关键词： 数字化单证   多式联运   区块链   智能合约  

摘要： 多式联运是一种高级的交通运输组织形式,是综合运输的重要发展阶段。在开展多式联运业务时,多式联运单证承担着发货收据、运输合同、物权凭证、提货凭据等多项功能,与物流效率和物流成本密切相关。目前使用的纸质单证和电子单证存在内容重复填写、制作速度慢、信息共享难等问题,这给物流业实现降本增效的发展目标带来了巨大阻力。区块链技术自诞生后便引起了各行各业的广泛关注。由智能合约、非对称加密、共识算法、时间戳等多种技术集合而成的区块链技术,具有脚本自动化执行、网络点对点传输、信息可溯源、数据不可篡改等特点。应用区块链技术对多式联运单证进行数字化升级,能够有效地解决当前多式联运单证中存在的内容重复填写、制作速度慢、信息共享难等问题。本文创新地提出了覆盖多式联运全程所有参与者的多式联运数字化单证的概念以及数字化单证背景下的多式联运顶层业务模式,并在改进实用拜占庭容错算法的基础上构建了多式联运共识机制。完成的工作包括以下主要内容:整理多式联运全过程涉及的各种传统单证,深入研究每一种单证的内容和作用,广泛搜集关于多式联运单证的国内外标准,通过整合航空、公路、铁路和水路四种运输方式以及海关等监管单位涉及的主要单证形成了多式联运数字化单证的主要内容。通过对比分析在传统单证和基于区块链技术的数字化单证两种背景下的多式联运业务模式总结出了多式联运数字化单证的特点。将多式联运传统单证的发货收据、运输合同、物权凭证、提货凭据等业务需求转化为多式联运数字化单证系统的用户功能,设计了多式联运数字化单证的分层系统架构和应用流程。采用“主合约加工具合约”的结构设计了多式联运数字化单证的以太坊智能合约,并完成了开发、部署及常规安全性检测等工作。考虑多式联运应用场景的特殊性,在实用拜占庭容错算法的基础上做出改变主节点选取方式等调整,构建了多式联运共识机制并完成了仿真实验。模拟以太坊区块链环境,采用Truffle框架创建去中心化应用,实现了多式联运数字化单证系统的各项用户功能。

关键词： 代币智能合约   ERC20代币标准   形式化建模   形式化验证   安全属性  

摘要： 随着以太坊区块链的发展,智能合约作为以太坊的核心技术也得到越来越多的应用,其中应用之一是用户通过代币智能合约进行新代币的开发。除以太币外,在以太坊主流代币标准协议ERC20的基础上,以太坊支持用户通过代币智能合约完成代币的构建发行、管理和交易。代币智能合约种类多,持有大量资金,易受到攻击者的攻击。目前代币智能合约已曝出存在多种类型的漏洞,也发生被攻击的安全事件,造成大量损失,因此保证合约的安全性并对合约进行安全审计是非常必要的。形式化验证方法是专门针对协议或系统的安全性所提出的一种检验分析方法,能够更全面、深入地研究合约的安全性。针对代币智能合约的安全问题,本文以代币智能合约的形式化建模与验证为研究重点,结合以太坊目前主流的ERC20代币标准协议,提出了面向ERC20标准的代币智能合约形式化模型,并将形式化模型应用到对代币智能合约造成威胁的高危漏洞的形式化分析中。具体研究内容如下:1.针对代币智能合约形式化建模的需求,提出了面向ERC20标准的代币智能合约形式化模型框架。描述了模型定义的具体函数行为和攻击者模型,对合约中函数行为进行抽象,利用多集合重写规则定义代币智能合约的建模规则。针对模型需要满足的安全属性,提出了基于ERC20标准的代币智能合约形式化安全属性,包括基本属性、交易属性和权限属性。模型对于分析ERC20标准的代币智能合约的安全性具有实际意义。2.为对代币智能合约造成大量损失的高危漏洞进行验证分析,本文对整数溢出漏洞进行了形式化建模和验证分析,解决了整数溢出漏洞的建模难点,利用上述代币智能合约形式化模型框架完成对整数溢出漏洞的形式化建模。进一步针对整数溢出漏洞隐患提出了相应的改进措施。通过SmartVerif工具完成了合约实例的验证工作,包括存在漏洞的合约和改进后的合约实例,结果表明成功找出合约中的漏洞,以及改进后的合约可避免原合约中存在的攻击。3.为对代币智能合约有高威胁风险的漏洞进行验证分析,本文选取重入漏洞进行了形式化建模和验证分析,结合上述形式化建模框架分析了重入漏洞的安全属性和建模方法,给出了重入漏洞的形式化分析过程,并解决了重入漏洞的建模难点。通过实验验证了具有重入漏洞的合约实例,实验结果表明合约实例均验证出存在安全隐患。进一步针对重入漏洞隐患提出相应改进措施,并对改进后的合约实例进行了验证,结果表明改进措施可避免攻击者攻击。

关键词： 数据交易   隐私保护   区块链   智能合约   数据追踪  

摘要： 在现代社会中，数据在科学研究中起到了越来越大的作用。大数据和人工智能科学技术的飞速发展在揭示数据本身的属性和规律的同时，也为数据的充分利用带来巨大价值，并由此带来了许多科学研究课题，这其中不仅包括研究者在获得数据后该如果尽量发挥出数据的价值，还包括数据在整个生命周期中可能遇到的各种问题。数据的生命周期包括收集，存储、发布，访问计算以及修改、消亡，这次主要关注的是存储发布过程中数据交易这一形式。当代智能设备的广泛使用，使得个体也能够产生大量有价值的数据，这些数据由不同个体独立进行存储和维护，因此在物理层面上是孤立的，形成了物理上的孤岛。　　由于数据的价值难以判断，数据拥有者的天然自私性以及对数据隐私安全的担忧，数据拥有者通常不愿意公开自己的数据，甚至是研究者群体中也有相当数量的群体对于公开数据有所疑虑。除了对于社会进步有极大帮助的研究能够提高数据拥有者分享自己的数据的意愿外，有研究指出有超过半数的人原意在一定条件下分享自己的数据，这些条件中最主要的是合适的利益和获取数据的机构值得信任等。数据交易已经成为沟通大数据孤岛的桥梁，并使得许多数据驱动的应用从中受益。由于数据本身和其交易行为中所蕴涵的隐私性，以及其易于被复制的特性，在面对潜在的用户的恶意行为时，仍然缺少在数据交易中对隐私，版权/所有权进行保护，以及对用户行为进行审计的方法。通过调查实际存在的交易平台，对当前存在的数据交易形式有了了解，设计了几种场景，并且在数据集交易中研究了消费者的权利和义务。基于此提出了一个基于区块链和智能合约的框架以保存不可篡改的数据交易纪录，同时可以保护用户的身份信息，用户行为以及数据隐私不会泄露，并且在发现有不诚实的消费者违反规则时，能够及时阻止或者事后问责。将数据指纹应用于数据追踪和保护数据的所有权之中。同时设计了一些协议用以防止交易过程中的不诚实行为和保护交易的安全性。

关键词： 区块链   以太坊   共识算法   智能合约   信誉度  

摘要： 提起区块链技术,总是能联想到共识机制和智能合约这两个概念。共识从最基本的层面上说就是让一个复杂多样的团体能够在不发生冲突矛盾的情况下做出共同的、能达成一致的决策和方法。如今,共识机制已然成为计算机科学区块链技术中重要的组成部分。区块链技术中,共识机制就是一种规则和程序,它在参与节点之间一系列管理和操作中起到了重要作用。共识算法则是让关联机器连接起来进行工作的代码,并且在某些节点成员失效的情况下,还能保证工作的正常运转。智能合约的提出,并不是区块链技术的产物,早在区块链出现之前,智能合约的理念就由尼克·萨博提出,虽然早在1995年这个概念就被提出,但是由于当时技术和环境的限制,智能合约没有得到很好的发展,一直到2008年区块链技术的兴起,智能合约才重新回到实际应用当中。在区块链的背景下,智能合约才拥有了:去中心,不可篡改,自动执行与销毁等特定的执行环境。它不再单单是一个简单的计算机程序,更像是一个无形的、可靠的第三方,不仅可以对接收到的信息进行判定与应答,还可以按照合约事先设定好的规则进行操作。本文以此为背景,首次将信誉度的概念结合DPoS共识算法加入到区块链中,提出了基于改进的DPoS区块链共识机制,并且实验验证了该算法的同时,给出了实验的可行性和能效性。本文的主要研究内容如下:(1)共识机制模型架构研究分析并研究了区块链及其底层架构原理,介绍了以太坊区块链技术,对PoW、PoS、DPoS等共识算法进行了研究分析与对比,为接下来的改进算法提供了理论基础与技术支持。(2)信誉度评价模型算法研究信誉度在区块链智能合约中的应用和体现却很少有被提及和研究,现今大部分的信誉度研究都集中在电子商务、P2P网络、网格计算和Web服务等。本文旨在将信誉度机制与智能合约相结合,为区块链节点间交易时提供可靠安全的保障。(3)基于改进的DPoS共识机制的仿真实验验证以DPoS共识机制为基础,将信誉度机制以智能合约的方式结合到区块链中,形成DCBFT,通过Ethereum以太坊智能合约开发平台进行模拟仿真实验,在信誉度阈值以及信誉度评分条件的约束下,做到了在区块链中交易节点之间的动态变更。

关键词： 区块链   智能合约安全   运行时应用自我保护  

摘要： 区块链技术是虚拟货币的底层技术,它以可验证且永久的方式记录多个相互之间通常互不信任方之间的交易。近十年来区块链技术飞速发展,有很大一部分要得益于智能合约的产生。智能合约为开发者提供了一个功能性更强大的合约编程生态。由于智能合约的诸多优点,它被广泛用于实现各种应用程序。近年来智能合约的数量增长巨大,其商业价值也与日俱增,飞速的发展与巨大的商业价值使得智能合约安全问题日趋严重,特别是,智能合约具有不可篡改的特性,一经上链无法更改,更是为安全问题的解决提供了特别的挑战。目前智能合约安全问题的解决办法主要是依靠上链前的代码分析,这些分析方式可以有效解决很多安全问题,但是这仅限于未上链的合约,对于已经部署的问题合约,代码审计毫无帮助,而且目前大部分工具都存在误报率较高或人工审核环节耗时耗力的问题。为了弥补现有工具的缺陷,本文提出了一种全新的安全思路,即利用运行时应用自我保护技术(RASP),在智能合约运行时进行动态保护。为了使研究更具有普适性,本文选择了世界上规模最大的智能合约平台以太坊进行实验分析,并选择了六类主要的合约安全漏洞,构建对应的漏洞检测模型。依据这些检测模型,结合以太坊虚拟机的设计特性,本文设计并实现了一套智能合约运行时自我保护技术的原型系统ESER,并基于一系列以太坊经典漏洞对ESER及同类工具进行了对比测试。测试结果表明,相较于其他代码分析工具,ESER对源代码更不具有侵入性,也无需人工的干预,并且具有更高的检出率与更低的误判率,充分显示了 RASP的优良特性。

关键词： 政府开放数据   元数据标准   区块链技术   智能合约   共识机制  

摘要： 政府开放数据平台的元数据标准规范是构建数据平台的重要基础,也是促进政府数据开放的关键。优化我国政府开放数据平台元数据标准规范对促进平台开放政府数据具有理论意义和实际意义。本文从平台元数据标准描述、元数据格式规范、数据目录聚合机制、相关数据政策法律等方面梳理了21个省市数据开放平台的元数据标准现状,发现平台存在元数据标准核心元素的缺失、提供的元数据格式各有差异等问题。为此,结合区块链技术中共识机制、智能合约以及时间戳等特性针对问题,提出基于区块链技术的优化方案,分析了基于区块链的元数据标准的可行性、目标、框架、方案实施以及对方案的效果进行了对比。该优化方案将各政府平台作为参与方,积极主动探索元数据标准规范,共同制定合约,促进数据互操作。基于区块链技术的政府开放数据平台的元数据标准优化方案为我国的平台元数据标准进一步研究提供参考。

关键词： 物联网   访问控制   数据隐私   智能合约   属性加密   策略隐藏  

摘要： 物联网是以感知为核心的综合信息系统,可以通过各种有线和无线网络与互联网融合,综合应用数以亿计的终端设备,实现物与物、物与人、人与人之间随时随地的连接。虽然物联网的广泛应用,有效解决了多个行业发展中存在的痛点问题,但越来越复杂的网络环境使面临的安全威胁也变得愈加严重。同时,物联网设备更靠近用户端,往往会涉及大量敏感的个人隐私数据,如果不能对这些数据提供及时、可靠的保护,一旦发生泄露将会给用户带来不可挽回的损失。作为安全防护的重要屏障,访问控制技术可以根据预先设定的访问控制策略保障资源仅能被拥有相应权限的用户执行合法操作。如何利用该技术在物联网环境中实现安全、高效和细粒度的访问授权成为亟待解决的关键问题。针对上述问题,主要研究工作如下:1.针对传统访问控制模型中依赖中央可信实体易造成单点故障问题,提出一种基于智能合约的访问控制方案。首先,提出一种基于层级区块链的物联网分布式体系架构。其次,在该架构中以基于属性的访问控制模型为基础,采用智能合约的方式实现对物联网设备域内和跨域的访问控制。最后在属性中引入实体信任度量,利用信任值与诚实度来反映实体能够履行合约的信用能力和稳定性,作为授权决策的依据。理论分析和实验结果表明,比现有方案更有效解决物联网访问控制中存在的细粒度和安全性问题。2.物联网终端产生的数据具有极高的隐私性,因此针对数据的隐私保护,研究基于密文策略属性基加密方访问控制方案。首先,通过外包解密的方式降低解密计算开销,避免大量的运算给计算和通信能力受限的终端设备带来负担。其次,采用多授权机构,用哈希函数标识用户,以避免不同授权机构联合通信造成共谋攻击。同时,该方案支持线性密钥共享方案(linear secret sharing scheme,LSSS)访问结构。理论分析和实验结果表明,在实现访问结构隐藏的前提下,比其它方案在轻量级和安全性上更具优势。

关键词： 以太坊   智能合约   区块链   商品信誉   评级因素  

摘要： 电子商务的快速发展有效促进了线上购物活动的飞速发展,从而致使网络购物成为商业活动的重要组成部分。在网络购物中,人们通常根据商品陈列信息进行商品质量判断,其中商品质量评判信息尤为重要。然而网络购物经常面临商品评价信誉欺诈问题,使得页面显示的商品评价信誉等级不可信。为了防止用户随意篡改操作评价数据,需要不断的修复与改善网络评价环境,以保证商品评价数据的可用性与真实性。对此,很多商家商品信誉评估方案应运而生。然而大多数传统的商家商品信誉评估方案都是基于中心化的且商品质量评级影响因素单一,无法杜绝用户刷单、肆意篡改评价数据以及改善商品评级影响因素等问题。因此,在一个不可信的商家信用评级网络中,如何公平,公正的确保用户的利益,评价信息和网络交易的真实性成为一个重要的研究问题。本文研究主要针对商品质量信誉评估与交互公平性问题展开研究,取得的主要成果如下:(1)针对现有的网络购物经常面临的商品评价信誉欺诈问题,利用新兴的区块链技术,构造了一个基于以太坊智能合约的公平可信商品信誉评估方案,方案中将用户对商品的评价数据托管至区块链,取代将商品评价数据集中托管在中央平台的模式,利用区块链不可篡改和去中心化的特性,设计了一个公平可信商品信用评估方案,给出了解决商品信誉欺诈问题的一个有效方法。新方案可以确保商品评价数据的不可篡改性和透明性,为网络公平交易提供可信的商品信用评估方案。(2)针对现有的网络购物中商家商品信用评级影响因素过于单一问题(“好评”、“中评”、“差评”),利用区块链的匿名性和透明性,交易数据的去中心化存储及公开可验证性,研究构造了一个基于以太坊智能合约的分析确定商家信用评级影响因素决策审计方案,通过全民参与决策的方式获取大众意愿,确定出大众比较在意的商家信用评级影响因素(如退款纠纷、物流服务、投诉覆盖率,服务承诺等)。合约参与者的交互行为以交易的形式记录在区块链网络中。确保了决策数据的不可篡改性和透明性。进而有效的解决了商家信用评级影响因素过于单一问题,降低用户的交易成本和风险,同时确保参与者的安全和隐私保护问题。

关键词： 区块链   智能合约   合同法   法律适用  

摘要： 随着比特币等虚拟货币的持续火爆,为其提供技术支持的区块链技术也备受关注。世界各国都已开始着手对区块链技术展开研究,我国更是将区块链技术置于自主创新的核心技术地位。(1)随着区块链技术的持续向好发展,智能合约也由构想走向了现实,逐步应用在银行、保险、证券等领域甚至在社会治理等方面也发挥了重要作用,拥有巨大的发展潜力。区块链智能合约的本质是附着在区块链系统中合约层的一段程序代码,以数字化的形式表现合约内容,具有去中心化、匿名化、自动执行等特点。区块链智能合约与传统合同在订立、履行、救济等方面均存在较大差异。因此理论界对于区块链智能合约的合同属性有较大争议。区块链智能合约虽是新兴事物,但是对其法律性质应当基于现行法的规定进行判断。根据我国现行法律规定,可以认定区块链智能合约属于数据电文形式的意思表示,不论其订立与否,都是一种法律行为。同时区块链智能合约具备要约—承诺的法律结构:一方面将智能合约发布在区块链系统中是智能合约发布人希望与他人订立合约的意思表示,合约内容具体确定,且发布人受合约内容的约束,可以认定为要约。另一方面不论区块链智能合约的承诺方式是意思表示还是意思实现,只要其账户主体对合约内容进行私钥签名并向全系统广播即可认定为承诺。因此区块链智能合约具备承诺要约构造,符合《合同法》的相关规定,可以认定为法律合同。智能合约在区块链技术框架下显示出了其在互联网大数据时代的交易优势,与传统合同相比的自动执行、不可篡改等特点能有效提升交易效率,降低订约成本。区块链智能合约不仅蕴含当事人一致的意思表示,而且符合《合同法》规定的承诺要约结构,可以认定为法律合同,理应纳入《合同法》框架内进行调整。但是,由于区块链智能合约是近些年兴起的新技术,法律对其规定略显空白,所以应当深入检视作为法律合同的区块链智能合约的《合同法》适用性及变通之处。同时,技术不能脱离法律监管而存在,应当以法律视角检视在不减损区块链智能合约的固有特性的情况下,推动新兴技术的改进,以更加适应现有的立法规范。根据区块链智能合约的技术特点,可以在订立、效力、变更、履行及救济等方面分析合同法适用性。在订立方面受要约人同意要约的意思表示以电子数据的形式发出或通过履行行为做出承诺被记录于区块链系统中其他节点组成的区块上的时间,这一时间应当视为智能合约承诺到达的时间,同时也是区块链智能合约成立的时间。在效力方面可分析效力存在瑕疵的情形及解决方法。在变更方面现阶段除缔约各方相互协商一致同意变更或是使缔约相对方纯获利益的修改之外,应尽量不允许区块链智能合约的修改,同时辅以技术手段,增加区块链智能合约对现实情况的适应能力。在履行方面可以分析代码的瑕疵和漏洞相关问题。在救济方面可以将所属区块链平台的计算机等信息设备所在地视为合同签订地,以确定管辖权进行公力救济。

关键词： 数据交易   联盟链   移动医疗   智能合约   斯坦伯格博弈  

摘要： 在如今智能化的时代,智能设备和社交软件的大量开发和应用给人们的生活带来了极大的便利,同时,这些设备和软件在运行的过程中,也在不断地采集和产生了大量用户的个人数据和周围的环境信息。随着机器学习和数据挖掘等技术的发展,这些数据能够被应用于数据分析来挖掘数据潜在的价值。一方面,数据分析能够给用户反馈一些有价值的信息,比如预测用户的身体状况等等。另一方面,服务提供商还能通过数据分析来分析其服务的质量,并且提高其业务能力。总的来说,数据正成为各行各业发展不可或缺的动力。为了能够进一步挖掘数据的价值,人们开始通过数据交易的方式来获取和购买所需的数据,一些数据交易平台和机制也开始被研究者们提出。然而,目前的数据交易方式仍然存在很多亟待解决的安全和隐私问题。第一,我们需要建立一个更加安全的数据交易平台以及更加高效的数据交易机制。现在,大多数的交易平台都采用中心化的方式进行数据交易,这些中心化的交易平台容易遭受单点失效、分布式拒绝服务等攻击,从而使用户的数据和交易信息也面临着丢失和泄漏的风险。第二,我们需要设计合理的激励方案来鼓励用户参与数据交易。用户的个人数据中包含了大量的隐私信息,为了保护个人隐私的安全,通常大家都不愿意将数据无偿地提供给服务提供商。为了鼓励用户参与数据交易,我们需要设计合理的激励方案来补偿用户潜在的隐私泄漏的损失,从而能够让交易双方获得应得的利益。为了解决以上的问题,本文通过对区块链技术和数据交易进行探索和研究,目的是利用区块链技术来实现更加安全和高效的数据交易。总的来说,本文的主要工作包括以下四个方面:（1）设计一个基于联盟链技术的通用的数据存储和交易架构（平台）,我们称之为数易链（DTChain）。数易链通过利用区块链技术去中心化和去信任等特点解决了传统中心化交易平台存在的安全问题。在这个架构当中,我们将数易链分为以下六个部分:数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层,并分析了每一层的设计原理和组成部分。（2）基于我们提出的数据交易架构,我们进一步地研究移动医疗场景的数据交易,并设计了一套基于智能合约的数据交易机制,利用智能合约自动执行、公开透明的特性,从而实现更加安全的移动医疗数据交易。（3）为了鼓励用户参与移动医疗数据的交易,我们结合设计的移动医疗数据交易机制,通过考虑数据提供者的隐私偏好和噪声加密等级,分别建立了数据提供者和数据购买者的效益函数,并利用斯坦伯格博弈的工具对交易问题进行分析和求解,最后通过仿真验证了该模型的有效性。（4）最后,我们对本文提出的数据交易架构进行了安全性和效率性的分析,从而证明本文方案满足数据交易对安全、隐私、效率的要求,以及对基于智能合约的移动医疗数据交易方案进行性能的分析,从而证明了我们提出的方案具有低能耗、高效率、高安全性的优点。本文研究的三个内容属于“层层递进”的关系,首先提出了一个通用的数据交易框架,接着具体到移动医疗数据交易的场景,设计了相应的交易机制和激励方案,研究内容不断地深入和具体。