基于联盟区块链的电子病历系统模型研究

本文通过研究联盟区块链技术,结合医疗健康信息集成规范IHE,探讨对跨区域电子病历共享模型研究方法,构建了基于联盟区块链的电子病历系统模型,设计系统的四个智能合约。区块链存储患者关键医疗和交易记录,采用了改进的PBFT共识算法,该算法适用于P2P网络且能耗较低;医疗机构作为联盟成员互联互通,自动执行智能合约,通过授权可以共享和交换患者的完整病历信息。这个跨平台、安全可靠的医院间电子病历共享模型,对医疗大数据背景下共享医疗资源和提升医疗系统的服务质量有重大的现实意义。     

基于双区块链的医疗记录安全存储与共享方案

在当前的医疗信息化建设中,电子医疗记录的存储与共享给病人带来了隐私泄露的风险,从而造成名誉损害和财产损失。现有的多数保护隐私的医疗记录存储与共享方案使用了中心化的管理节点,容易遭受集中攻击导致单点失效和恶意篡改的威胁。针对这些问题,设计了一个双区块链结构的医疗记录安全存储与共享方案 EMRSBC,其中使用2条联盟链分别用于医疗记录存储与共享。该方案解决了传统单链应用中拓展性差、吞吐量低的问题,将医疗记录的共享与存储分开,利用区块链的去中心化特性以及智能合约的链上代码实现在不可信环境中的访问控制,有效地保护了病人的隐私数据在存储与共享过程中的安全性。     

基于区块链的电子文件流转设计与实现

针对互联网生态下电子文件流转中文件没有统一登记、对文件去向没有跟踪、流转过程不规范等问题,提出了基于区块链的电子文件流转方案。首先,采用区块链中联盟链的多中心化体系,提出基于区块链的电子文件流转系统设计目标与设计架构。然后,借助云存储平台进行电子文件存放来实现文件的上传功能,通过将文件的所有权转换数据加盖时间戳,使流转过程连续、关联、可追溯且诚实可信,实现了基于区块链的电子文件流转系统。通过数据库调用完成数据存取,实现了基于区块链的电子文件流转系统的数据同步和追溯。最后,提出了电子文件所有权转换、查询的智能合约,这种合约通过读取文件标识来实现对文件内容的验证和保护。安全性分析和性能测试表明,该方案与现有的文件流转系统相比更具安全性,增强了流转信息的可信度,同时智能合约的执行时间较短,使得系统具有更好的可靠性和可溯源性。     

基于区块链的医疗数据保护方案

提出了一种基于区块链的医疗数据保护方案,利用区块链去中心化、防篡改、可追溯、透明的特性,使医护人员、患者、医疗服务提供商之间授权和访问患者个人医疗数据,必须经过患者同意授权之后才能访问,将个人医疗数据的掌控权交给患者,并记录在区块链上.在此设想上,使用以太坊详细编写医疗数据管理系统,编写智能合约使用Solidity语言,以此来实现对医疗数据的保护.该方案的智能合约部署完后,调用结果以及对智能合约进行100次和1000次的性能测试,实验结果验证了其有效性和安全性.     

基于区块链的电子文件流转设计与实现

针对互联网生态下电子文件流转中文件没有统一登记、对文件去向没有跟踪、流转过程不规范等问题，提出了基于区块链的电子文件流转方案。首先，采用区块链中联盟链的多中心化体系，提出基于区块链的电子文件流转系统设计目标与设计架构。然后，借助云存储平台进行电子文件存放来实现文件的上传功能，通过将文件的所有权转换数据加盖时间戳，使流转过程连续、关联、可追溯且诚实可信，实现了基于区块链的电子文件流转系统。通过数据库调用完成数据存取，实现了基于区块链的电子文件流转系统的数据同步和追溯。最后，提出了电子文件所有权转换、查询的智能合约，这种合约通过读取文件标识来实现对文件内容的验证和保护。安全性分析和性能测试表明，该方案与现有的文件流转系统相比更具安全性，增强了流转信息的可信度，同时智能合约的执行时间较短，使得系统具有更好的可靠性和可溯源性。     

基于密码累加器的无状态区块链性能优化

区块链由于其去中心化的特点,被认为是近年来最具颠覆性和革命性的技术创新之一。然而,目前大多数公有链由于数据高度冗余使得区块链系统数据迅速增长,从而造成节点存储资源消耗严重,此外它还存在区块共识成本较高导致系统吞吐量低的问题。针对区块链的可扩展性问题,提出一种适用于智能合约的无状态区块链性能优化方案STiPChain。STiPChain基于密码累加器与可验证计算完成无状态设计,采用RSA累加器生成智能合约的有效性证明实现节点状态数据压缩,同时通过分布式设计将智能合约的有效性证明更新效率优化至常数,极大降低节点对磁盘和内存的需求。在此基础上,STiPChain将区块共识与区块运算解耦,基于可验证计算技术提出新的智能合约执行逻辑和交易验证方案,解决无状态条件下的交易验证与执行问题,有效提高系统吞吐量。实验结果表明,与Ethereum相比,STiPChain无状态区块链性能优化方案将共识节点的存储需求降低了99%,吞吐量提高了1.6～2 500倍。     

基于区块链智能合约的应用研究综述

通过概述区块链智能合约的运作原理及应用研究现状,对现存项目和存在的问题进行分析总结.首先,基于区块链智能合约整体架构介绍合约模型及运行原理,以Ethereum、Hyperledger Fabric和EOSIO三大区块链平台为例分析智能合约部署原理并对三大平台进行对比分析.针对国内外区块链智能合约的应用研究进行归纳总结,并讨论区块链智能合约未来创新应用和发展趋势.从金融交易、物联网和医疗应用三大应用研究领域介绍了基于Ethereum和Hyperledger Fabric平台的区块链智能合约应用现状,进一步探讨了基于EOS(enter-prise operation system)的应用研究和其他应用领域研究现状.最后,从隐私、机制设计与安全、性能和形式化验证等智能合约自身存在问题及三大平台应用存在的不足对区块链智能合约的未来研究方向进行分析和展望.     

基于区块链的电子病历隐私保护系统设计

针对中心化存储下个人电子病历共享中存在的单点失效、隐私泄露以及访问不可控等问题，设计了基于区块链的电子病历隐私保护系统。该系统通过链上链下结合存储方式，提高了电子病历的存取速度，通过构建亲友链并进行基于秘密共享的数据分发，解决了病人无法提供私钥时的病历数据重构，设计智能合约实现数据访问的安全授权和高效共享。系统测试结果表明，设计的系统具有正确性和实用性，对推动国家实施智慧医疗进步具有重要意义。     

一种基于LWE‐CPABE的区块链数据共享方案

为应对量子计算对区块链上基于数论的隐私保护技术所带来的威胁,将区块链技术与格属性基加密算法有效融合,提出一种基于格的后量子CPABE区块链数据共享方案。将容错学习（LWE）作为方案的困难问题假设,构造一种基于格的密文策略属性基加密算法LWE-CPABE,抵御量子计算对公钥密码安全的攻击,实现数据的安全共享。设计算法参数的标准格式化交易结构,以满足LWE-CPABE算法的可追责性。在此基础上,给出交易生成与交易验证智能合约,以实现交易的自动验证与共识。功能性分析与仿真实验结果表明,该方案在算法初始化、加解密以及密钥生成的计算效率方面均优于传统的基于双线性映射理论的CPABE方案,可实现区块链上数据的高效、安全、动态共享与隐私保护,明显提高区块链数据共享安全性。     

基于区块链的身份托管模型研究

针对现有中心化信任下用户多身份管理难的问题,提出一种基于区块链的身份托管模型。模型将用户拥有的各个系统的身份信息采用椭圆曲线算法加密签名,确保身份信息的所有权;设计了身份认证区块链模型和身份信息上链的智能合约,将身份签名结果存储到区块链中,确保其安全和不可篡改;设计了登录验证的智能合约,使用用户公钥对签名信息验证用户是否具有登录系统的权限。对该区块链身份托管模型在Hyperledger Fabric中进行实验论证,实验结果表明,该模型具有高的安全性和时间效率,能方便管理用户的多个系统身份信息。     

基于区块链的公平可验证的多关键词密文排序检索

针对区块链环境下已有的可搜索加密方案实现结果验证和公平支付的成本过高、检索功能局限的问题,提出基于区块链的支持验证与公平支付的多关键词排序检索方案。该方案通过云服务器（CSP）存储加密索引树和执行搜索操作,并且构建了包含验证证明的查找表来辅助智能合约完成检索结果的验证以及公平支付,从而降低智能合约执行操作的复杂性,节约时间和费用成本。此外,结合向量空间模型与词频逆文档频率（TF-IDF）技术构建平衡二叉树结构的索引,并使用安全K邻近对索引和查询向量进行加密,从而实现支持动态更新的多关键词排序检索。安全性和性能分析表明,所提方案在区块链环境下和已知密文模型下是安全可行的;仿真实验结果表明,所提方案能够以可接受的开销实现结果验证与公平支付。     

基于区块链和密文属性加密的访问控制方案

随着数字社会的到来,使得数据成为了重要的生产要素,为了充分释放数据要素价值,作为数据安全共享的访问控制技术是实现数据安全应用与治理的关键。因此,围绕分布式架构下密文及密钥的安全性问题提出了一种基于区块链的密文访问控制方案。该方案利用密文生成算法与验证合约实现外包密文存储的真实性与完整性验证;设计了基于安全多方计算的属性密码,实现了用户私钥的链下安全多方计算并确保了私钥的唯一性,极大缓解了单属性权威的计算压力,可有效保护用户属性隐私、避免单点故障;定义了格式化的事务数据结构,实现了访问控制的全过程追责。通过安全性分析、性能分析和实验仿真分析表明,该方案在安全性和性能上均满足通用区块链的需求,为数据开放共享提供了一种通用的区块链访问控制方案。     

基于区块链智能合约的代币系统

针对传统代币中存在的公信力不足、监管困难等问题,结合区块链和智能合约技术,设计了一种去中心化的区块链代币系统。以此区块链代币系统为基础,通过部署代币合约、众筹合约,构建了一个基于区块链的众筹系统,实现了基本的众筹功能。同时设计了资金管理合约,实现了众筹成功后对发起者的监督和资金的管理。最后通过以太坊平台进行系统测试,分析了该代币系统的功能性、安全性以及时间性能。结果表明,基于区块链的代币系统在实现代币基本功能的同时,能够有效提升代币的安全性和功能性。     

区块链下的EMRs聚合密钥可搜索加密方案

针对患者的多个电子医疗病历中单关键字检索的安全性不足和检测效率低的问题,提出一种区块链下的电子病历（EMRs）聚合密钥可搜索加密方案。采用星际文件系统（IPFS）和云服务器结合存储EMRs和密文,由患者在区块链上设置智能合约和存储交易单,对多文档多关键字的EMRs提出聚合密钥可搜索加密方案,数据请求方通过两次陷门匹配保证数据有针对性且安全的共享。安全性分析和数值模拟实验结果表明,该方案在保证聚合密钥安全和密文安全的前提下,具有较高的计算效率。     

基于区块链网络的医疗记录安全储存访问方案

针对在当前医疗系统中医疗记录授权流程繁琐、记录分享效率低下和身份验证困难问题，提出一种结合区块链技术与密码学的非对称加密技术的方法，将非对称加密技术的安全性高、多方协作简单等特性应用到区块链技术构成的点对点网络中，实现医疗记录跨域分享的可追踪、数据的不可篡改和身份验证的简化。首先，基于区块链技术的不可篡改性结合非对称加密技术，设计了文件同步合约和授权合约，其分布式储存优势保证了用户医疗信息隐私。其次，跨域获取合约的设计能够有效验证数据分享双方身份以及提高身份验证效率，不需要第三方公证机构便可安全过滤非合法用户。仿真实验结果显示，所提出的方案相比传统使用云计算方法解决医疗记录分享问题的方案，在数据防盗窃、多方身份验证和节约系统开销方面有明显优势。该方案对利用区块链的去中心化、可审计等优点解决数据分享过程中的安全问题提供了参考，为解决数据跨域分享、跨域身份验证问题提供了借鉴思路。     

基于区块链的密封式投标拍卖方案

随着互联网技术的飞速发展,传统拍卖正逐渐转变为电子拍卖,其中隐私保护越来越受到关注。针对当前电子投标拍卖系统中出现的问题,如竞买人隐私存在被泄露的风险、第三方拍卖中心的费用昂贵、第三方拍卖中心可能与竞买人勾结等,提出一种基于区块链智能合约技术的密封式投标拍卖方案。该方案充分利用区块链的去中心化、防篡改和可信赖性等特征构建了一个无第三方的拍卖环境,并通过区块链上的安全保证金策略约束竞买人的行为,从而提高密封式电子拍卖的安全性。同时该方案利用Pedersen承诺保护竞买人的竞拍价格不被泄露,并通过Bulletproofs零知识证明协议验证中标价格的正确性。安全性分析和实验结果表明,提出的拍卖方案满足安全性要求,各个阶段的时间消耗均在可接受范围内,满足日常拍卖要求。     

智能合约安全综述

区块链为构建社会价值传递和信任机制提供了一种新的技术。区块链的快速发展促进了智能合约与人工智能、大数据、物联网等技术的深入融合,其安全性受到重点关注。近几年,区块链与智能合约安全研究取得了较大进展,基于区块链智能合约,对智能合约的运行机制、链上安全和链外安全的最新相关研究成果进行归类、分析、比较、总结和讨论,并展望了智能合约安全性的研究方向和趋势。     

基于区块链的电子健康记录安全存储模型

针对现有中心化信任背景下电子健康记录存储存在的安全风险,提出一种基于区块链的电子健康记录安全存储模型。模型首先设计了新的电子健康记录区块链存储结构,解决了现有存储模型实用性不强的问题;然后优化了区块链中区块入链的工作流程,减少了点对点（P2P）网络中的信息传播量;最后设计了基于随机数选举的共识机制,提高区块入链的时间效率。将提出的模型在Hyperledger中进行模拟实验,并将所提出的共识机制与现有共识机制进行性能对比。实验结果表明,提出的存储模型具有较高的安全性和更好的运行时间效率。该模型适用于区块链在医疗卫生领域的应用,为电子健康记录的安全共享提供了支撑。     

基于区块链的去中心化众包技术综述

区块链技术可以广泛应用于各种服务,如在线微支付、供应链跟踪、医疗记录共享以及众包.将该技术应用到众包系统中,可以得到一个去中心化的、隐私保护的、可验证和可追溯的众包服务平台.随着区块链技术的发展,出现了许多基于区块链的众包解决方案,但是缺乏对相关研究的综述.目前研究人员主要从两个角度对去中心化的众包系统展开研究:基于智能合约的去中心化众包平台、基于区块链架构的去中心化众包平台.文中详细综述了主要的基于区块链的去中心化众包的相关工作,并且总结了已有技术中出现的问题,如区块链系统的安全性、智能合约的安全性以及隐私保护的相关问题,并对这些问题展开了详细讨论.最后展望了该领域未来的可研究问题,并提供了大量的可参考文献.     

以太坊中间语言的可执行语义

智能合约是实现各类区块链应用的核心软件程序.近期,以太坊区块链平台（Ethereum）上的智能合约暴露出大量错误和安全隐患,在国际上引发了智能合约形式化验证的研究热潮.为提供高可信度的验证结果,智能合约程序语言的形式化必不可少.本工作对以太坊中间语言Yul进行形式化,首次给出了其类型系统和小步操作语义的形式化定义.该语义为可执行语义（executable semantics）,由120个Yul语言程序组成的测试集进行测试.本工作在Isabelle/HOL证明辅助工具中完成,为基于定理证明的智能合约正确性、安全性验证奠定了基础.