关键词： 楼宇微网   需求响应   负荷调度   灰狼优化算法   智能合约  

摘要： 现如今能源危机日益严重,电力行业面临着迫在眉睫的供需问题,当前居民用电量占比逐年提升,随着需求响应,智能电网,智能楼宇,物联网,分布式能源等技术快速发展,居民楼宇用电管理与负荷调度将会成为当前研究重点。本文的主要研究内容为楼宇住户的负荷调度,在对楼宇用电系统分析建模基础上,改进智能优化算法对模型进行求解。本文主要所做的研究工作如下:(1)分析需求响应与智能优化算法研究现状,建立了楼宇负荷优化调度模型。对近年来需求响应与智能优化方面的研究总结,分析目前研究存在的不足,作为经验应用于本文的研究。通过对楼宇负荷系统进行分析,创建楼宇负荷系统基本架构,建立以减小用电成本,降低用户不适水平,削峰填谷为目标的调度模型建立负荷优化调度模型。(2)提出调整收敛因子和改进位置动态更新的灰狼优化算法楼宇单住户用电可控负荷优化调度。首先根据优化模型的多约束、高纬度且非线性等特点选取了灰狼优化算法。其次,针对灰狼优化算法全局搜索能力较弱,迭代后期容易陷入局部最优从而导致收敛速度慢等缺点,对灰狼优化算法收敛因子的变化形式与位置更新公式做一些调整,使其变化与算法优化迭代过程相适应以提高算法的全局与局部搜索能力并提高其搜索精度。另外本文建立的楼宇微网负荷调度模型具有维度高,多约束,非线性等特点对灰狼优化算法进行二进制处理,是算法与模型相适应,提高求解效率。最后通过仿真证明改进后的算法能得出较好地调度方案。(3)提出多目标灰狼优化算法与智能合约奖励机制结合的楼宇多住户用电调度优化方案。首先针对楼宇多住户用电数据庞大的特点,采用改进多目标灰狼优化算法;针对仅基于分时电价的需求响应的弊端,提出智能合约奖励机制;将二者结合用于楼宇负荷调度模型中,仿真得出的结果表现优秀,证明多目标灰狼优化算法与智能合约奖励机制结合优化楼宇多住户用电调度的优越性。

关键词： 区块链   电子证照卡包   智能合约   数据共享  

摘要： 目前,我国的政府职能正朝着服务型的方向转变,国家提出“互联网+政务服务”的模式,意在提高政府的服务能力,让人民群众少跑腿、好办事。武汉市推出的“电子证照卡包”建设方案就是“互联网+政务服务”改革下的产物。该方案集成所有相关的“证、照、卡”,为个人或企业提供可信赖的线上认证服务。电子证照卡包建设方案涉及的政府部门众多,现阶段还存在政府部门之间数据信息共享不充分、数据安全管控能力较弱的问题。针对以上问题,论文提出了一个基于区块链的电子证照卡包系统,利用区块链去中心化、不可篡改和数据安全存储等特点,实现政府部门之间的互信互认、电子证照信息的安全存储与安全共享。为保证电子证照卡包系统能够高效地进行跨部门之间的业务协同处理以及保障电子证照数据安全访问,选用联盟链并基于Hyperledger Fabric平台详细设计联盟网络架构。为使每个政府部门都能贡献排序节点、更好落实去中心化的理念,选择基于Raft的排序服务来保障网络交易共识。为实现电子证照卡包系统的高效透明与不可干预,通过编写智能合约来处理电子证照上链存储、更新等系统业务逻辑,保证电子证照信息能在区块链网络上快速广播与有效查证。通过对以上问题的研究与解决,给出了基于区块链的电子证照卡包系统的设计方案与相应的功能实现。采用区块链技术支撑的电子证照卡包系统可以更好地成为构建线上政务服务的基础设施。

关键词： 战术边缘网络   信誉   区块链   去中心化   智能合约  

摘要： 随着世界各国军事现代化建设步伐加快,军队信息化程度越来越高,信息化战争已是大势所趋。为了适应快速变化的信息化战场局势,由本地指挥中心和各种战术终端组成的战术边缘网络应运而生。凭借自身高机动性以及强大的战场态势感知能力,战术边缘网络在信息化战争中扮演着越来越重要的角色。然而,在敌我双方对抗的环境下,敌方会通过各种手段攻击我方战术网络,特别是对于靠近战场前线的战术边缘网络,受敌方攻击和篡改的可能性更大,因此需要从网络的视角对战术边缘网络内的节点进行信任管控,及时对恶意节点进行隔离,从而保证战术边缘网络安全可靠地运行。本文对传统信任管控机制进行了研究分析,针对战术边缘网络下的应用场景,结合P2P网络经典中的Eigen Trust信誉管控算法以及最新的区块链技术,提出一种基于区块链的战术边缘网络信任管控方案。通过设计仿真实验,验证该方案的可行性,并基于该方案设计实现战术边缘网络可信交互系统。本文的主要内容如下:1)提出一种基于区块链的战术边缘网络节点信任管控方案。该方案主要包括消息评估、本地信誉值计算、全局信誉值聚合、信誉区块产生等四个模块。其中消息评估模块主要负责评估接收到的消息是否可靠;本地信誉值计算主要负责统计消息评估结果,生成分布式节点的局部信誉看法。全局信誉值聚合主要由弱中心节点收集网络中分布式节点的本地信誉值,通过信誉值传递迭代计算分布式节点的全局信誉值;信誉区块产生负责将最新计算出的分布式节点的全局信誉值存储到区块链上,保证信誉数据多方可信,不可篡改。通过设计多种恶意攻击模式下的仿真实验,验证了方案的可行性与有效性。2)基于提出的节点信任管控方案实现一个去中心化的战术边缘网络可信交互系统。采用以太坊联盟链架构和智能合约技术,搭建一个安全高效的可信战场信息收集、存储、分发网络,以保障节点之间信息交互的质量。通过智能合约事先定义用户交互的规则,规范用户行为。同时,提供可视化DAPP界面简化用户操作流程。最后,通过相关功能测试验证了系统的可用性。

关键词： 区块链   智能合约   并发控制  

摘要： 区块链技术因其去中心化、防篡改以及可追溯的特点受到各方青睐。可编程的智能合约的出现则将区块链技术的应用领域拓展到传统行业的方方面面。然而单线程串行的智能合约执行模型愈发成为系统的性能瓶颈,如何高效地并发执行智能合约交易进而提升系统性能成为现如今区块链技术落地的一大挑战。由于区块链环境中拜占庭节点的存在,智能合约交易的执行与传统数据库有着很大的区别,故传统的数据库并发控制协议不能直接应用到智能合约交易的执行中。已有的遵循“主节点执行-验证节点回放”这种两阶段执行框架的并发执行工作仅仅考虑了主节点的执行效率,而忽视了针对验证节点回放效率的优化。本文在沿用上述两阶段并发框架的前提下,创新性地提出了一种兼顾主节点执行和验证节点回放的并发执行协议——2PX(Two-Phase Execution)协议。在结合PBFT这种三轮网络交互的共识算法时,本文在执行方面进一步优化了2PX,并在开源的拜占庭容错(BFT)系统中实现该优化协议。具体来说本文的主要贡献包含如下三点:1.本文提出了一种兼顾主节点执行和验证节点回放的并发控制协议2PX。主节点采用一种批处理的乐观并发控制协议(Batching OCC),应用交易重排序技术,有选择地挑选最小的中止交易集合,在提升主节点执行效率的同时满足为验证节点生成高并发度交易依赖图的优化目标。2.本文提出使用划分的交易依赖图这种适中粒度的调度信息来表示交易之间的冲突关系,在保留最大回放并发度的同时显著降低了主节点和验证节点之间的传输代价。在验证节点回放阶段,本文提出一种基于划分交易依赖图的确定性的协议(De OCC协议)帮助验证节点多线程地回放所有交易,验证区块的正确性。3.本文实现了一个集成以上所有技术的2PX协议多线程原型,并通过线程数、区块交易数和划分子图数等多方面的对比实验评估2PX协议。本文结合PBFT共识算法进一步优化了两阶段并发控制协议(Optimized 2PX),每个子图只需由2f+1个节点执行,并在最后一轮网络交互中验证执行结果。优化协议在拜占庭容错状态机复制系统——BFT-SMa Rt中实现,在分布式环境下通过充分的实验评估优化效果。本文提出并实现的2PX协议以及其优化协议为区块链智能合约的执行引入并发性,并且兼顾了智能合约执行的两个阶段,有效利用多核硬件提升了区块链系统的整体吞吐。

关键词： 能源互联网   区块链   P2P   智能合约  

摘要： 随着对环境污染等问题的日渐重视,清洁的可再生分布式能源发电方式成为人们关注的热点。但是由于大量分布式新能源发电用户的接入,传统的集中式的能源交互系统已经不适合当前的应用场景,如何让分布式新能源发电用户高效且安全的参与能源互联网市场是促进新能源发展的重要问题。本文主要是将区块链应用于能源互联网交易系统中,通过搭建联盟链、使用共识算法、智能合约等技术,使得用户可以在无需第三方的参与下实现P2P直接交易,所有参与的节点共同维护同一账本,从而降低了交易成本、提高了透明度,由于减少信息流通过程,提高了信息时效性。针对将区块链与能源互联网进行结合的应用场景,本文设计了基于区块链的能源互联网交易系统,具体工作如下:1.研究能源交易系统管理模式、服务需求,建立底层区块链网络,设计节点的部署,参与节点完成认证并实现各个节点之间的交互。2.编写智能合约逻辑代码,实现查询、售电、购电等业务逻辑,通过测试可以完成相应的功能。3.编写web服务平台,通过使用MVC框架实现,并用Tomcat提供Web服务。对底层网络的启动以及能源交易等功能进行封装,实现在浏览器中可以操作底层区块链网络,并实现具体的功能。本文设计的能源互联网交易系统具有去中心化、信息安全透明的特性,并通过智能合约将交易数据保存到一条可永久保存且不可篡改的链上。通过实现的Web应用接口用户可以直接参与交易,从系统的操作结果表明该系统具有较好的可行性。

关键词： DNS   DNS缓存   企业级DNS   区块链技术   智能合约  

摘要： 域名系统是互联网最为核心的基础设施,其负责将无规则数字序列组成的网际协议地址（Internet Protocol Address,IP）与可读性高的域名进行相互转换,是维持互联网正常运行的重要前提。但是由于域名系统（Domain Name System,DNS）采用中心化的设计方式,来自底层的域名解析请求不可避免得需要在域名服务器排队等待响应,从而给应用访问带来了额外的时延。为解决此问题,域名解析采用了缓存机制将最近解析得到的域名记录在本地DNS服务器中缓存一段时间,后续DNS域名解析直接通过本地DNS服务器高速缓存解析,从而大大提升域名解析的效率。研究表明,本地DNS服务器中可以命中80%的DNS查询,但是仍然没有有效的解决方案来解决本地DNS服务器的安全问题。尽管互联网工程任务组（Internet Engineering Task Force,IETF）早在1999年即发布RFC2535,提出了以公钥密码学机制为基础的域名系统安全拓展协议（Domain Name System Security Extensions,DNSSEC）解决方案,但是DNSSEC在仅在顶级域部署,在递归域名服务器大规模部署时仍面临许多挑战。论文主要工作内容如下:（1）本文提出了一种将区块链技术与企业级DNS缓存服务器相结合的方案,该方案可以安全地实现企业级DNS服务。企业级DNS缓存服务器构建在区块链之上,可用于处理局域网内用户的DNS请求。区块链上的所有节点搭载负载均衡机制并轮流提供域名解析服务,即使攻击敌手可以捕捉某个时刻区块链节点的网络地址并发起分布式拒绝服务攻击（Distributed Denial of Service,DDo S）,其余节点仍可替代其继续提供域名解析服务从而提高系统的可用性。（2）本文提出域名记录正反两轮验证机制来实现域名记录的合法性验证,企业局域网内多个域名服务器节点向不同的公共DNS服务器发起域名解析请求并在特定时间内通过智能合约达成共识,实验结果表明证明,该机制可以解决域名单源解析所带来的DNS欺骗问题。（3）本文提出使用区块链存储域名记录的方案,开发域名合约作为域名记录存储和查询的接口,通过域名解析效率测试实验证明,在域名缓存命中的情况下,本文实验系统比基线系统查询时延高5ms;在缓存未命中的情况下,本文实验系统比基线系统查询时延低100ms。综上,本文利用区块链技术构建了一种新型的企业级DNS缓存服务器,可以有效解决单点故障,DNS污染和DDo S攻击易损性等一系列安全问题。

关键词： 区块链   社交网络   社区检测   比特币   智能合约  

摘要： 区块链技术和社交网络的结合是未来社交媒体发展的新趋势。传统的中心化社交网络中,网络平台的服务商采集用户数据,开发基于数据的应用获取利益,存在着社交价值的垄断。而具有去中心化属性的区块链技术使得数据公开共享,参与网络的用户可以利用公开的数据开发自己的数据应用,形成了良好的社交生态。其中,社交网络具有明显的社区属性,包含了人际关系特征。通过对社交网络进行社区检测,可以深入分析网络的拓扑结构,发现用户的行为特征,预测网络的变化趋势等。这项工作考虑了区块链网络中的社区检测,主要研究了比特币网络和以太坊网络。在这两种不同类型的区块链网络中,社区检测以不同的方式发挥作用。针对比特币网络,我们首先考虑了用户的多密钥对地址问题,结合比特币交易的多个输入地址属于同一个用户以及用户交易时普遍存在的找零现象这两点对同一用户的多个交易地址进行统一标记,然后获取其交易数据。然后考虑了比特币网络的社区发现问题。我们改进了传统的社区检测方法,并将其应用于比特币交易社交网络,以分析帐户的操作模式和具有相似特征的集群用户。社区划分的结果通过追踪博彩网站(Satoshi Dice)的节点进行验证,模块度系数和轮廓系数很好的支撑了社区发现的结果。针对以太坊网络,我们首先基于智能合约交易定义了一个二分社交图,然后在该图上应用一种新颖的基于低秩图信号的社区检测算法。以太坊网络上启动了初始代币发行(ICO)事件,少数用户已经申请了一些所需的代币,用户对不同代币的持有量信息提供了一个查看参与用户之间的社会影响力的窗口,因此可以通过观察用户对不同代币的持有量信息以及基于低秩图信号的社区检测算法对以太坊的二分社交图进行社区发现。我们将以上策略通过测试数据进行算法的验证,然后再应用于真实的以太坊数据集,找到了具有相似性的用户社区和代币社区,同时采用t-SNE算法对社区发现的结果进行可视化。基于社区发现的结果,我们考虑在以太坊网络中实现链上的广告投放。主要设计了两种可行的方案,并在Ropsten测试网上进行了测试。

关键词： 医疗器械   物流服务供应链   区块链智能合约   供应链调度   蚁群算法  

摘要： 供应链管理和保障事关国计民生,一个国家供应链的水平决定了其在全球范围内的资源配置能力、协同能力和服务支撑能力。尤其在重大紧急突发事件中,如2019年底全球爆发的新冠疫情紧急事件中,医疗器械物流服务供应链更突显了其在国家安全战略上的重要性。医疗器械物流服务供应链的特点是对物流服务供应商的协同能力、服务质量和物流效率要求特别高。如,在此次疫情期间,呼吸机、口罩等医疗器械物资的运输的安全性、时效性至关重要,订单延迟的后果事关生命存亡和整个疫情的防控。由此可见,物流服务的质量是优化医疗器械供应链的关键。区块链技术可谓是自蒸汽机、电力和互联网技术之后的又一次技术性革命,已经引起世界各国高度重视。中国高度关注区块链技术的发展。2019年习近平总书记的讲话中,明确提出加强区块链等新技术的创新、试验和包括供应链管理在内的多领域的应用。区块链背景下的智能合约,在区块链技术安全与透明的优势下,具有去中心化,信息共享和不可篡改的特点,可以自动验证执行。提高了供应链实体之间合同的执行效率,降低合约的运行成本与风险。为多个商业伙伴合作、业务协同提供了高效可靠的技术支持。本文在区块链背景下,建立了医疗器械物流服务供应链智能合约模型。通过执行该运行于区块链平台上的智能合约模型,实现选取可提供专项物流服务的供应商,组成“物流服务联盟”;并根据物流任务的具体情况,设置订单优先级,实现对多个订单进行联合调度,从而对联盟中各专项物流服务供应商进行调度;而且,通过执行该智能合约模型可以求出各专项物流服务供应商的计划任务完成时间和服务开始时间,将该时间信息存储于区块链中。同时通过物流服务供应商将实际的开始操作与完成操作的时间信息上传到区块链中,与区块链中事先存储的历史信息对比,可以判断订单是否按调度方案如期进行,以监督企业如实履行服务责任。本文通过蚁群算法对模型进行求解,其基本思想是让“蚂蚁”根据企业提供的相应服务水平信息进行路径选取,利用蚁群算法的正反馈特性选择总服务完成时间最短的可行路径。最后,论文以M医疗器械公司物流服务供应链运营的实际情况为背景,结合M公司的相关数据,应用本文设计的区块链背景下医疗器械物流服务供应链智能合约模型,完成公司物流服务供应商的选取、调度和订单执行监督。图9幅,表9个,参考文献66篇。

关键词： 区块链   微电网电能交易   智能合约   共识机制   拍卖算法  

摘要： 随着国家对电力市场改革的推进及分布式发电技术的飞速发展,分布式发电设备将迅速进入各个小区,大量的电能用户或电能企业将购买分布式发电设备进行电能的自产自销,而大量分布式电能产消者的产生将加大电网负担。当今相关部门对分布式电能产消者所产出电能进行电能补贴的形式购入大电网,该情况下电能补贴价格较低且不够灵活,将打消分布式电能产消者的产能积极性。因此,相关部门鼓励分布式电能产消者完成电能的本地消纳,而想要高效的完成微电网内部电能的本地消纳,当务之急就是建立一个公开、透明、高效、可信的交易机制。相对传统的电力市场,微电网准入门槛低,交易个体趋利性强且交易行为不稳定,并且,分布式产能设备有不稳定、波动性等特点。传统的集中式交易模式依靠第三方信任机构维持交易主体信任,有着下列缺点:维护信任成本高,交易效率低下,数据集中存放容易受到攻击且恢复难度大。因此,本文将区块链技术引入微电网电能交易场景,区块链技术有着去中心化、不可篡改的特点,可以有效解决信任成本高、数据易被攻击等问题。本文提出基于区块链技术的微电网电能交易方法,首先,设计基于区块链的微电网交易流程,将物理电能的交易转化为电能所有权密钥的交易,详细设计了智能合约,并依靠智能合约完成去中心化交易,保障交易双方权益。然后,提出基于拍卖算法的电能订单匹配算法及消费者出价策略,完成电能订单的快速匹配,提高微电网交易效率及本地消纳能力。之后,设计微电网信用评定机制,将信用值作为节点的基本属性,设计基于信用的共识机制,以信用值高低影响节点挖矿成功几率,以经济激励微电网节点诚实守信。实现了微电网电能订单交易平台,通过以太坊平台实现了订单发布及删除、订单浏览、电能交易等功能。最后仿真结果证明,本文所提出的微电网交易流程及智能合约能够按照预期运行,电能订单匹配算法能有有效提高微电网电能的本地消纳能力,基于信用的共识机制可以有效完成信用值影响节点挖矿成功几率。

关键词： 电子病历   区块链   智能合约   安全共享  

摘要： 目前多数医疗机构引入了电子病历,这些数据都由对应机构独占式集中存储,病人对数据没有控制权和所属权。该模式的优点是架构简单,数据更新方便;但缺点也很明显——数据防篡改能力弱,数据安全问题严重,权限管理混乱。因此难以做到安全的信息共享。基于以上原因,借助区块链和密码学知识,利用它们的匿名性、不可篡改、难破解等特点,研究出基于区块链的安全医疗数据共享方案。首先,考虑到区块链的性能问题,将病历数据的哈希值存储在区块链之上,利用区块链的不可篡改特性为电子病历提供存证功能,防止恶意篡改。根据现实中的科室类别为用户在区块链上分配不同的智能合约,每个合约只管理对应科室的数据,实现数据分类存储和管理,细化数据管理和共享的粒度。最后,围绕区块链和加密技术设计了低侵入性的医疗数据共享研究方案。鉴于取缔目前医院的病历管理系统的困难性,现阶段一些基于区块链的病历共享研究的局限性以及区块链在存储性能上的不足等因素。在数据接入上,使用超文本传输协议或者远程过程调用为第三方提供接入接口,实现插拔式服务。在数据脱敏处理上,使用多模式匹配算法对数据脱敏化处理。在数据存储上,利用了医院原始的存储系统降低系统压力。使用智能合约为用户提供数据存取、访问策略管理;使用不同的加密技术设计出基于不同场景以及不同粒度的访问策略以及提供安全性。改进区块链共识算法并添加激励机制,改进节点管理以及节点积极性。通过以上设计,能以低成本接入各大医院系统,且利用医院原有的存储系统避免了海量数据带来的存储压力。同时还提供了更加灵活更加细粒度的的访问控制方案,实现将病历数据的控制权交到病人手上。