关键词： 医疗健康   身份认证协议   联盟区块链   智能合约  

摘要： 医疗健康领域的处方药管理工作,一直是目前社会面临的重要问题,因为处方单的验证、处方药的溯源都存在着各种问题。为了解决上述问题,市面上出现了诸多方案,主要都是采用中心化的数据存数方式,但都面临同样的问题:溯源数据的真实性,处方药品流通环节的封闭性不能与处方单的合法性相结合,无法保证系统内用户隐私的安全等。随着联盟区块链技术的发展并逐渐应用到医疗健康领域,相关学者也提出了建设性的方案,通过分析目前的方案,发现现有模型均是单一的医疗信息存储形式,并且效率不高。尤其需要注意的是,由于现有模型把研究重心放在了数据本身的完整性和安全性,却忽略了在登录系统时的身份认证工作,即使做了相关身份认证的工作,也只是系统对用户的单向身份认证,或安全性较低的相互身份认证工作,存在诸如服务器欺骗攻击、用户伪造攻击等严重的安全问题。本文针对当前研究的不足,利用联盟区块链技术与身份认证和处方药供应系统相结合进行了研究。首先提出了一种基于切比雪夫混沌映射的三因素(口令、智能卡和生物特征因素)双向身份认证协议,并对协议的注册阶段、登录阶段和身份认证阶段进行详细阐述,为了确保传输信息的匿名性引入了随机数和高熵整数,同时利用切比雪夫多项式的半群特性来保证双重认证并获得协商密钥,确保后续通信的安全性。通过对协议的安全性分析以及开销对比,确保了该身份认证协议的安全性以及高可用性。其次利用联盟链中的Hyperledger Fabric与上述的双向身份认证协议提出了基于ABAC智能合约访问控制机制,提供了完整的处方药供应系统,提高了系统的安全性。针对现实应用场景,通过对智能合约的详细分析与设计,并在Linux系统中搭建了该系统,对系统进行了功能测试以及性能测试,验证了系统的可用性。本文提出了安全有效的双向身份认证协议,并将其结合到了处方药供应系统中,在实现处方药的安全溯源管理的同时解决了系统内用户个人隐私的安全性等问题。

关键词： 智能合约   形式化验证   漏洞攻击   安全检测   Solidity  

摘要： 智能合约是区块链2.0平台以太坊中一种可执行合约条款的计算机交易协议,是以太坊的核心功能,通过建立规则来制定和实现各种类型的合约。它具有去中心化、一致性、不可篡改性特征,可完成信息交换、价值转移和资产管理等功能,因此广泛应用在金融、供应链和游戏等领域。虽然与传统的文本合同相比,智能合约保证了可信交易、提高了交易的效率、减少了交易成本,但是作为一门新兴技术,智能合约的安全设计还不规范。首先,由于在设计之初就赋予了智能合约不可篡改特性,所以一旦部署上链出现问题就无法及时修复,可能会导致巨大的经济损失,甚至会导致代币的毁灭。其次,由于分布式环境的复杂性以及智能合约涉及复杂的时间依赖和次序依赖关系,合约代码的不确定性和不一致性也将导致智能合约本身存在漏洞。此外,编写智能合约的主流编程语言Solidity自身机制也存在缺陷,所以即使是编写出代码无误的合约,也无法完全避免语言机制的影响。所以,为避免以上问题的产生,在智能合约上链前对其进行代码的安全审计是至关重要的。本文研究工作分为3个方面。首先针对于智能合约中两类主要存在且严重的安全漏洞——拒绝服务攻击漏洞和可重入攻击漏洞,采用形式化验证方法进行安全检测,然后对可重入攻击漏洞,从Solidity语言本身提出一种预防可重入攻击的新方法。主要研究内容如下:(1)基于CPN模型对Auction合约进行形式化验证,检测漏洞并确定漏洞位置。首先使用CPN中的建模工具分别对Auction合约整体、无攻击操作和有攻击操作进行建模,然后使用CPN中的仿真工具对合约的执行过程进行仿真。通过该方法,不仅可以发现和定位Auction合约的逻辑漏洞,而且也可以发现Auction合约语言的局限性。(2)基于SPIN/Promela架构对众筹合约进行形式化验证。本文提出使用SPIN工具对具体合约实例——众筹智能合约进行形式化验证。首先借助Petri网对合约进行规范描述,然后使用Promela语言对该规范描述进行建模,最后对该模型进行仿真,并使用LTL技术验证合约的可达性、有界性等重要属性。通过该方法可发现合约漏洞并验证合约的重要属性。(3)基于面向条件编程模式,提出基于Solidity语言自身预防可重入攻击的新方法。该方法分离条件分支和主逻辑状态变化,将分离出的条件分支封存成多个函数修改器并定义一个全局状态变量,在函数修改器中对状态变量的状态进行封装,最后将函数修改器作为智能合约中转账函数执行的前提条件。当攻击者重入智能合约中的转账函数时,可以通过控制状态变量阻止可重入攻击。本方法不仅使合约代码的逻辑更合理,而且是有效的。

关键词： 智能产线   信息安全   区块链   智能合约  

摘要： 随着信息化与工业化的深度融合，未来制造模式正朝着集成化、网络化、智能化方向发展，随之涌现出的智能制造、绿色制造等先进制造理念正在工业制造领域引发影响深远的产业变革。其中，建立基于复杂分布式系统、物联网、大数据、云计算、移动互联网等技术的信息物理系统（CyberPhysicalSystem，CPS），提升先进装备制造过程的柔性、透明性、资源利用率等，满足产品个性化快速定制和智能化安全生产，正成为新一代制造技术的重要发展方向。　　智能产线是典型的信息物理融合系统。随着CPS的不断发展，以智能产线和信息物理数控系统为形态的CPS的安全问题也越来越多的暴露出来，传统的安全评估分析方法与防护机制已经不再适用于日益复杂的CPS安全问题。针对上述问题，论文首先介绍了CPS存在的安全问题，从功能安全和信息安全角度进行了分析，之后对功能安全和信息安全相关的概念评估标准进行了阐述，对功能安全与信息安全的相同点、不同点以及将功能安全与信息安全相结合形成安全一体化分析方法进行了讨论。基于上述分析，提出了一种基于扩展故障树与攻击树相结合的模型，并应用该模型对某型号的信息物理数控装置进行了硬件的功能安全评估。针对智能产线的功能安全保障，本文采用不同的瞬时容错控制技术保障智能产线形态的CPS不同层次的功能安全。区块链的数据和交易的内容在传输与存储的过程中被加密，能够保护智能产线数据的安全。而不可篡改和可回溯性等特性，可以在保护智能产线的数据安全的同时为智能产线的故障诊断机制提供可靠的历史数据集。区块链由于有多备份账本，能够增加智能产线形态的CPS系统的可用性。这些特性都十分契合CPS安全防护机制的发展趋势。因此，本文的第五章和第六章将区块链技术及智能合约技术应用到智能产线形态的CPS安全的防护机制中，并通过实验证明了这两种技术应用于智能产线安全防护中的可行性。　　论文的主要研究内容及创新点如下:　　(1)从功能安全和信息安全角度对CPS的安全问题进行了分析。分别对功能安全和信息安全相关的概念、安全周期、评估标准等基本概念进行了介绍。之后分析了功能安全与信息安全的异同以及二者相结合的可能性。提出了两种安全一体化的综合分析与评估方法。　　(2)针对CPS的安全问题，制定了功能安全和信息安全相结合的综合评估流程，提出了基于扩展故障树与攻击树相结合的评估模型，介绍了扩展故障树的构造流程及数学模型，将信息安全风险分析的攻击树模型与功能安全评估的故障树模型结合在一起，作为影响功能安全的一个顶事件，增加了CPS物理设备硬件功能安全评估的准确性。在特定型号的数控装置上验证了基于上述模型的CPS硬件功能安全评估的完整过程，为信息安全与功能安全相结合的分析方法提供了新的研究思路及研究方法。功能安全相关系统在执行安全功能的同时，自身也需要满足CPS对安全完整性等级的要求，本文以智能产线的安全报警系统为例，对安全功能相互独立与不独立两种情况进行了分析与讨论，之后得到了安全功能的安全完整性等级。　　(3)从CPS的整体结构出发，研究智能产线的不同层次的瞬时故障发生时，如何通过容错控制技术来保障系统的功能安全。对基础层级，采用基于Petri网的故障检测算法。针对集成层级，采用基于性能和功能两方面的瞬时故障容错控制方法。建立了小型智能产线的符号有向图(SDG)模型，并结合后面章节的研究内容，对故障节点进行了故障溯源的分析。　　(4)结合智能产线形态的CPS的分布式分层结构，针对基础层级的设备之间的通信，设计了通信区块及其详细的通信过程，提出了一种带有时钟的安全阈值传输机制，使功能安全与信息安全都得到了保障。最后，在小型智能产线上，验证了基于区块链技术的CPS安全防护机制的合理性，在保障数据与通信安全的同时，区块链技术的应用还能够满足CPS系统的实时性与可扩展性的需求。　　(5)设计并实现了一种安全组件共享机制。针对可配置资源，提出了一种基于层次分析法及文化算法的程序优先级分配方法，通过实验证明该方法可以有效的保证可配置的组件资源能够满足智能产线等CPS的安全需求。之后，构建了以智能产线为代表的信息物理系统安全组件知识库，并且通过Protégé软件对安全组件的本体进行了描述。　　(6)设计并实现了基于智能合约的安全组件共享策略，在实现动态和灵活的身份管理的同时，避免了传统的访问控制策略所带来的一些常见问题，并且降低了经济成本，带来了一定的社会效益。

关键词： 数据共享   元数据   区块链   智能合约   移动边缘计算  

摘要： 智能移动设备的普及让移动边缘计算成为物联网的核心技术之一。伴随移动设备暴增产生的数据具有海量多源异构特性,使数据管理、数据安全成为移动边缘计算面临的重大挑战。元数据作为数据治理的基础,是充分利用原始数据的重要辅助,在学术界和工业界得到了广泛应用。然而,元数据隐私敏感的安全性要求和开放利用的可用性要求在移动边缘计算的分散环境下形成了矛盾。现有解决此类问题的可搜索加密方案建立在中心化的云环境下,需要可信第三方的存在,适用于普通文件。移动边缘计算下可信第三方代价昂贵、设备资源受限、存在更多潜在攻击的特点使得传统云上可搜索加密方案不能直接应用于移动边缘计算中元数据的安全可信共享。针对移动边缘计算中元数据的安全性和可用性问题,设计了基于区块链的元数据的多方安全检索方法,通过提供安全可信的元数据实现对原始海量多源异构数据的管理利用。首先,设计了基于高效代理重加密机制的元数据上传、检索、访问控制的算法保障元数据的安全,并引入了区块链智能合约技术实现元数据的可信存储和检索。为了摆脱可信第三方的依赖,设计了分组多方密钥生成方法取代了传统中心化的密钥服务器。为了降低引入区块链带来的性能开销,对现有的区块链平台设计进行了分析,针对上传过程设计了缓冲上传的优化策略,针对检索过程设计了主从智能合约策略,并提出了从智能合约的动态扩容方法协同提高方法在区块链平台上的性能。实验表明,提出方法相比明文共享方式仅增加了很小的时间开销。缓冲上传策略相较基准方法能够大幅降低元数据的上传时间和链上的存储开销,主从智能合约策略避免了查询交易超时的风险,让检索响应时间在元数据动态增长下始终能保持在合理的范围,同时较原始策略提高了并发查询交易下的吞吐量和成功率。安全性分析表明提出方法在元数据完整性、隐私性、访问控制和可用性上都实现了良好的安全性,证明了区块链应用于关键元数据安全可信共享的可行性。

关键词： 众包   无人机配送   区块链   智能合约   隐私保护  

摘要： 近年来,为了解决“最后一公里”配送中存在的成本高和效率低的问题,众包物流和无人机配送物流已经成为研究热点。众包式无人机配送系统结合众包物流和无人机配送物流的优势,不仅能够有效地整合无人机资源,使具有无人机配送需求的小型配送站无需购买大量的无人机,而且能够提高配送效率和降低总的配送成本。然而,现存的众包系统一方面未考虑无人机配送任务的特殊性,另一方面普遍采用中央服务器作为众包平台,容易出现单点故障、仲裁困难和大量用户隐私数据泄露等问题,其架构并不适合移植到众包式无人机配送系统中。针对以上问题,本文展开了如下两个方面的研究。一方面,本文综合考虑众包架构和无人机配送任务的特殊性,提出一种基于区块链的众包式无人机配送系统框架。该框架首先采用区块链技术构建去中心化的众包平台,其次精心设计众包式无人机配送的业务流程,最后部署与业务流程紧密相关的智能合约来监视和控制每个业务流程的执行。基于以太坊平台的原型系统验证了该框架的可行性。同时,安全性分析表明,该框架不仅能够在一定程度上抵抗女巫攻击和分布式拒绝服务攻击,而且能够消除单点故障,实现自动化的业务流程和提供用户身份匿名性。另一方面,尽管区块链能够为用户提供身份匿名性,但是它不具备不可链接性,对用户身份隐私的保护比较薄弱。因此,本文在基于区块链的众包式无人机配送系统框架下,提出一种基于随机伪身份的链上隐私保护方案。该方案首先为用户动态生成随机伪身份和私钥,并基于椭圆曲线密码学设计数字签名和认证协议,使用户能够采用毫无关联的伪身份参与不同的订单任务。其次,该方案采用区块链代理服务器统一转发用户调用智能合约的请求,消除内部攻击者链接用户多笔订单记录的任何可能性。最后,该方案根据智能合约的反馈动态更新用户的声誉值,并限制声誉值低于阈值的用户参与系统,从源头上减少潜在攻击者的存在。安全性分析以及性能评估表明,该方案能够在不影响智能合约监控众包业务流程的前提下,以较低的时间代价实现链上交易的不可链接性。综上所述,本文提出了基于区块链的众包式无人机配送系统框架及隐私保护方案,不仅消除了单点故障,实现了自动化的业务流程,提供了用户身份匿名性,而且实现了链上交易的不可链接性,增强了对众包用户身份隐私的保护力度。

关键词： 区块链   电子取证   可信时间戳   智能合约   共识机制  

摘要： 在司法实践中,电子数据存在着采信率低、证据的完整性和原始性认定难度大、取证效率低、效果不明显等问题。针对于此,本文将区块链技术应用于电子取证工作中,共识机制提高电子证据的真实性,可信时间戳技术确保电子证据的完整性和可追溯性,智能合约技术有利于节约存储成本,提升存证效率。该技术既有利于当事人对电子证据的认同和信服,又有利于检察官获取事实真相。

关键词： 区块链   智能合约   法律问题   契合路径  

摘要： 区块链技术的兴起为孕育智能合约提供了平台,并且随着智能合约深入发展和应用到更多领域,可能会打破传统交易领域的交易方式和交易习惯,并且基于其自身特性,其在全球贸易领域将占据重要地位,在对世界贸易体系发起挑战的同时,也给中国合同领域注入了新鲜血液,并给既有的合同制度带来了许多挑战。智能合约在本质上属于法律合同,但要想将智能合约纳入《民法典》合同编的调整范畴,需要在社会规范的指引下,从技术层面和法律层面双管齐下。本文主要运用比较分析法、文献研究法及定性分析法,在研读国内外研究文献和立法的基础上进行归纳总结和提炼,结合智能合约的技术特点和法律特性,对比智能合约与传统合同尤其是与电子合同的联系与区别,深刻剖析智能合约自身的固有风险及其对现行法律的挑战,尤其是在适用现有合同制度上面的问题,并在借鉴美国相关法律的规范经验的基础上,针对智能合约所面临的问题提出解决对策及适用建议。本文的主体内容主要分为四个部分:第一部分主要介绍区块链和智能合约的基础概念和特征,解释智能合约的运行机制,并明确智能合约的法律合同属性,即从整体特性、语言形式、应用方面、履行形式、救济方面五个方面阐述智能合约与传统合同联系与区别,并阐明区块链作为计算机技术为智能合约的发展提供了良好的平台基础,两者是一种相辅相成的互相促进的关系;第二部分主要阐述的是智能合约在适用现有合同制度上出现的问题,既包括其自身固有的不灵活性及代码漏洞等问题,也包括其在现有合同法律契合路径上面临的法律问题;第三部分通过对美国在调整智能合约方面的法律进行解读和分析,总结出调整经验,从而对我国相关立法带来启发和借鉴,一是技术与立法互相推动发展,二是对智能合约的法律规制应当循序渐进,三是智能合约立法应根据我国实际情况进行;第四部分主要讲述针对智能合约存在问题的解决对策,在对代码即法律的探讨的基础上,提出制定智能合约的合同解释规则,并提供智能合约合同效力问题的契合路径,并从确认责任主体及制定新的管辖权规则两个方面探索智能合约违约与救济的路径,最后从技术与法律、金融与法律、第三方主体这三个方面作为切入点,探索共同治理模式,创新治理方式,从而实现智能合约在广泛领域的应用与发展。

关键词： 技能证书   区块链   以太坊   智能合约   共识算法  

摘要： 当前的知识经济时代对人力资源提出了新要求,大多数工作岗位均需要求职者具备一定的技能证书,以证明其专业技能水平。目前多数技能证书以纸质形式发放,但纸质证书易伪造且难以验证真实性。尤其在新冠肺炎疫情期间,纸质证书的弊端更加凸显。因此,技能证书的信息化管理是一个必然趋势。本文以全国信息化应用能力考试(NCAE)的技能测评证书管理的实际需求为研究背景,对共识算法进行优化,并在以太坊平台实现了一个基于区块链技术的技能证书系统。解决了中心化证书系统存在的弊端,使得技能证书系统更加安全高效。本文的具体工作如下:(1)深入分析并优化实用拜占庭容错算法(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)。针对以太坊底层的共识机制效率低下问题,发现PBFT算法更加适合技能证书系统对于吞吐量、效率等方面的需求。但PBFT算法仍存在主节点选取随意而导致效率低问题以及通信开销过大问题。因此,本文提出优化的PBFT算法,对节点进行信用评价,对其行为实行奖惩机制。同时按照信用评价将节点划分为共识节点以及普通节点,通过优化的一致性协议,极大地降低了节点故障导致效率低下的可能,减少了通信开销。通过模拟实验证明,优化的PBFT算法提高了共识效率,缓解了通信瓶颈问题,相比传统PBFT更加适合于本文技能证书系统的实际应用场景。(2)设计并实现基于区块链技术的技能证书系统。本文从NCAE证书系统的实际需求出发,使用区块链技术作为底层的支撑技术,解决数据的不信任、易篡改问题。本系统主要包括技能证书的发布、证书查询、证书撤回以及证书验证等功能模块,采取MVC模式开发。搭建以太坊联盟链,同时使用优化的PBFT算法,通过智能合约实现系统业务,实现了技能证书管理中的数据链上存储,保证了技能证书信息的可靠性。通过实验测试表明,本系统效率较高,能有效降低通信开销,满足系统的功能、非功能需求。

关键词： 区块链   区域性股权交易   联盟链   智能合约  

摘要： 区块链作为近年兴起的新技术,其本质是一种以区块为单位进行建立并存储,并按照一定时间序列首尾相连而形成的的链式结构。人们对区块链的认知已经从简单的加密货币演进为挖掘其更深层次的底层技术应用,区块链技术的去中心化、无法篡改的特性使其具备与金融市场结合的天然属性,因此区块链技术的应用也首先以银行为起点,后续逐渐拓展至其他领域。区域性股权交易市场作为中小微企业股权转让交易的重要场所,其本身也属于金融基础设施,因此区块链技术具备在其上进行开发创新应用的条件。论文采用比较分析法、文献分析法、案例分析法等方法,对区块链技术应用于区域性股权交易市场的核心优势进行分析。首先通过查阅文献,了解区块链技术背景,总结区块链技术在金融领域的应用场景,针对区域性股权交易市场的发展现状进行归纳整理。然后分析我国区域性股权交易现存问题,发现其存在数据不同步、尽职调查繁琐且信息不对称、清结算流程复杂效率低、成交交割耗费大量时间等问题,通过研究对比国内外正在开展或已完成的相关项目案例,提炼出各项目的重点和解决方案的亮点。最后在借鉴已公开测试的典型区块链股权交易平台的基础上,结合区块链特征,详细阐述利用联盟链为框架搭建的平台解决方案,同时股权登记、会员注册审核、尽职调查、清结算、成交交割模块基于此平台进行改造,该方案进一步提升了股权交易的效率,保证了数据的安全性和准确性。