关键词： 区块链   共识机制   智能合约   数字权限管理   冷链物流  

摘要： 过去几年,以比特币为主的数字货币开始频繁地出现在人们的视野中,但是,其背后的底层技术——区块链更值得深入讨论和研究。在最近几年,由于区块链具有去中心化、可追溯和难以篡改等特点,越来越多的研究人员和从业人员将区块链技术运用于其他的行业。共识机制是区块链能够拥有去中心化等特点的重要原因,使所有节点周期性地完成交易的验证和记录,且保持所有节点保存的区块链数据的一致。但目前公有链共识机制存在去中心化程度不高和容易临时分叉两个问题,本文第一个工作是提出一种基于哈希随机选主的最小值证明共识机制(Proof of Minimum,PoM),利用哈希算法的可计算性、单向性、抗碰撞性及混淆性提高区块链的去中心化程度,降低区块链临时分叉的概率。理论分析和实验结果表明PoM不仅可以提高区块链的去中心化程度,也可以降低区块链临时分叉的概率。虽然区块链比传统的中心化数据库更加真实可靠,但却是以牺牲大量存储空间和算力为代价的,而且只能存储简单的数据,所以并不完全适用于所有的应用场景,在很多情况下,仅仅依靠区块链技术并不能很好地完成行业的转型,还需要结合其他的技术手段。本文第二个工作是提出两个基于区块链和其他技术手段的应用场景。第一个是区块链环境下支持预售数字专辑的数字音乐权限管理方案。该方案运用区块链技术和IPFS,实现了数字专辑在区块链环境下从存储、发布、到购买的全过程,并利用智能合约实现了为服务提供商、密钥服务器和所有数字专辑创作者的自动分配收益,而且像传统的数字音乐权限管理一样支持了数字专辑的预售功能。该方案不仅可以保障数字权限交易的公平性和透明性,也为创作者在发布数字专辑时提供了灵活的发行方式,保障了创作者和音乐媒体平台的收益。第二个是基于物联网、区块链和IPFS的冷链物流方案。该方案利用物联网、区块链及智能合约,设计了一种新的冷链物流方案,该方案实现了农产品以良好的存储状态从农户到仓库再到零售商的运输过程,利用物联网保障农产品在运输过程中存储环境信息的可信性,利用区块链存储环境信息使数据公开透明,方便监管部门的监管工作,并利用智能合约制定实时的奖惩制度来激励物流公司保障农产品存储在合适的环境中,从而减少农产品在运输途中的损失和浪费。

关键词： 数据安全   区块链   智能合约   属性加密   访问控制  

摘要： 随着计算机技术的快速发展，计算机系统的规模不断扩大，系统中带有共享性质的数据的安全性越来越重要。访问控制技术可以在保证数据共享性质的同时保护数据的安全性，被广泛应用于各种计算机系统，例如军事、医疗、大数据、云计算等。访问控制技术由来已久，经过多年发展出不同的种类。但是，大多数访问控制技术都是集中化的，一旦负责访问控制的中心节点受到攻击，那么整个系统的安全都会受到威胁。区块链技术的出现为缓解这个问题找到了新的方向，区块链的去中心化特性可以很好地解决传统访问控制机制的中心化局限，一些基于区块链的访问控制机制因此出现。这些访问控制机制使用的访问控制模型各不相同，包括自主访问控制、强制访问控制、基于角色的访问控制、基于组织的访问控制等等，适用的场景也各不相同，但是却不能在云计算环境中高效运行。　　针对这个问题，本文主要的研究内容是提出一种新型的适用于云计算环境的基于区块链的访问控制机制。为了实现这个机制，本文选择了广泛适用于云计算环境的可验证外包解密的属性加密方案作为底层原理，它可以同时实现加密和访问控制，并且外包给第三方服务器处理复杂的解密运算，用户仅需要少量简单的运算就可以得到明文，提升了系统的效率。在系统中增加了数据访问规范、响应策略、权威机构，并将其实例化为智能合约，通过区块链的智能合约对密钥生成中心的行为进行监督，当密钥生成中心受到攻击出现错误行为时，及时发现并对密钥生成中心进行惩罚，并对受到损失的数据拥有者进行赔偿，减少用户的损失，并且提升系统的安全性。　　最后，将适用于云环境的基于区块链的访问控制机制在使用UTXO交易模型的Qtum平台进行部署，并且提出优先级主链选择机制，不同于比特币的最长链机制，这种机制为每一个区块引入了优先级函数。之后对这个机制进行了安全性证明和仿真实验。这个机制适用于UTXO交易模型的区块链中，能够缓解系统中的UTXO集合随着交易的增多不断增大的问题，减轻了全节点的存储压力，提升了系统的效率。

关键词： 电子商务   区块链技术   资产审计   声誉系统   智能合约  

摘要： 随着电子信息技术的飞速发展,网上交易将逐渐超过传统的市场交易,其中在线支付和资产交付成为关注的重点。但事实上,由于第三方支付机制不完全健全和各种收费木马的入侵风险,容易造成信任危机。现有的集中式框架往往会导致交易双方之间的信息不对称,商品运输过程中的审计问题也具有单向性。因此,如何在分布式系统中实现支付的公平性和资产的可审计是一个挑战性的问题。此外,为获得有效的声誉评价,我们需要设计一种可靠地分布式隐私保护声誉系统。新兴的区块链技术以其开放性、透明性和可验证性提供了新方法。本文利用区块链技术设计了电子商务中公平支付和资产交付的可审计协议,以及分散环境中的声誉系统,主要成果如下:1.提出了一种基于智能合约的可审核的公平支付和实物资产交付协议。设计了三类智能合约实现商家、消费者和物流公司之间的可靠公平支付,区块链的可跟踪性和可审核性提供了在整个运输中审核资产和数据共享的有效方法。针对商品被调换的现象,增加了“预验证”的方式。此外,方案第一次设计了一个完整的退货流程,为消费者提供更好的服务体验和更高的效率。最后,在ethereum测试网络上实现并部署了该方案涉及的所有合约。安全分析和评估结果表明,我们的方案在成本方面得到了改进,具有高的安全性和可用性。2.提出了分散环境下的隐私保护声誉方案。确保消费者能够获得真实的评价值,并在隐私不受泄露的情况下安全的分享他们的评价信息。主要设计了两类合约,分别用于从消费者处获取评价值和公开存储声誉分数,区块链的不可篡改特性为评价值的真实性提供了保证。利用环签名技术保护评价者的隐私数据,并设计了完整的声誉计算参数,基于时间评价原则,对由远到近的评价值设置权重。减少对现有价值的影响,并避免对现有市场数据的操控。

关键词： 区块链技术   专利确权   专利侵权纠纷   智能合约   法律规制  

摘要： 随着科技多元化发展,专利的申请愈发庞杂,然而专利委员会的评审专业背景有一定的局限,人员也会越来越紧张,专利的争议纠纷更是让法官难以决断,交给专利复审委员会也会有不小的几率作出错误的决断并且时间成本过高。还有一个问题也阻碍了科技的进步和社会的发展,那就是在各个高校有很多教授、学生发明的专利没有机会转化为现实的生产力,可能这并非他们本意,而是缺乏流通的渠道,学校又没有条件去把这些休眠专利生产制造出来,去市场上交易还面临着信息不对称和信任危机等问题。所有的这一系列问题在科技创新发展的今天,随着区块链技术的问世,开始有了解决的可能,其如不可篡改的记账本般和时序性以及私密性较好的特性,与能够让所有人可以扮演一个公证无私的监督者的优点,让我们可以邀请区块链上具备相关专业知识的用户经过统一认证后来辅助解决专利权属与交易中的问题。这样既节省了公共资源,又提高了效率,使得它可以更好的服务于专利领域法律制度的运行。基于区块链技术的智能合约,由于其去信任化的特性可以很好的解决目前专利权交易的诸多问题,突破现有专利权属与交易中的困境。然而新技术的产生和应用又必将出现新的问题须由法律予以规制,为了将这些新问题尽快纳入法律的规制,不妨可以先采取制定司法解释的方式将它们变通适用现行法律的相关规定,待日后随着区块链技术广泛应用出现更多新的问题,再制定颁布专门法律予以规制。

关键词： 区块链   云存储   IPFS   智能合约   加密  

摘要： 随着网络技术、计算机IT技术的发展,现有的数据量正在以几何级的速度增长,云存储在近些年也因此大力发展。与此同时,人们对数据存储的容量、有效性和安全性也提出了更高的要求。然而目前的云存储方案依然集中于第三方存储服务商,文件的完整性验证方案也多基于第三方验证机构。在传统云平台的中心化存储模型中,依赖于服务商的设备,没有充分利用空闲内存资源。本文分析了当前云存储、区块链技术的发展现状和趋势,设计了一个基于区块链技术的可加密云存储系统模型,分析了系统的整体架构,在该架构基础上提出了一种基于区块链的云数据完整性验证方案,最后设计和构建了在区块链上关于数据存储的智能合约方案,以保证数据存储交易的公平性。首先介绍了当今国内外云计算、区块链技术的发展现状和趋势,介绍了本文用到的相关技术,介绍了区块链在云存储中的应用情况,分析了云计算中云数据完整性验证方案模型与研究现状。其次,结合现状本文提出一种基于区块链技术和IPFS网络结构的新型可加密分布式云存储系统模型。文章对系统的操作流程、模块分层情况、核心模块做出详细分析与设计。该系统中,使用IPFS作为底层网络协议,形成了一个分布式的文件存储系统;使用区块链作为可信中心,取代传统云存储模型中的第三方验证机构,实现了数据的完整性验证方案;在区块链基础上,设置了关于文件存储的智能合约,保证系统交易的公平性。然后,本文对系统中的关键技术做出研究。首先,数据的完整性验证方案是本文研究的重点,本文基于区块链、数字签名、密码学等相关技术设计出一种安全且健壮性较高的云数据完整性验证方案,该方案的最大特点是不需要一个第三方的权威机构即可完成对数据的验证。方案中,通过区块链记录数据存储的元数据和验证需要的公私钥信息形成了文件存储账本,查询账本即可进行数据验证。其次,基于区块链,介绍并设计了关于数据存储的智能合约方案。网络中节点可以通过智能合约发布主机信息或者签订智能合约进行文件存储交易,形成一个自治、活跃、公平的云存储平台。最后,通过对完整性验证算法和智能合约的仿真实验,得出了一定的结论。

关键词： 信息隐藏   区块链   智能合约   深度神经网络   隐蔽性  

摘要： 信息隐藏是一门将秘密信息隐蔽地嵌入到文本、图像、视频、网页等载体中的技术。为了不引起对手的怀疑,通信双方通常使用错综复杂的社交网络发送包含秘密信息的载体。然而在现实生活中,社交网络中的含秘载体经常遭遇压缩、格式转换、调整大小等攻击。在中心化的网络结构中,含秘载体还可能遭受中心机构的恶意篡改。为了解决这些难题,本文致力于研究在去中心化的区块链中嵌入秘密信息的信息隐藏方法。区块链固有的去中心化和不可篡改性可以保证区块中的含秘载体不被任何一方恶意篡改。区块链的P2P网络可以方便地传输秘密信息,结合公有区块链的公开性,我们可以将区块链网络视为一个去中心化的、不可篡改的社交网络平台。然而,区块链中的信息大多为结构化信息,通常以交易的形式被存储。上链的信息必须符合区块链的规范要求。因此,如何设计出一种符合区块链规范要求的信息隐藏方案是研究的一个难点。另一方面,提高隐蔽性和隐藏容量仍是基于区块链的隐写术面临的两个挑战。针对上述问题,本文提出了两种基于区块链技术的信息隐藏方案:(1)基于智能合约的区块链信息隐藏方案。本方案将秘密信息嵌入到智能合约源码或字节码中。通信双方需要事先共享部署合约的交易地址。Solidity智能合约源码中的一些元素可以被重新排序或替换,而且不影响合约的部署和调用。同样,合约字节码中的一些基本块可以被重新排序。利用设计好的基于重新排序或替换的信息隐藏算法,发送方可以在原始合约中嵌入秘密信息,然后将含秘合约部署到区块链中。接收方可以根据事先约定好的交易地址从区块链中获取含秘合约,进而提取出秘密信息。(2)基于深度神经网络的区块链信息隐藏方案。为了提高基于区块链的信息隐藏方案的隐蔽性,本方案利用基于RNN(Recurrent Neural Network)的自编码器生成含秘交易,并使用CNN(Convolutional Neural Network)判别器提高含秘交易的隐蔽性。通信双方需要事先共享交易地址。以太坊交易中包含一些被改变而不影响交易正确执行的属性,因此可以利用编码器改变这些属性值来嵌入秘密信息。自编码器训练完成后,输入原始交易和秘密信息可以生成含有秘密信息的交易,并重构出秘密信息。该方案直接在以太坊交易中嵌入秘密信息,因此具备极强的鲁棒性。隐写分析实验表明该信息隐藏方案有很高的隐蔽性。

关键词： 以太坊   智能合约   漏洞检测   深度学习  

摘要： 近年来区块链技术在金融、医疗等行业越来越受到关注,区块链和加密货币正获得前所未有的普及和欢迎。智能合约是区块链技术的重要组成部分,智能合约的安全随着区块链的发展成为了热门的研究领域。与此同时,以太坊作为一个开源的有智能合约功能的公共区块链平台也得到了飞速发展,以太坊的设计方式使得开发人员能够更高效地编写智能合约和分散应用程序。以太坊平台为区块链技术在各行各业的快速发展提供了可能性和机会。然而,以太坊智能合约的安全性并没有受到太多的关注。从2011年至今,由于智能合约漏洞造成的经济损失高达上百亿美元。引发智能合约漏洞的种类繁多,比较常见的智能合约漏洞有交易顺序依赖、时间戳依赖、重入漏洞以及异常处理不当四种漏洞,本文通过建模分析了每种漏洞产生的原因,造成的影响,并引入深度学习技术检测智能合约漏洞。面对智能合约中各种类型的漏洞,传统的漏洞检测方法应用静态和动态分析来查找智能合约中的漏洞,其审计过程自动化程度低,误报率高,有时候还需要人工二次审核。在本文中,我们专注于降低技术人员的人工成本、提高智能合约漏洞检测效率,提出了基于深度学习的智能合约漏洞检测框架。该框架共分为预处理模块、模型训练模块以及漏洞检测模块。智能合约首先被输入到数据预处理模块转成成为适合作为神经网络输入的向量,然后把向量输入到模型训练模块训练出带有最优参数组合的神经网络模型,最后把训练好的模型放入到漏洞检测模块进行智能合约的漏洞检测,输出漏洞类别。本文通过使用深度学习技术,提高了智能合约漏洞检测的准确率和时间效率,大大减轻了区块链技术人员的负担。

关键词： 区块链   智能合约   供应链信息管理   信息共享   可追溯系统  

摘要： 就产品供应链而言,下游节点库存状态的更新以及订单需求的变化直接影响着上游节点生产计划的决策,此时,上下游节点之间的信息共享就十分重要了。此外,产品的来源及质量问题已经开始备受人们关注。从消费者角度考虑,建立一个可靠的产品溯源系统无疑是非常有必要的。然而,信息共享可能会给企业带来了敏感数据泄漏的风险,而且目前存在的大多数可追溯系统往往都缺乏透明度,数据多由企业内部保存,当产品在出现问题时节点容易逃脱责任,难以追踪到问题的源头。因此,如何构造具有隐私保护功能且可以共享数据的方案以及实现去中心化的产品溯源系统仍是一项具有挑战性的问题。本文针对以上问题展开研究,设计基于区块链技术的实现企业隐私保护的供应链信息共享方案以及去中心化的产品来源追溯系统,取得的主要成果如下:1.对于当前如何保证供应链信息共享过程中企业敏感数据不被泄露的问题,提出了一个使用新兴的区块链技术实现企业隐私保护的信息共享方案。该方案结合了基于属性加密、无证书签名以及分布式存储系统等技术的优点,实现了在共享数据的同时保护企业隐私,企业对自己的数据具有完全的决定权。最后对方案进行了实验评估和安全性分析,结果表明该方案是可行的,并且具备用户访问权限控制以及避免单点失败等优势。2.针对目前可追溯系统中存在的追溯过程易被中断以及事故发生时举责困难的问题,建立了一个基于智能合约的去中心化产品来源追溯系统,通过智能合约之间的共同协作形成一条不可更改的追踪链。随后基于该系统原型利用truffle框架构建了一个Dapp应用,实现了一个web浏览器界面。最后系统安全性分析结果表明该系统具有数据可访问性、数据防篡改以及抵抗中间人攻击的明显特征。

关键词： 区块链   以太坊   智能合约   物联网设备   访问控制   RBAC   IPFS  

摘要： 物联网设备的访问控制是保障物联网系统安全的核心技术。在物联网系统中,对其设备进行访问控制,是高效防止用户非法访问系统以及非法使用资源的关键。但是,当前的物联网设备海量性、动态性、分布式、轻量级的特点导致了物联网设备访问控制机制存在稳定性不足、权限判决性能低和安全性低的问题。以及物联网设备存储能力有限,大规模的访问控制数据存储于传统的大型存储系统,存在着存取效率低、安全性不足等问题,间接使物联网设备的访问控制存在安全隐患。区块链技术是一种将P2P网络、加密算法、智能合约以及共识算法等多种技术方法进行完美结合的信息新技术,从根本上解决了传统的安全性问题。其次,越来越多的研究人员在物联网设备访问控制机制中融入了区块链的相关技术,使得物联网设备访问控制机制存在的问题得到改观。因此,本文基于以太坊区块链技术对物联网设备的访问控制机制及访问控制数据存取方法做了较为深入的研究。(1)本文以RBAC模型为基础并改进模型,提出了一种基于区块链智能合约的物联网设备访问控制机制。首先,对RBAC进行模型改进,对改进模型的核心对象通过形式化方法定义。然后,设计基于以太坊区块链技术的物联网设备访问控制架构,并对访问控制的基本框架与流程进行介绍;同时,对基于区块链智能合约的物联网设备访问控制机制SCRBAC-IoT的流程框架及详细工作流程进行了描述;随后,对SCRBAC-IoT中的策略判决合约、角色分配合约、权限分配合约进行描述并设计具体算法;最后,通过实验测试,验证了本文所提出的基于区块链智能合约的物联网设备访问控制机制有效的提高了稳定性、权限的判决性能及安全性。(2)提出用以太坊区块链技术作为实现基础的物联网设备访问控制数据的存取方法。首先,设计基于以太坊区块链技术与分布式的IPFS集群相结合的去中心化物联网设备访问控制数据存取方法,并通过结合智能合约技术实现物联网设备访问控制数据的存储及查询;然后,设计并实现了基于以太坊智能合约的物联网设备访问控制数据的存取系统,并在共识层使用改进型的PoS(Casper)共识机制;最后,基于搭建的以太坊私有链及IPFS节点上对本文存取方法进行测试,结果表明该存取方法具有较高的整体性能,改观了存取系统的存取效率以及安全性。

关键词： 区块链   数字版权管理   智能合约   属性加密   代理重加密  

摘要： 网络视频、网络小说以及大数据相关应用在近几年的高速发展,引起了各行各业的关注。然而如何更合理的管理这些资源,如何让这些资源最大化地发挥它们的价值也同样引起了人们的重视。数据拥有者希望以更简单的方式获取更高的利润,并且不会泄露不必要的隐私信息,而数据消费者则希望自己进行支付之后一定可以获得想要的数据,并且购买方式便利。目前的数据交易方案中仍然存在无法很好地保证数据交易的公平性和数据的真实性,并且存在泄漏用户隐私等问题。而在目前的数字版权管理方案中,存在数字版权拥有者无法监管、数字版权交易不够灵活、数字版权拥有者时间及管理开销过大等问题。针对现有数据交易方案及数字版权管理方案中存在的上述问题,同时提高方案的安全性及效率,提出了两个针对不同场景的方案。本文的主要工作内容如下:1、提出了一种公平可验证的数据交易方案。数据拥有者通过分割数据、加密数据、计算分割后数据及对称密钥的哈希等操作处理数据,生成数据摘要并将数据摘要相关信息记录在区块链上,将数据密文放在云上存储。数据拥有者及数据消费者以交互的方式,按不经意传输的思路,随机验证分割后数据的不同片段。在数据消费者经过多次验证,确认数据无误之后,通过以太坊智能合约交易数据密文的解密密钥。数据交易的全过程不需要第三方参与,利用区块链不可篡改以及哈希函数不可逆的特性,保证验证过程的公平性。同时在区块链上记录数据的评分,进一步降低用户被欺骗的可能性。最后,我们在选择密文攻击下证明了该方案的安全性,并给出了功能及效率的分析。2、提出了一种基于区块链的数字版权管理方案。版权拥有者使用对称加密算法加密数字内容,使用多权威密文策略属性加密算法加密对称密钥,使版权出售时可以通过一次加密出售给不同的用户。结合代理重加密,由代理商使用版权拥有者生成的重加密密钥,重新加密原始密文以改变原始密文的访问策略。版权请求者通过以太坊智能合约与版权拥有者及代理商交易由版权拥有者和代理商生成的部分解密密钥。在降低了版权拥有者的时间和管理开销的同时,没有引入可能会获取数字内容明文的第三方。并且使用区块链登记版权相关信息,结合智能合约中的内容可以在发生版权纠纷的时候方便版权请求者证明自己已获得相应的版权,又不会泄露版权使用者的相关信息。最后,我们在选择明文攻击下证明了方案的安全性,并功能性分析及效率分析。