基于双RSA累加器的无状态交易验证方案

为了缓解区块链中不断膨胀的状态数据给节点带来的存储压力,针对以比特币为代表的UTXO模型区块链,提出基于双RSA累加器的无状态交易验证方案.该方案利用固定大小的密码学承诺取代状态数据,在保证节点能够独立验证交易的基础上,大幅降低本地存储.基于RSA累加器的特性,利用2次高效的添加操作替换了复杂的删除操作,以较少的通信开销为代价,大幅降低系统的计算开销,保证交易验证的效率.实验结果表明,该方案相比于传统的区块链拥有较高的节点存储压缩率,相比于其他无状态方案拥有固定的额外通信开销及较高的交易验证效率.     

一种可证安全的权益有向无环图共识机制

给出了一个可证明安全性的共识机制。该机制主要由委员会协议和交易确认算法构成。委员会协议用于从共识节点中选出主动性强且权益较大的节点组成动态迭代的委员会，以并行处理区块链中用户产生的常规净交易。交易确认算法基于委员会成员所发出的链交易形成的有向无环图，通过有向无环图的直接和间接引用计算常规净交易被委员会成员确认的次数，当某个常规净交易被不少于委员会成员数量的2/3确认后，该常规净交易就被写入链中。在一些公认的假设下，证明了共识机制具有一致性和可结束性。进一步，初步搭建了基于该共识的区块链系统，测试了系统的性能，测试结果与理论估计相符。在部署16个委员会成员，交易批量为10⁶时，测试系统的交易吞吐量约17 000个交易每秒；对比目前较为高效的Honey Badger BFT共识协议，在相同配置下，该协议的交易吞吐量约2 600个交易每秒，相差约6倍。     

去中心化的数据处理方案设计

传统的基于主/从的数据处理框架容易受到主节点的单点故障和性能瓶颈的影响。相比之下, 区块链系统采用去中心化的框架, 能够聚合海量的计算资源。提出了一种基于区块链的数据处理框架, 利用区块链的优点来解决中心化框架的缺点。在所提出的框架中, 区块链存储任务信息, 采用的有用工作共识证明共识机制使节点能够使用其计算资源处理任务, 同时竞争领导者(将待处理的任务分派到区块链)。模拟表明, 所提出的框架在吞吐量和任务响应时间方面优于集中式框架。     

基于惩罚机制的Gossip认证算法在车联网中的应用

将区块链技术和车联网(internet of vehicles, IOV)技术相结合,提出一种基于惩罚机制的Gossip认证算法。采用窗口保护机制控制网络中节点的数量,避免因网络通道阻塞破坏共识信息的达成。利用Gossip协议保证信息高效传播,并提出惩罚机制降低共识过程中恶意节点的数量。算法分析和试验结果表明,该方法在保证通信安全的同时可以提高节点的共识效率,并有效弥补车联网中身份认证方面的缺陷。     

面向物联网主从链结构的认证机制

物联网中不同系统间的认证已成为急需解决的问题，虽然通过单个区块链的分布式、去中心化的优势可以实现对物联网设备的可信访问和管理，但是区块链单链结构存在可扩展性低、吞吐量低的特点，导致设备认证效率低下。针对上述问题，提出基于主从链结构的物联网设备身份认证网络结构，引入信誉评估机制，通过选择信誉值高的共识节点并优化共识阶段，改进实用拜占庭共识(PBFT)算法，获得新的共识算法L-PBFT;设计认证智能合约，实现跨链的可信认证和可信交互。通过仿真实验对比L-PBFT算法和PBFT算法，结果表明L-PBFT的吞吐量比PBFT增加了44%,同时减少了拜占庭节点率，降低了认证请求的时延，提高了设备认证效率。     

基于DCPN的区块链小额实时交易策略

在目前的区块数据生成方式下,小额交易场景容易遭遇效率瓶颈。针对区块链应用中的小额交易等待时间过长的问题,提出一种区块链小额实时交易策略(real-time micro trading strategy with blockchain,RMTSB)。首先,构造一种时延控制Petri网(delay control Petri nets,DCPN)模型用于描述、分析和控制带有时延信息的系统;其次,为了记录和评估交易过程,给出了一种含个人信用指标的交易数据区块结构和面向小额交易的个人信用度评价方法;然后,在信用度分析的基础上,采用DCPN建模设计了RMTSB策略;最后,从全节点和轻节点两个角度分别建立了区块链的小额实时交易过程。为了验证策略的有效性,对常规区块链交易过程、RMTSB策略下的交易过程及含有网络时延变量的RMTSB策略下的交易过程进行了仿真,并通过多轮交易的时延累积消除单次实验的偶然性。仿真结果表明,与区块链常规交易过程相比,RMTSB策略以支付方信用度为参考,有效提高了交易验证的效率,其交易时延与常规交易过程相比可降低50%~75%。因此,该策略可在一定程度上简化认证过程,从而提高区块链环境下小额交易的支付速度,使区块链真正成为小额交易应用场景中的支撑技术。     

区块链中的隐私保护技术

区块链是一种创新的应用程序模型,集成了分布式数据存储、点对点传输、共识机制、数字加密技术和其他计算机技术,具有去中心化、安全可靠和公开透明的特点。在区块链中,数字加密技术占有核心地位,用户信息以及交易数据的安全性是区块链得以推广的必要条件,密码学技术的发展推动并制约着区块链的进一步发展。本文概述了区块链基础架构,包括数据层、网络层、共识层、合约层和应用层。以比特币运行流程为例,分析区块链在隐私保护方面中仍存有在的问题,介绍这些问题现有的解决方案,其中包括混币机制、零知识证明、环签名等技术,对尚未解决的问题进行阐述,并作出展望。     

区块链技术:应用及问题

区块链技术使用分布式存储、P2P网络、共识机制、非对称加密和智能合约等关键核心技术,在不可信环境中,建立起一种信息与价值传递交换机制,以保障数据的一致性和完整性,是构建未来价值互联网的基石。区块链技术具有去中心化、安全可靠和公开透明的特点,这使其在点对点交易、文件存储、健康医疗等场景中得到广泛应用。但是,区块链技术依旧存在交易吞吐量低、用户信息和交易数据隐私易泄露以及加密算法安全局限等问题,在其发展和应用过程中亟待解决。作为一项新兴技术,区块链有广阔的发展前景,有望改变互联网治理模式,推动互联网成为新型信用基础设施。     

一种面向供应链溯源应用的改进PBFT算法

针对供应链溯源存在数据造假、运力不透明等问题,将区块链技术的去中心化、数据不可篡改等特性与供应链溯源结合,提出一种改进的动态实用拜占庭容错算法(practical Byzantine fault tolerance, PBFT)。引入计分机制选取主节点,以保证网络能够识别并标记出分值较高的节点;根据区块链基础结构将供应链溯源模型架构设计为数据层、合约层、应用层3层,合约层中使用改进的动态实用拜占庭容错算法动态更新主节点,减少主节点为拜占庭节点的概率,降低网络中交易延迟;以通讯开销、交易延迟作为衡量指标,对改进算法的有效性进行实验验证。结果表明,与实用拜占庭容错算法相比,随着节点数目逐渐增多,改进算法可明显降低通讯开销与交易延迟。     

基于区块链技术的私募股权众筹平台变革及展望

针对当前互联网股权众筹平台存在的发展问题,本文尝试探讨提出基于区块链技术的优化思路,多维度重构股权众筹平台,打造全产业链解决方案.即搭建点对点数字化资产交易基础设施,基于联盟链技术建立区块链资产交易网络,运用博弈论模型构建互信机制,运行基于区块链的分布式股权交易系统协议,让股权交易相关参与方均加入统一的区块链联盟、资产网络和服务生态圈,合理重构股权众筹与交易平台的技术架构、系统功能和业务流程,把众筹项目的业务流程和规则编制成智能合约代码,把代码、数据与项目状态全部记录在区块链上,从技术层面合理解决股权所有权唯一性、第三方系统连接、快速权益登记与确权、不可篡改的权益转移、记账即结算、数据安全和隐私保护等需求,支持提升股权交易流程效率,从数天缩短到几分钟.     

基于区块链和云平台的数据共享模型

现有的数据共享模型普遍存在数据检索慢、新节点在交易验证过程中参与度不够和数据提供方须依托于效率较低的本地计算等不足.针对这些问题,提出了一种基于区块链和云平台的数据共享模型.通过平衡二叉树和默克尔树结合的方式对链上数据的哈希值排序,提高区块的检索效率;采用基于健康指数的抽签算法选取共识节点,增加新节点被选中的机会;并将...     

基于GPU的区块链交易验签加速技术

为了提高区块链中节点的验签效率，提出基于GPU的区块链交易验签加速技术.结合CPU-GPU异构平台架构特性对交易验签过程进行分阶段优化，大幅提高SM2验签算法运行效率，同时充分利用GPU内核调用的异步性，有效降低交易验签过程的整体IO开销.考虑到GPU计算能力强而分支预测能力弱的特性，提出改进的同时多点乘算法，不仅提升了GPU验签效率，而且增加了多线程并行规模.所提方法将交易验签操作卸载至GPU处理，释放了节点被占用的CPU资源，在不修改区块链协议的情况下实现了区块链系统整体性能的提升.基于RTX3080平台和国产许可区块链Hyperchain平台进行实验，结果表明，该方法峰值验签吞吐量为4.52×10⁶次/s，集成该方法的Hyperchain平台交易吞吐量提高了15.81%，且延迟下降了6.56%.     

基于多智能体强化学习的区块链赋能车联网中的安全数据共享

针对基于委托权益证明(Delegated Proof-of-Stake, DPoS) 共识算法的区块链赋能车联网系统中区块验证的安全性与可靠性问题, 矿工通过引入轻节点(如智能手机等边缘节点)共同参与区块验证,提高区块验证的安全性和可靠性。为了激励矿工主动引入轻节点, 采用了斯坦伯格(Stackelberg)博弈模型对区块链用户与矿工进行建模, 实现区块链用户的效用和矿工的个人利润最大化。作为博弈主方的区块链用户设定最优的区块验证的交易费, 而作为博弈从方的矿工决定最优的招募验证者(即轻节点)的数量。为了找到所设计Stackelberg博弈的纳什均衡, 设计了一种基于多智能体强化学习算法来搜索接近最优的策略。最后对本文方案进行验证, 结果表明该方案既能实现区块链用户和矿工效益最大化, 也能保证区块验证的安全性与可靠性。     

营商环境评估的企业级复合区块链构建方法

针对现有营商环境评估系统中企业数据可信度低、易篡改的问题,提出营商环境评估的企业级复合区块链构建方法,采用链上和链下数据协同的方式,对企业原始数据进行存储.改进区块链哈希函数,提出基于SHA256算法的企业原始数据加密方法.引入Key-Value存储模式进行链下基于非易失性内存的Level DB存储,降低系统的通信和存储压力.提出数据链上存储方法,分别将Level DB中的Key值对应存储到基于DAG的Conflux公有链,企业状态数据对应存入到联盟链,为营商环境评估提供可信的存证数据.通过与改进前的Level DB数据库和现有的区块链存储模型进行实验对比,实验结果表明,提出的企业级复合区块链构建方法在读写性能、存储效率两方面均优于现有方法.     

基于区块链的智能公益基金管理系统设计

近些年,越来越多群体或个人参与到公益事业中来,但我国公益事业的发展仍面临着一些问题和挑战,如求助响应慢、安全属性弱、智能程度低等。为解决这些问题,本文基于国密算法,结合区块链去中心化结构,根据区块链分布式系统具有的透明、公开、不可篡改的特性,采用公链与联盟链结合的双链结构,利用DPOS和PBFT结合的混合共识机制,构建出安全性和智能化程度高于现有捐赠平台的智能公益基金管理系统,并运用Hyperledger Caliper对系统原型性能进行测试,经过分析验证,本文的国密算法区块链对比常见的非国密算法区块链在发送速率和发送延迟上表现更优异,在公益领域有着广阔的应用前景。     

面向联盟链转账隐私保护的+HomElG零知识证明协议

在联盟链转帐交易中，账本对联盟参与方是透明的，交易隐私保护是面临的最大挑战之一。针对联盟链隐私保护研究中保护账户余额、交易金额存在的交易合法性验证策略不完善、基础加密算法Paillier效率较低的问题，论文提出了一种面向联盟链转帐隐私保护的+HomElG零知识证明协议。基于PBFT构造了一种联盟链转账隐私保护应用，论述了同态加密的零知识证明的共识交互场景；通过+HomElG算法加密交易金额及账户余额，根据Σ协议设计密文的零知识证明；通过Fiat-Shamir算法的思想，设计了非交互式零知识证明的相等性证明、范围证明中交易的金额大于零和转账方余额不小于零等过程，在DDH安全前提下证明它们具有正确性、完备性、零知识性。基于Hyperledger Fabric构建了一个联盟链转账隐私保护原型系统，测试结果验证了该协议在非交互式零知识证明条件下能实现保护账户余额、交易金额的密文交易；当密钥长度为3072bit，测试数据长度为12bit的十进制整数时，+HomElG算法的效率是150.3ms,交易金额相等、交易金额大于零以及交易余额不小于零等零知识证明过程的效率(证据生成和验证)分别是482.3ms，209.3ms和261.3ms。测试结果表明，与现有协议相比，该协议的+HomElG算法的效率较高，相等性证明、范围证明等交易合法性验证策略更加完善和高效，满足联盟链转账交易隐私保护需求。     

一种委员会机制的可编辑区块链方案

区块链具有去中心化、可追溯、不可篡改等特性,但其不可篡改性使得链上一些违法信息被永久保留。针对这一问题,提出基于委员会机制的可编辑区块链方案。首先,通过随机抽签算法选取委员会成员;接着,结合基于权益证明共识机制,对用户编辑请求采用投票共识的去中心化编辑策略;最后,利用变色龙哈希函数修改链上数据;此外,引入问责机制防止用户作恶,论证了该方案的安全性和收敛性。模拟实验验证,所提方案能够在去中心化的环境下高效地修改区块内容,且不影响区块链的一致性。     

多区块链环境下的连接查询优化算法

为了提高多区块链间的连接查询处理效率,提出多区块链环境下的连接查询优化算法. 该方法在传统的多区块链模型中增加语义信息,构建语义多区块链模型,为多区块链间的连接查询提供基础. 基于该模型,参考分布式数据库的索引结构,提出多区块链间的连接索引结构,将多条区块链进行属性连接,提高连接计算的效率,减少数据传输的通信代价. 在此基础上,提出多链连接查询优化算法,提升多区块链连接查询的效率. 最后,在2个真实公开的数据集上进行实验. 结果表明,多区块链间的连接索引结构稳定;与传统的直接进行连接查询的操作相比,多区块链连接查询优化方法简化了查询处理过程,通过访问连接索引直接获取查询结果,减少了本地计算负载和网络开销,提高了查询效率.     

基于区块链技术的装备采购诚信交易机制研究

为提高装备采购效率,分析装备采购过程中诚信问题产生的环节及形成的原因,搭建基于区块链技术装备采购诚信交易机制的基础架构,设计诚信交易机制流程,以实现装备采购活动中企业准入的公平选拨、承制商的自动选择、里程碑拨款的及时准确、信息及时上链促进共同监督等功能,并从智能合约优化、明晰联盟链权限、人才队伍建设3个方面提出需关注的问题.该机制可减少装备采购中不诚信的现象,提高装备采购信息化水平.     

d-正则二部图的最大1-相关集问题

区块链中的有些区块包含的交易数据不可信，提高有效交易量处理效率的关键在于可信区块的识别。从图论的角度看，区块链是有向无环图(Directed Acyclic Graph, DAG),最大可信区块的识别问题可转化为无向图G=(V,E)的最大k-相关集问题。针对k=1的情况，调用最大独立集算法，给出了求解d-正则二部图(d≥3)最大1-相关集问题的多项式时间近似算法，从理论上证明了算法的近似比为■,并给出d=3的3-正则二部图上的紧例。