关键词： 区块链   智能合约   医疗信息共享   以太坊   软件定义网络  

摘要： 传统的医疗信息采用的存储策略，导致大量的医疗信息高度聚集，信息中心承载的负荷随着信息数量的增加而剧增，由此造成安全隐患。医疗信息快速增长的同时又相互保持着孤立的状态。面对这样的现状，在封闭的环境下想要对宠物医疗信息进行管理和有效地分析和利用，避免中心服务器单点篡改或丢失信息，同时降低存储成本面临着不小的困境。此外，医疗信息涉及敏感数据，所以不得不考虑隐私问题。因此，如何在不违反隐私法规的情况下有效地整合来自这些各个医院的医疗数据库是一个难题。另一方面，对于传输中的数据，当前可以使用传输层安全性协议来保证通信安全性。对于静态数据，加密技术可以确保单个域中安全的数据访问。但是，如何通过整合较大范围内的所有医院，提供保护隐私的访问控制和安全的信息共享方案仍然是一项艰巨的任务。本文的主要研究工作有：　　（1）本文提出了一种基于智能合约的宠物医疗信息共享方案。方案包含三个实体，分别为医疗服务方、医疗信息拥有者、第三方机构，利用区块链智能合约使得分散孤立的医疗信息得以完整的呈现。方案解决了现有的医疗信息分散孤立导致数据拥有者和有查看需求的第三方难以获取完整的历史医疗信息问题，避免了可能出现的中心服务器故障导致全局瘫痪的问题。　　（2）本文提出了一种保护宠物医疗信息安全和个人隐私的方案。方案结合了基于属性的加密与软件定义网络，其中使用ABE（基于属性的加密算法）对用于加密原始宠物医疗信息的对称加密密钥进行加密，利用软件定义网络技术确定用户与医疗信息数据库的最终连接。方案解决了医疗信息共享过程的医疗信息和个人隐私泄露以及用户权限无法撤销的问题。　　综上所述，本文方案有机地结合了基于多授权中心的属性加密、区块链、智能合约，以及软件定义网络来构建共享策略。在我们的方案中，宠物的医疗记录在存储到医院数据库前先进行加密处理，根据基于属性的加密和隐私级别分类进行严格的访问控制。利用区块链技术使来自不同参与医院分散的数据库得以连接，利用智能合约处理数据共享过程中涉及到的业务逻辑，使用软件定义网络解决共享资格的撤销问题。

关键词： 区块链   以太坊   可选智能合约   可扩展性   交易吞吐量  

摘要： 区块链作为以去中心化方式集体维护可信数据库的技术,具有去中心化、防篡改、可编程等特点,正成为继大数据、云计算、人工智能、虚拟现实等技术后又一项对未来信息化发展产生重大影响的新兴技术,有望推动人类从信息互联网时代步入价值互联网时代。然而,区块链技术发展至今,可扩展性问题已经成为限制区块链应用场景的主要障碍。本文研究了现有的主流区块链系统扩容方案,如状态通道、侧链/子链、Plasma和ZK Rollup等,并分析了以太坊区块链系统的技术架构,针对目前各种扩容方案在系统吞吐量、数据存储、交易处理方式和网络等方面存在的问题,介绍了一种新的通用区块链底层架构,并基于该底层架构设计并实现了一种可选智能合约系统,然后通过实验验证该系统的主要功能和系统性能。本文主要的研究工作包括:1)研究了目前主流的区块链扩容方案,分析其工作方式和设计原理,并比较这些扩容方案在吞吐量、可行性、成本和存储容量等方面的优缺点。其次,介绍了以太坊的技术架构,分析以太坊智能合约的实现方式、区块结构、数据存储和交易处理流程。2)设计了一种新的通用型区块链底层架构,该架构兼容目前以太坊区块链的底层协议,并优化了区块链系统中交易处理以及区块打包确认的流程,提升了区块链系统的交易执行效率并减轻了单个节点的存储压力。3)针对目前区块链系统中智能合约在执行方式、计算资源消耗和交易验证等方面存在的缺陷,设计了一种新的区块链系统扩容方案——可选智能合约系统,该系统基于提出的区块链底层架构,通过重新设计智能合约的执行方式,将用户部署的每个合约单独运行在一条合约链上,从而让智能合约交易与普通交易分开执行,达到并行执行交易的目的。另外,本文设计了一种合约订阅机制,节点可以选择需要运行的合约,每个节点只需要执行自己订阅合约的交易,同步并存储该合约的区块数据,同时参与这些合约之间的共识,而不必每个节点执行所有的合约交易,这种设计从底层存储方式上减少了每个节点的存储压力,同时可以充分利用每一个节点的计算资源,提高了区块链系统的执行效率。最后,本文对可选智能合约系统的各模块功能进行验证,并搭建测试环境对系统整体性能进行测试,验证本文研究和实现的扩容方案的可行性和有效性。

关键词： 可信认证   区块链   智能合约   版权保护   隐私保护  

摘要： 信息时代下,数据是人类数字生活中不可或缺的信息传播载体。网络生态环境中的多模态数据随互联网和移动互联网的发展而井喷式爆发,使得对海量数据的统计分析与定制处理变得日益重要。其中可信数据是数据目前多种存在形式中最具价值的部分。如何获取可信数据、如何对数据进行可信认证是目前学术界与工业界关注的重点。在现有研究的基础上,本文的数据可信认证研究从区块链的体系架构着手,结合单区块链结构和混合区块链体系框架,从数据的存储、处理与访问三个阶段展开,强调实体行为结果的可预测性和可控制性。本文的主要研究内容如下:(1)为了解决数据处理阶段存在的用户行为可约束性问题,本文提出了一种基于单区块链结构的可信认证方案,通过智能合约实现基于时间约束的信誉值管理机制,对交易所需费用与实体的行为进行反馈调节与约束,实现针对系统内角色实体的奖励惩罚机制,维护各角色相关的利益与权益。在数字版权保护场景下,该方案实现了版权数据的登记、传播、使用与保护,更好地帮助维权运动的开展与追究责任的落实。实验方面,通过设置交易发送速率与交易数量参数,从系统吞吐量和交易延迟两方面验证了方案的可行性与良好的性能表现。(2)为了解决数据存储与访问阶段存在的共享与隐私保护问题,本文提出了一种基于混合区块链体系架构的可信认证方案,通过智能合约实现不同隐私等级数据的上链共享与链上数据的可信认证,结合分布式存储技术实现数据的完整性存储与恢复,在实现跨组织间不同隐私约束范围内数据有效共享的同时能够更好地保护用户的隐私。在跨组织间医疗数据共享场景下,该方案实现了医疗数据的分级别存储、分范围共享与隐私保护,为用户提供高品质、高可信服务的同时,致力于促进社会医疗健康卫生事业的发展。实验方面,首先通过实验部署环境的变化得出节点数量对系统性能的影响结论,其次通过与Hyperledger Caliper标准的运行结果进行对比,验证了本方案在吞吐量与交易延迟方面表现良好且均有提升。

关键词： 区块链   物联网   智能合约   区块链技术  

摘要： 1引言2019年10月24日,中共中央政治局就区块链技术发展现状和趋势进行了第十八次集体学习。中共中央总书记习近平在主持学习时强调,区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用。我们要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口,明确主攻方向,加大投入力度,着力攻克一批关键核心技术,加快推动区块链技术和产业创新发展。

摘要： 2020年2月5日,中国人民银行正式发布《金融分布式账本技术安全规范》(以下简称《规范》)金融行业标准。《规范》的发布,能有效引导金融科技领域的所有机构加强行业自律,落实安全责任,推动分布式账本科技的有序发展。本文重点对《规范》中的智能合约及基础软硬件安全进行解读。

关键词： 档案区块链   去中心化   共识机制   智能合约  

摘要： 基于比特币的区块链技术,作者从"去中心化"的档案馆、"共识机制"下的档案业务、密码学保驾下的档案信息安全、"智能合约"下的档案信息利用四个方面对档案事业的区块链"生态"做出宏观的简单猜想。

关键词： 区块链   智能合约   林果溯源   可信存证  

摘要： 随着科技的不断发展,越来越多的食品安全不过关的现象屡见不鲜,人们逐渐意识到食品安全的重要性。为解决食品安全问题,政府及相关组织也逐步建立并规范了食品安全管理制度。传统的溯源体系往往建立在数据中心化操作与管理,企业个体无法保证可信的溯源采集供应链,如果消费者购买的产品出现问题则无法追溯到具体的操作环节。而现有的产品质量追溯系统缺乏统一标准,不能对产品整个供应链信息进行有效监控,产品信息可能会被恶意篡改而失去可信度。特色林果制品作为一种大众喜爱的休闲食品,现在也有很好的市场前景,因此本文选择合作企业生产的相关产品如红枣、砀山梨等特色林果制品来作为研究对象。与此同时,通过选择区块链架构作为保障数据可信的主要技术手段,从而为实现可信的林果溯源系统提供可靠基础。针对林果溯源供应链存在的数据安全问题,本文利用区块链在去中心化的一些优势并结合智能合约技术来实现林果可信溯源系统。本论文的主要工作如下:(1)设计并实现了基于林果制品溯源信息的存储结构。针对传统溯源系统数据的过分集中化,本文利用区块链搭建分布式的dapp客户端节点,林果供应链上的参与节点通过形成联盟链环境来共同维护链上数据的安全可靠。利用以太坊结合IPFS分布式网络的结构来实现林果溯源信息的可靠存储,从而代替传统的集中式存储,实现林果溯源的可信存证。(2)利用智能合约实现林果溯源系统的业务逻辑功能。考虑到林果溯源系统中参与者众多,因此利用智能合约设计相应的合约函数规则,对用户操作权限进行有效约束。通过设计并实现基于智能合约的多模块林果溯源模型来保证参与者用户上链数据的真实有效。(3)林果可信溯源系统的设计与实现。本文利用truffle框架实现的基于区块链智能合约的林果溯源系统,将林果溯源信息存储至IPFS网络及区块链。林果企业能够有效保障客户端的上链数据不被篡改,从而提高林果产品整个供应链追溯的可信度。

关键词： 无线区块链   计算卸载   边缘计算   文件存储   智能合约  

摘要： 近年来,区块链技术的兴起引起了学术界的广泛关注。作为一种分布式的计算与存储方式,区块链网络中节点要承担繁重的任务,包括以挖矿为代表的共识计算和对海量数据的存储。然而,有些移动端的矿工在处理挖矿任务时,由于自身算力不足,无法完成挖矿任务,随着移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)的出现,将区块链与无线网络相结合,卸载挖矿任务到边缘计算节点能有效地解决矿工算力不足问题。在计算卸载时,需要衡量多种因素,找到最佳卸载方案,使得系统性能达到最优;另一方面,由于区块链中每个区块的大小一般只有几MB,无法存储大型文件。传统区块链存储策略,将文件存储在指定的云服务器上,并生成hash值存入区块链以保证安全性,但此策略并未考虑到在存储卸载过程中,对背书节点和存储节点的规划,会造成资源和安全等方面的问题;此外,这些策略也没有考虑到文件使用频次,对于频繁从云服务器上下载文件会造成回程链路压力。基于此,本文从有效提升无线区块链网络卸载能效及大型文件存储效率出发,深入研究了无线区块链网络中基于能效的计算卸载策略及基于Fabric平台的文件存储策略。具体研究内容及主要贡献如下:首先,针对区块链网络计算卸载,提出了两种基于能效优化的卸载策略。通过建模,将挖矿任务分为本地计算和卸载计算两部分;将用户速率与功耗比值定义为公平能效函数,分别研究了最大化最小速率准则及最大化系统能效准则下网络资源优化问题。采用Dinkelbach算法及SCALE(Successive Convex Approximation for Low Complexity)算法对优化问题进行求解,并将所提方案与最小化系统功耗方案和最大化处理速率方案进行对比。仿真结果表明本文提出的卸载方案能够取得网络最佳能效,同时表明在功耗与速率之间存在最佳折衷点,对实际的网络设计具有指导意义。然后,针对区块链文件存储,本文构建了一种基于Fabric平台的大型文件存储系统。根据Fabric的存储规则,需要先进行背书(即验证交易)然后才能进行存储。1)针对背书过程,设计了一种动态背书节点选择策略:以上传时延、排队时延和处理时延总和作为通信节点的评分,根据评分选择最优的背书节点,能够有效提升验证速度。2)针对存储过程,设计了一种基于区块链的分布式文件分类存储方案:通过时延对文件进行评分,然后根据评分为文件规划相应存储节点,由此能够增强存储的安全性和资源利用效率。3)针对文件读取过程,通过合理设计智能合约监控文件,有效监控各个文件在规定时间内的调用次数,将文件分成常用文件及不常用文件,并将常用文件分块存储在靠近用户近侧的存储设备中,这样可使用户从临近存储设备直接下载,而无需占用云端回程链路。实验表明:本文设计的基于Fabric平台的大型文件存储系统不仅能够保证背书节点的高效性,有效缓解了客户端选取背书节点的压力;而且能够快速恢复受损文件,解决数据丢失问题;同时还能够能加快文件读取速度、缓解回程链路压力、减少线路拥塞等问题。

关键词： 无线体域网   联盟区块链   身份管理   智能合约   d-PBFT共识算法  

摘要： 随着物质生活的提高,医疗技术的不断改进,世界人口的人均寿命也在不断地增长,世界上的发达国家和部分发展中国家都面临着严重的老龄化问题。相比于庞大的老龄化群体,各国拥有的医护人员数量远不能满足需求,因此诞生了智慧医疗的体域网系统。无线体域网系统可以通过传感器采集到用户的生理数据,并通过汇聚节点将用户的数据发送给云端医疗机构,既能减少人工成本又能及时发现患者的病症,为老人和患者的健康提供了保障,但同时也增加了患者隐私泄露的风险。为了保障体域网中用户生理信息的完整性和隐私性,本文提出一种利用区块链技术保护体域网信息安全的方案,测试评估了该方案的可行性,并对该方案的共识算法进行了改进使之更适用于体域网系统。本文主要的研究内容和成果如下:1.本文首先确立了使用联盟区块链Hyperledger Fabric来为体域网系统建立安全机制,再使用非对称加密技术、签名与证书技术和公钥基础架构等技术建立了体域网身份认证的机制,能够在一定程度上维护用户数据的隐私性避免被联盟外的节点窥探到,再通过编写智能合约实现了用户的生理数据传达给区块链网络中的所有节点,并通过Kafka共识使用户的生理数据得到全网认可而难以被篡改。本文测试并评估了该系统的能耗和时延,初步确定了区块链技术基本适用于体域网系统,并且有助于体域网用户保护自己生理信息的完整性和隐私性。2.本文初步搭建了基于联盟区块链的体域网系统,并在联盟中采用了严格的身份准入机制,但并不能完全确定网络中没有混入拜占庭恶意节点,也不能担保现有的节点一定不会被第三方敌手劫持利用,因此本文对共识算法进行了改进,基于能容忍拜占庭错误的PBFT共识算法,本文提出了d-PBFT共识算法,保证联盟网络在容忍一定数量拜占庭节点的基础上还能监控各个节点的状态,对恶意节点能够进行隔离,降低恶意节点对整个体域网系统的影响。实验结果表明采用d-PBFT算法的网络拥有较高的吞吐量和较低的共识时延,并且在有拜占庭节点的情况下比原PBFT算法的共识生成量提升了26.1%,不仅提高了体域网网络的健壮性,还进一步提升了网络的吞吐量。

关键词： 区块链   隐私保护   IPFS   智能合约  

摘要： 物联网技术的快速发展给人们生活带来了极大的便利,与此同时物联网环境下产生了大量的数据,很多数据涉及用户隐私,而且用户并不能对这些数据拥有很好的掌控权,如何在保护用户隐私的基础上收集和利用这些数据成了亟待解决的问题。传统的基于数据库和云服务器的数据收集方式将数据的掌控权交给了存储服务的提供商,而且过于中心化的服务有单点故障和资源成本过高等问题,本文针对去中心化的区块链技术对物联网用户隐私数据的保护进行了研究。本文针对物联网用户隐私数据的保护问题利用区块链技术提出了解决方案。针对物联网用户的身份认证问题,采用链上基于区块链公钥地址的身份认证,链下采用群签名的身份认证方式,解决了区块链应用场景中匿名和溯源的矛盾问题;针对物联网用户隐私数据的存储问题,提出了基于区块链的数据存储模型,利用IPFS存储原数据,生成原数据的数据标识用来进行数据的版权证明和完整性验证,将包含去中心化时间戳的数据标识进行上链;针对物联网用户隐私数据的完整性验证问题,利用设计的以太坊平台的智能合约完成数据的上链访问操作,唯一的数据标识对数据完整性提供了保证。根据所提出的方案基于IPFS平台和以太坊平台模拟了方案的运行场景,搭建了利于用户调用的群签名服务器用于生成数据标识中的信息以及对信息正确性的验证,并且使用React框架设计实现了用户界面。实验测试结果表明,该方案在保护用户隐私的前提下能安全有效地存储数据,具有实际可行性。