关键词： 区块链   智能合约   数字指纹   数字版权   交易水印  

摘要： 目前的教学管理系统因为对服务器的高度依赖往往存在严重的系统和数据安全隐患,学生及教学信息极易被泄露或篡改,并且教师和学生原创的数字版权更无法得到保障,一旦发生侵权,追责极为困难。针对以上问题,本论文提出了一种基于区块链的教学数据管理系统模型,利用区块链技术解决学历造假、履历造假和数字版权保护问题,主要工作总结如下:1.分析了基于区块链的教学数据管理系统的具体需求,设计了系统的整体架构,并针对教学数据跟踪上链模块和数字版权管理模块完成了具体的结构划分和功能设计。2.提出了一种基于区块链的教学数据跟踪机制,并实现了教学数据跟踪上链模块。该模块利用区块链数据不可篡改的特性,跟踪学生的整个学习过程,并将学生在学习过程中的各项关键数据记录写入区块链,这些关键数据累积起来既可进行学情分析,也可作为学历证明。3.提出了一种基于区块链的数字版权管理机制,并实现了数字版权管理模块。首先,对教师和学生发布的数字内容,该模块提取其数字指纹,并将其写入区块链。这些版权数据和区块链上的时间戳可共同作为版权证明。进一步,本论文重点实现了图片内容的版权保护,在其中嵌入交易水印,水印包含购买者和版权所有者的个人信息,为维权提供证明。其次,版权所有者和用户通过智能合约完成交易,不借助第三方机构,故而能降低交易成本,交易双方均可受益。最后,该模块的加密部分采用改进版的ELGamal加密算法,密钥生成效率大大提高,实用性显著增强。4.系统搭建完成后,对两大模块分别进行了功能性和实用性测试,确保系统能够正常稳定运行。搭建基于区块链的教学数据管理系统,一方面可追溯学生整个学习过程中的数据,不借助权威机构即可为学生提供可靠的学历证明;另一方面能够维护教师和学生的数字版权权益,为侵权追责提供有力证据。

关键词： 土木工程   结构健康监测   区块链   智能合约   结构损伤识别  

摘要： 近年来,结构健康监测(Structural Health Monitoring,SHM)技术已广泛应用于实际工程项目中。不同于传统的结构损伤检测方法,SHM通过在结构物的关键位置布置传感器,可以实现对结构物损伤状况的不间断监测。现有的基于集中式架构设计的SHM系统在数据量和参与人员增多的情况下,可能会出现数据丢失风险、网络瓶颈、信息共享效率低下等问题,因此,亟需提出一种新的SHM系统。近期,区块链技术的飞速发展对社会中众多领域产生了深远的影响,它是一种去中心化的分布式架构设计思想。相较于中心式架构,区块链拥有去中心化、数据防篡改、可溯源、点对点传输和共识机制等特性,目前尚未在SHM领域中有所应用。本研究提出了一种基于区块链技术的分布式健康监测系统,通过区块链技术实现了监测信息透明、高效共享、点对点传输、SHM数据防篡改和可溯源;通过部署SHM智能合约实现了监测权限验证、异常数据识别和预警信息生成,为现有SHM系统存在的问题提供了一种新的解决方法。首先,本文分析了区块链技术的结构及核心原理,介绍了以太坊区块链平台和智能合约。其次,开发了一系列用于SHM的智能合约,可以实现监测权限验证,异常数据识别和预警信息生成,设计了一个用于SHM的双层节点区块链网络架构,提出了区块链-SHM系统的实现方案。然后,基于单层网壳结构进行了损伤模拟试验,对本研究提出的区块链-SHM系统进行了性能评估和验证,结果表明所提出的系统可以实现数据防篡改、可追溯、监测权限验证和识别异常数据生成预警信息,且具有很好的稳定性。最后,将提出的SHM系统与现有SHM系统进行了对比,讨论了在数据和系统安全性方面的提升,总结了系统的局限性,为后续研究提供了方向。

关键词： 区块链   智能合约   信誉评价   价值传输   价值网络   超级账本  

摘要： 21世纪初期,伴随着互联网、物联网、电子商务等技术的发展,我们进入了信息爆炸的时代。信息时代的到来为我们交流信息带来了巨大的便利,但是信息爆炸时代过多虚假、有害的信息也给我们带来了辨别信息真假的麻烦,甚至会因为一些问题信息的信任而对我们造成危害。区块链相关技术的提出,为信息爆炸时代带来的问题提供了解决方案。现阶段将会是区块链技术迅速发展的时期,也是探索价值传播的开始,未来区块链技术应用将会有很大的前景。信用是人类社会赖以生存发展的的基石,从刀耕火种时代一直延续至今。政治、经济和文化生活等的繁荣都离不开信用,国家信用乃至个人信用都是我们日常生活的基础。在经济高速发展的阶段,良好的信用就像是经济高速公路,而缺失的信用却是经济发展的挡路石。当下的经济生活是以信用为基础建立的信用经济,而造成经济巨大衰退的世界性经济危机,往往是因为信用的缺失导致信用体系的崩溃引发信任危机从而延伸到经济生活。传统的中心化信用评估和个人征信机制存在各种问题,并且逐渐波及到人们生活的各个方面。比特币作为区块链技术1.0应用的代表,是一种去中心化P2P对等网络传输应用。它利用POW共识机制和对称加密技术为现在的互联网中存在已久的不信任问题——拜占庭将军问题提供了解决方案。比特币以超级账本和智能合约为比特币系统做信用支撑,打破了国家货币传统信用模式。本文在基于区块链技术和研究其他信誉评价机制模型的基础上,改进了原有的信誉评价机制,解决了两个节点之间的信任问题,降低交易成本。达到无须借助任何第三方机构,实现互不信任的多方之间的可信、对等价值传播的目的,从而为最终实现价值网络奠定基础。

关键词： 区块链   施工质量控制   共识算法   智能合约   质量评价  

摘要： 在当前经济发展“新常态”下,“新基建”的提出与实施,对建筑业转型升级提出了更高要求,传统粗放式质量管理模式已经无法满足日益增长的工程质量管理需求,前沿信息技术开始不断应用在工程质量管理中。然而,目前施工质量控制模式中仍存在不少典型问题:质量管理组织不完善、质量信息孤岛断层现象严重、质量信息时效性与真实性难以保障等等。区块链作为当代前沿热点技术,具有在施工质量控制主体之间建立信任链条的技术应用潜力,其技术特点可确保质量信息安全可靠且可追溯,能够通过高效的分布式决策机制达成工程质量目标,因此,研究区块链技术在施工质量控制中的应用具有重要的工程意义。本文围绕基于区块链的施工质量控制展开研究,主要包含三部分内容。首先,分析了区块链与施工质量控制结合的必要性,从施工质量控制的业务流程、主体、信息模型与区块链选型4个层面,设计了基于区块链的施工质量控制方案,初步构建了基于区块链的施工质量控制体系。其次,对施工质量控制联盟链运作机制进行设计与论述。为确保质量信息来源的可追溯性以及对各节点身份权限进行管理,设定了身份认证机制,包括密钥分配、节点身份注册与认证三个流程。为保证质量信息时效性、安全性与可靠性,实现质量信息结构化存储与安全访问,设定了数据存储与访问机制。共识机制可以确保各全节点存储一致信息,在选取PBFT算法基础之上,结合施工质量控制特点对PBFT进行了优化改进,设计了动态节点添加以及二段一致性协议流程。质量评价智能合约可实现对质量信息的自动分析与处理,本文设计了质量指标体系与方法,阐述了合约部署与调用流程。最后,基于某工程案例设计了基于区块链的施工质量控制信息化系统架构。该系统包括系统管理、项目管理、计划质量管理、过程质量管理与结果质量管理5大功能模块,通过对该工程案例应用的实施推演,评估了该系统能够实现质量信息实时收集、辅助质量改进与质量可追溯的应用效果。进一步论证了区块链应用在施工质量控制中的可行性与优越性,是解决当前信息化施工质量控制中存在的问题的有效途径之一。

关键词： 众包   区块链   智能合约   隐匿地址协议   双线性映射   可信计算  

摘要： 众包是一种分布式问题解决机制,也是一种新兴的商业模式,由于其大规模的业余化以及更为平等开放的商业文化等特点而广泛应用。首先,在现有的众包系统中,通常要求发包方和接包方将众包平台作为信任中心,且费用支付均依赖第三方中心支付机构,这种中心化的服务机制具有较大的安全隐患;其次,由于在本研究设计的基于区块链的众包系统服务机制中,由于区块链公开透明的特性,会给众包用户带来隐私安全隐患。虽然使用隐匿地址协议可以实现对交易中的众包用户身份信息进行隐私保护的目的,然而在目前广泛使用的双密钥隐匿地址协议中,会导致众包用户的一些隐私信息的丢失,并且存在大量耗时的椭圆曲线标量乘法运算,这将带来整个众包系统的服务性能较低的问题;另外,在本研究设计的众包系统服务机制中,私钥是众包用户唯一的身份证明,而钱包程序是用来保存和管理私钥的工具。恶意的黑客能够通过恶意软件、病毒程序来篡改众包用户的钱包程序、窃取众包用户口令和私钥,这将给整个众包系统中的众包用户的资产带来极高的安全风险。针对以上阐述的问题,本研究的主要工作可以分为3个方面,各方面的主要研究工作如下:(1)基于区块链技术,提出了一种新的无中心的众包系统可信服务机制。该机制将众包服务过程分为九个阶段,并进行了形式化定义,且通过智能合约控制每个阶段中各个步骤的执行,费用支付都通过在区块链内部转账完成,无需第三方中心机构的参与,以解决中心机构的存在给用户资产带来的安全隐患;(2)基于双线性映射,并引入本地交易记录数据库,提出了一种更高效的、并且无临时密钥泄露的双密钥隐匿地址协议。在该协议中,所有的众包用户各自维护一个本地的交易记录数据库,用以记录其与系统中其他众包用户的交易次数,每次交易时,交易的发送方和接收方根据与相应众包用户的交易次数生成交易的临时密钥对,发送方计算交易临时输出地址和接收方进行验证计算都使用双线性映射,以达到不泄露交易临时密钥、保护众包用户隐私安全的目的,并达到提高整个众包系统服务性能的目的;(3)基于可信计算技术,提出了一种对众包用户本地客户端的钱包程序的防篡改保护和众包用户私钥的可信保护方案。在该方案中,首先通过对钱包程序进行静态度量来保证众包用户的钱包程序启动时的完整性,然后通过对钱包程序进行动态度量来保证钱包程序在运行期间的完整性,并且对众包用户的私钥文件进行封印加密存储,用以保护众包用户私钥存储和使用的安全性,以达到提高众包系统安全性能的目的。

关键词： P2P电能交易   区块链技术   智能合约   两阶段拍卖机制   Dapp  

摘要： 随着分布式可再生能源在微电网中的普及率越来越高,传统的能源消费者正在成为既能消费能源又能生产能源的产消者。一方面,可再生能源往往是间歇性的,很难预测,在这种情况下,传统集中管理的电能交易方式既不能有效保障所有参与者的利益,也不能协调消费者之间的用电行为。另一方面,近两年来,点对点(Peer-to-Peer,P2P)电能交易已经成为智能电网中一种重要的新型电能交易方式。因此,本文研究开发了互联微电网P2P电能交易系统,主要内容如下。首先,针对P2P电能交易的背景分析了电力行业的发展趋势并对区块链和电力相结合的理念进行了可行性分析,提出了基于以太坊区块链下的两阶段P2P电能交易框架,整合了微电网内部和多微电网之间的电能交易,并针对不同交易对象和背景设计了授权机制和共识机制,并发行了遵循ERC20协议的电能交易专用代币,为交易系统的构建奠定了基础。然后,在两阶段P2P电能交易框架的基础上,结合以太坊的技术特点,设计了两阶段拍卖机制,其中包括微电网内电能交易的连续双向拍卖模型和多微电网间电能交易的单向密封拍卖模型,以及对应的出清机制,根据交易机制设计和编写了以太坊智能合约,并详细阐述了整个交易流程。为了方便用户与智能合约之间进行交互,进一步开发了去中心化应用(Decentralized Application,Dapp)作为P2P电能交易平台。最后,通过对交易系统进行仿真实验,结果验证了该交易系统的可行性和有效性。与传统集中管理的电能交易相比,通过该交易系统实现的互联微电网P2P交易不仅可以提高用户的收益,消除用户之间的不信任,提高交易效率,还可以促进新能源就地消纳,优化资源分配。另外,由于授权机制和专用代币的引入,使得交易系统更加安全可靠,并且重要的交易信息都记录在区块链分布式数据库中,该数据库公开、透明、可追溯、不可篡改,每个节点都可以随时查询交易信息,也便于有关部门的监督。

关键词： 区块链   安全多方计算   智能合约   模拟测试系统  

摘要： 自从2008年比特币白皮书发表至今，区块链技术已经发展了十年的时间。区块链的一大技术特点便是使参与的多方能够在无中介、无信任的条件下达成交易。然而这也导致了区块链上数据交互的隐私问题。安全多方计算(securemulti-partycomputation,SMPC)是密码学的重要分支，主要研究一组互不信任的参与方之间协同计算的隐私保护问题。目前主流的区块链普遍缺少SMPC的能力，很难有效的保护多方数据计算过程中的数据隐私。而SMPC在应用中同样有亟待解决的问题——SMPC协议的公平性在现实世界中是很难获得的。研究学者希望将两者有效结合，利用SMPC为区块链提供隐私保护下的数据共享机制，同时利用区块链的经济模型为SMPC的公平性问题提供新的解决方案。从这种思想出发，本文在基于区块链的公平安全多方计算协议(blockechain-basedfairandsecuremulti-partycomputationprotocol,BFSMPC)的基础上进行了改进，并将改进后的协议分别应用在电子投票和双向拍卖的场景中。最后，对比实验的结果表明改进后的协议具有更高的安全性和更好的性能。本文的主要研究工作和创新点包括以下几个方面：　　（1）提出了基于区块链的多轮公平安全多方计算协议(blockechain-basedmulti-roundfairandsecuremulti-partycomputationprotocol,BMFSMPC)。现有BFSMPC协议存在公平性漏洞，本文通过优化协议的算法解决了该漏洞。此外，在BFSMPC协议中，参与者向智能合约缴纳押金的次数与具体应用中SMPC轮数相同。本文通过将智能合约的的管理押金以及判断参与方行为的职能分离，保证了参与者在多轮SMPC协议中只需缴纳一次押金，提高了原有协议的效率。　　（2）将BMFSMPC协议应用在电子投票场景中，提出了基于BMFSMPC的电子投票协议。针对于传统的基于区块链的电子投票方案存在的隐私问题以及基于安全多方计算的电子投票方案存在的公平性问题，本文提出了基于多轮公平安全多方计算的电子投票协议，并从理论上对其进行了安全性的分析。　　（3）将BMFSMPC应用在电子双向拍卖场景中，提出了基于BMFSMPC的电子双向拍卖协议。该方案解决了传统的基于安全多方计算的电子双向拍卖协议存在的公平性问题，以及应用非交互式可验证秘密分享(VerifiableSecretSharing,VSS)技术存在的安全隐患，并从理论上对其进行了安全性和性能的分析。　　（4）通过对比实验验证了BMFSMPC协议在安全性与性能方面的提升。本文设计并实现了基于区块链的安全多方计算协议测试系统，该系统在以太坊测试网络上实现了BFSMPC和BMFSMPC协议。通过在电子投票和双向拍卖场景中运行测试系统，对比两种协议在单轮SMPC场景和多轮SMPC场景下的安全性和性能。测试结果证明，不管在单轮还是多轮SMPC场景，BMFSMPC协议都比BFSMPC协议更具有安全性。此外，在多轮SMPC场景，BMFSMPC协议具有更好的性能表现。

关键词： 网络博弈   区块链   智能合约   图数据库  

摘要： 随着社会生产规模的扩大和复杂度的增加,社会组织和个人之间逐渐形成高度分工、协作和交互的网络。在互联网环境下体现为泛在的社交网络,物流网络和供应商网络等。网络中的节点通过交互博弈来获取收益。其中,基于利益驱动的博弈关系表现为网络博弈。本文研究网络博弈中的网络结构、演变动力在去中心化的区块链计算模型中的表示。基于区块链系统的信息可溯源、不可篡改性和多方计算等特性,建立一个在开放社会环境中的去中心化可信网络博弈模型:利用区块链的链状存储和可证明算子来建模参与博弈的角色、关系和操作;利用区块链的智能合约模型来表示博弈中的利益驱动规则,最终提出并实现了一个基于区块链的网络博弈平台。本文的主要内容包括:1、提出网络博弈的理论模型:采用网络模型和博弈机制分离的建模方法,将对象和操作的分离,保证模型的表达能力和实现的可扩展性。具体把网络模型抽象为角色、关系和操作的基本要素,并通过非对称加密算法及数字签名技术实现角色、关系、操作的可证明性。把博弈机制作为操作的条件和利益转移,并以此作为操作的理性驱动力,成为参与者加入网络的动力。2、动态组合智能合约设计和网络博弈模型的设计:将博弈规则中的常规流程解耦为原子功能合约,形成一个合约库。通过对合约库中的原子合约进行选择、组合、重构,以定制智能合约来表示博弈规则,实现了对一般博弈机制的表达性;将博弈数据存储于块链式的区块链账本中,保证博弈数据的不可篡改性,并将博弈数据重构于图数据库中,实现对博弈网络的动态查询。3、网络博弈平台原型实现:基于区块链框架Fabric和智能合约编码实现网络博弈平台。通过平台提供的接口,实现了商品推广场景下递推激励机制。通过对平台进行测试,结果验证了系统核心功能的可用性以及网络博弈模型的表达能力和实现效率。