导致产生数据留存等问题的关键因素,而区块链和智能合约具有去中心化的性质,可以避免交易平台的中心化。因此,本文通过区块链和智能合约来解决数据留存、数据拍卖和数据转售问题,其主要研究内容如下:(1)反数据留存大数据交易智能合约模型研究创建了反数据留存大数据交易智能合约模型;提出去中心化大数据交易环境中数据交易模式,即:基于去中心化区块链平台,利用分布式数据库实现反数据留存,通过智能合约实现大数据交易。模型以智能合约为核心,结合星际文件系统实现大数据交易过程中反数据留存。基于模型构建了质询-响应机制和离链下载数据资源机制,研究了请求购买数据资源、成功交易的付款和结算、数据下载争议以及数据可用性争议算法。通过仿真论证了模型和算法的有效性。(2)反共谋大数据拍卖智能合约模型研究构建了反共谋大数据拍卖智能合约模型;探讨去中心化大数据拍卖交易环境中反共谋模式,即:基于去中心化区块链平台,利用密封投标实现非共谋数据买家之间的信息隔离,通过大数据拍卖算法,使共谋者的目的无法达成,实现反共谋。模型以智能合约为基础,结合拍卖理论实现大数据拍卖过程中反共谋。基于模型构建了反共谋大数据拍卖机制,剖析了大数据拍卖算法。通过仿真论证了模型和算法的正确性。(3)反数据转售大数据交易智能合约模型研究建立了反数据转售大数据交易智能合约模型;揭示去中心化大数据入市交易环境中反数据转售模式,即:基于去中心化区块链平台,对新进入的有异议待售数据启动合法性判定,用在售数据和有异议待售数据进行相似性分析,据此判定待售数据的合法性,实现反数据转售。模型以智能合约为核心,结合大间隔多任务度量学习实现大数据入市交易审核过程中反数据转售。基于模型构建了去中心化待售数据机制和争议解决机制,分析了待售数据、市场准入和争议解决算法。通过仿真论证了模型和算法的有效性。(4)大数据交易智能合约模型应用研究基于大数据交易中心化的现实和大数据交易去中心化的必然发展趋势,为了兼顾中心化大数据交易的优势和去中心化大数据交易的长处,以基于联盟区块链的大数据交易为应用场景,验证了本文所创建的大数据交易智能合约模型的可行性和实用性;建立了相应的大数据交易规则,即:形成了基于大数据交易智能合约模型的新的交易方式。本文是对上述领域研究的尝试,并对反数据留存大数据交易智能合约模型、反共谋大数据拍卖智能合约模型和反数据转售大数据交易智能合约模型等研究内容和方法进行了探索和创新。

关键词： 区块链   以太坊   慈善   智能合约   安全  

摘要： 为了解决现如今慈善领域内所面临的慈善组织缺少公信力、效率低下、数据无法溯源的问题,本文设计并实现了一个根据区块链的技术特点所搭建的慈善系统;与传统的慈善系统不同的是,本系统主要使用基于以太坊的智能合约开发的形式,通过使用新型数据存储模型,将上传的项目数据进行加解密并且压缩数据大小等操作,使得数据具有保密性,同时缩小要上传的数据大小;将交易数据进行链上存储,利用区块链不能对其上内容进行窜改以及其可追溯等特性,将所有经过本系统的交易数据进行上链操作,使得交易数据变得公开透明,同时无法对已经完成的交易的数据进行修改,从而使整个系统具有足够的公信力,有效地弥补了传统慈善系统的数据不公开,同时可能存在数据造假的不足。本文开始先对研究课题的背景和关于领域内发展的价值进行了详细的介绍,之后对于所要关注的内容研究进行了整体的概述。然后从传统的慈善系统出发,从区块链技术和以太坊技术的特点入手,对系统的预期设计进行了相应的介绍,分析慈善系统在传统模式和现有模式进行比较所需的特点。接着分析了在慈善领域内对于区块链技术的需求,并根据所需的需求对此系统进行了层次上的划分。之后按照设计的方案对每一层进行了优化;为了节约上链所需的成本,选择对上链信息进行加密压缩的操作,这样可以有效地节约上链时所需要消耗的手续费用;最后对于系统的每一个功能模块进行了有效地测试,证明了系统具有能使慈善领域的资金流动情况更加透明公开的性能、交易数据可监控、可溯源并且交易记录不可篡改。

关键词： 数据防篡改   区块链   地质勘察   智能合约  

摘要： 近年来,区块链技术作为信息化时代的新兴前沿技术,受到了政府及社会各界的广泛关注,目前在很多行业都取得了显著的应用成效。而地勘工作属于数据密集型工作,进一步汇聚共享行业地勘数据,加强地勘行业数据资产管理,是当前地勘工作的重中之重。本文通过研究智能合约、区块链数据结构等关键技术,将区块链技术和地质勘察项目监管工作相结合,设计并实现了一个基于区块链的地勘大数据防篡改子系统。该系统通过执行智能合约,可以将地质勘察项目监管过程中所采集的一些核心数据上传至区块链,利用区块链的共识机制对其进行共识验证,不仅可以在一定程度上解决地勘大数据防篡改的问题,而且有利于将来实现地勘数据的行业间共享,从而进一步促进地质勘察行业的发展。本文研究工作依托于地质勘察项目监管领域的一个应用平台——地质勘察智能监管平台,因此首先介绍了地质勘查项目监管工作的业务流程,对地质勘察智能监管平台所采集的业务数据进行了分类整理,通过深入地分析挖掘,提取出了地质勘察智能监管平台当中具有数据防篡改需求的数据类型。据此提出了本文地勘大数据防篡改子系统的总体架构。之后在FISCO BCOS区块链底层开发平台的基础上搭建了区块链网络,对地勘大数据防篡改子系统的各个功能模块进行了详细的设计与开发。最后本文对地勘大数据防篡改子系统进行了系统测试。测试的结果表明,本文设计并实现的地勘大数据防篡改子系统以较小的计算开销和通信开销满足了地勘大数据防篡改的需求,为地质勘察监管工作提供了一个快速、安全、可靠的数据防篡改服务,同时也为区块链技术应用到其他行业提供了 一个有价值的参考。

关键词： 协作频谱感知   动态频谱共享   区块链   平均场博弈   信息新鲜度   智能合约  

摘要： 随着第五代(5G,the fifth Generation)移动通信系统中移动设备(ME,Mobile Equipment)数量的大规模增长以及新业务的兴起,传统的静态频谱分配和管理方式不能满足5G移动通信系统及业务发展的需求。认知无线电(CR,Cognitive Radio)中的协作频谱感知(CSS,Cooperative Spectrum Sensing)和动态频谱共享(DSS,Dynamic Spectrum Sharing)技术可以解决频谱资源短缺和低利用率问题。通常,CSS中会引入集中化的融合中心来负责频谱感知数据的融合,集中化的融合中心一旦遇到单点故障,就会给整个系统带来巨大的影响。此外,针对来自于不同运营商的多个次级用户(SUs,Secondary Users)和主用户(PUs,Primary Users)共存的DSS场景,互不信任的SUs和PUs之间在交互私有频谱信息时存在隐私泄露和安全问题。因此,在5G移动通信系统中,如何设计一个无线网络频谱智能感知与共享新架构是一个巨大的挑战。首先,考虑到CSS的融合过程中集中式融合中心会带来信任和安全问题,本文构建了基于Tangle区块链的CSS架构,大规模ME充当频谱感知节点和区块链节点。接着从大规模ME的能量受限问题和感知效用优化需求出发,本文提出了基于平均场博弈的大规模ME最优动态调控感知策略求解算法。仿真结果表明,与传统的固定感知策略相比,本文提出的动态调控感知策略可以提升低剩余能量状态时大规模ME的感知效用,大规模ME的加权感知效用平均提升10.3%。接着,在考虑了PU状态的动态变化和不同时隙内感知数据差异性对整体判决结果的影响下,本文提出了基于信息新鲜度(Ao I,Age of Information)和交易累积权值(CW,Cumulative Weight)的两步式频谱感知融合机制。仿真结果表明,与传统的软融合机制相比,本文提出的基于Ao I和交易CW的两步式频谱感知融合机制的全局检测概率最高提升30.23%,全局虚警概率最低减少9.92%。最后,将区块链技术引入不同运营商多SUs-PUs共存的DSS场景,基于双边拍卖和自由交易机制设计了多运营商频谱共享(MOSS,Multi-Operators Spectrum Sharing)智能合约。为了验证MOSS智能合约的有效性,本文利用Ganache软件搭建了私有区块链,在Remix编译器上仿真测试了MOSS智能合约。分析结果表明本文所提出的基于MOSS智能合约的多运营商频谱共享机制在安全性和可靠性方面优于现有的多运营商频谱共享机制。本文在频谱感知与共享研究中引入区块链技术,提出了能够兼顾可信性、感知高效性和准确性的无线网络频谱智能感知与共享新架构,为区块链应用于认知无线电领域提供了新的思路和方法。

关键词： 区块链   数字音乐   隐私保护   智能合约   数据存储  

摘要： 伴随着信息技术的发展,大众消费音乐的方式发生变化,逐渐养成为数字音乐内容付费的习惯。然而中国数字音乐市场上缺少一个公开全面的版权信息检索数据库和体系化的定价标准,分散版权的内容分发渠道有限,如何完善数字音乐的运营管理来保护数字音乐版权,体现数字音乐版权价值是当前行业关注的重点。本文进行了以下主要工作:1)分析总结数字音乐运营管理存在缩短确权周期、公开用权过程和提高维权效率的需求,基于区块链设计与实现了集版权登记、交易和查验于一体的数字音乐运营管理系统（Blockchain-Based Management and Marketing System of Digital Music,B3M）,并在B3M系统实现过程中解决版权隐私保护问题、效率和完整性问题以及数据存储问题。2)针对数字音乐运营管理系统中存在的版权隐私保护问题,基于We Identity选择性披露方法设计数字音乐版权隐私信息的保护策略,对数字音乐版权隐私信息进行选择性披露。分析策略并进一步提出选择性披露方法的改进方法,改进方法可在选择性披露版权凭证过程中减少0至9)-8)-1次加密运算（9）为版权凭证总字段数,8)为版权凭证隐私信息字段数)。3)针对数字音乐运营管理系统中存在的效率和完整性问题,结合We Identity智能合约,设计数字音乐运营管理的智能合约,通过引入凭证管理来保障链上检索版权存证的效率,通过对定价逻辑解耦和追踪更新来维护定价标准体系,通过对交易记录加密来保护交易隐私信息,同时为交易授权凭证增信。4)针对数字音乐运营管理系统中存在的数据存储问题,实现了基于IPFS的链上链下协同数据存储。根据数字音乐运营管理需保证数字音乐不可篡改和版权信息公开透明的需求,链上通过区块链对版权信息进行存证,链下采用IPFS作为区块链的替代方案存储数字音乐和版权凭证,采用My SQL数据库持久化B3M系统的业务数据。本文基于上述内容完成B3M系统的主要功能设计与实现。测试结果表明,B3M系统完成一首数字音乐的版权登记大约需要8s,其中IPFS存储数字音乐和版权凭证大约需要7.5s,符合性能预期。B3M系统的设计缓解了联盟链的存储压力和带宽消耗,可应用于比本文实验环境更大规模的联盟链网络,验证了基于本文设计实现数字音乐运营管理场景的可行性。

关键词： 区块链技术   MANET   身份认证与授权机制   智能合约   共识算法  

摘要： 当前,网络应用的实现架构正处于从集中式向分布式转变的进程中。随着各行业研究人员对区块链技术及其应用的不断探索,借助该技术搭建可信网络环境,构建新型信任体系,实施分布式系统的案例也越来越多。从供应链、数据共享、可信存证、工业产品溯源等场景当中的实践来看,基于区块链技术的应用仍然处在较为初级的阶段。在数字领域,解决数据易泄露、用户身份不可控、信息孤岛等问题,是推广分布式系统应用的出发点。移动自组网作为无基础设施的通信网络,具有分布式组网的特点,即采用分布式的控制方式,要求网络节点自主运行并提供服务。尽管在5G、车联网、机器通信等场景中,移动自组网的应用日益广泛,但同时面临的安全挑战也日益突出。本文关注自组网节点在组网和信息交互过程中的安全问题,尝试将区块链技术引入移动自组网领域。在梳理和总结相关领域研究成果的基础上,对基于区块链技术的身份认证与授权机制展开如下研究工作:一、身份认证方案设计及实现验证。为降低移动自组网场景中覆盖网络的生成和维护成本,认证方案通过跨层设计、轻量化认证账本和共识算法,使其满足自组网节点能力受限的应用场景。在实现阶段,基于JAVASocket网络编程,对节点通信、共识、生成区块等模块进行实现并测试其可用性。根据模块运行结果,本文分析了方案适用的场景和安全性。该认证方案可满足秒级认证需求,且能够提供防篡改、追踪恶意节点、防止伪造欺骗等方面的安全性。二、授权方案及实现方式设计。在认证方案的基础上,本文在授权方案的设计当中引入智能合约层,以管理和控制访问权限。根据模拟的需求场景,授权方案改进了基于角色的访问控制机制RBAC(Role-based Access Control)的实现方式。然后,本文简要介绍了采用Solidity语言在以太坊平台中实现权限控制的基本方法,为下一步授权模块的实现工作打下基础。

关键词： 密封投标拍卖   智能合约   隐私保护   零知识证明   公共可验证  

摘要： 作为一种分配资源或服务的有效方式,拍卖通过竞争的方式带来巨大的经济收益。而电子拍卖因消除了传统拍卖中的物理限制,已具有越来越大的市场规模。然而,由于网络的开放性和匿名性以及人们日益重视的隐私保护,电子拍卖在促进在线交易的同时,也面临着许多新的挑战。为了解决诸如鲁棒性低、拍卖商缺乏信任以及防止标价泄露等问题,研究人员已经进行了大量研究,并提出了多种解决方案。但他们难以同时满足去中心化(即无需拍卖商)、提供隐私保护(即失败投标者标价隐私)、抵抗合谋攻击与无需安全信道等要求。为满足以上要求,本文提出了一种有效的基于智能合约的密封投标反向拍卖方案,即SBRAC(smart contract-based sealed-bid reverse auction scheme)。该方案基于区块链去中心化、透明性与记录不变性等特点,利用精心设计的智能合约取代拍卖中常见的拍卖商角色,实现拍卖去中心化。通过修改匿名否决网络,提出方案SBRAC即使在绝大多数参与者合谋的情况下,也能提供稳健性和标价的隐私保护。另外,本方案将零知识证明和匿名否决网络相结合,降低了拍卖对通信信道的要求。在拍卖中,所有数据都在公共信道上传输,所有操作都是透明的。通过竞标者提供的零知识证明,SBRAC方案能够检测是否存在投标人恶意操作,且所有用户能够对拍卖过程和结果进行验证。本文还对提出方案进行了详细的理论分析。从正确性、隐私性、公平性、保密性、不可否认性、公共可验证性以及规则可伸缩性等方面进行了安全分析。复杂性分析表明,SBRAC方案具有线性的计算和通信复杂度O(l)(l为标价长度),与参加拍卖的竞标人数无关。最后,本文搭建了仿真环境,实现了设计的方案原型,在以太坊测试网络上进行了大量实验。通过测量拍卖的时间开销和gas开销,评估了SBRAC方案的可用性。