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。     

事务块认证机制与并行存储结构

采用有向无环图结构的区块链共识机制能并行执行交易,但效率与稳定性较差。因此一些共识机制采用联盟链的方式处理交易。本文设计并提出基于有向无环图的并行存储结构,通过并行存储结构实现事务块认证机制（TBCM）的共识机制,由此TBCM共识机制能有效提升联盟链整体对大量交易的并行处理能力。TBCM中采用联盟链的方式组织节点,验证节点组验证网络中生成的交易块,采用并行存储结构的网络中的同步用户不必处理整个网络的交易负载,由验证节点组并行处理网络中的区块。由此结构设计的共识机制使联盟链系统具备并行处理事务的能力,以此提高交易的实时性。TBCM拥有并行性实时交易的优势,能实现更高的稳定性和交易确认效率。     

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。     

基于LT码的损坏数据探测与动态更新方案

随着云存储的日益普及,确保数据的安全性与可用性也越来越重要,然而数据损坏的情况不可避免,因此如何能够快速探测出损坏数据,是一个亟待解决的问题。已有基于LT编码的云存储方案与基于认证跳跃表的云存储方案对数据用户来说具有较高的通信开销与计算开销,负担较重。作者基于LT编码设计了两级分布式二叉树的云存储方案。该方案通过对探测数据建立两级分布式二叉树结构,利用BLS签名的聚合性质对数据块进行计算并生成聚合标签,验证聚合标签是否正确以定位出损坏数据所处的位置,提升了探测损坏数据块的效率;同时,基于LT码的编码性质,对更新数据块进行异或运算,实现了数据的动态更新并且能对云服务器是否进行数据更新进行验证,从而解决快速准确探测损坏数据与数据动态更新的问题,且该方案具有较好的整体性能。实验结果表明:所设计的方案是基于LT编码的两级分布式二叉树的方案,在损坏数据探测方面,与基于LT编码的逐一探测损坏数据方案相比,存储开销相当,但是计算开销与通信开销大大减少;在数据动态更新方面,与基于RS编码的动态更新方案相比,存储开销与通信开销相当,但是计算开销大大减少。     

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.     

基于区块链技术的无线网络通信数据聚合隐私保护算法

针对无线网络通信数据聚合过程中存在的信息安全问题,提出一种基于区块链技术的无线网络通信数据聚合隐私保护算法.应用隐私同态技术对无线网络通信数据进行初步聚合及加密处理,并应用区块链技术对聚类数据在分布式节点中的传播特性制定相关制约关系,完成数据传输的去中心化,从而实现对无线网络通信数据的隐私保护.实验测试结果验证了算法的安全性.在不影响通信开销的前提下,妥协节点的比例在30％以内,数据泄露概率始终保持在50％以下;当参与的聚合节点数比例为50％时,丢包率仍稳定在0.05％以内.     

基于区块链的车联网数据安全共享方案

针对传统车联网（IoV）数据易被篡改、访问控制不够灵活的问题,提出基于区块链和带权密文策略属性基加密的车联网数据安全共享方案. 该方案由路侧单元共同维护区块的生成、验证和存储,实现分布式数据存储,保证数据不可篡改;基于属性对链上数据进行访问控制,保证只有授权的访问者才能访问数据内容;针对车联网场景下多实体、多角色的数据共享需求,通过挖掘车联网数据访问角色间属性权限的关联关系,构造基于多属性的层级访问策略制定方法,简化访问控制策略的复杂度. 实验分析表明,该方案能够实现对车联网数据的安全存储与灵活访问控制,所构建的层级访问策略制定方法能够有效降低车辆的计算和传输开销,满足车联网场景下多实体、多角色的访问需求.     

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.     

基于区块链的车联网矩阵计算安全卸载方案

为了保护任务数据的机密性,验证计算结果的正确性,提出基于区块链的车联网矩阵计算安全卸载方案.该方案利用编写在区块链上的智能合约自动执行计算结果验证过程,保证验证过程的安全性和结果的不可篡改.方案提出的基于矩阵加法的轻量级矩阵加密方法,简化了矩阵计算卸载加解密的复杂度.通过与现有方案比较可知,本文方案能够在有效保护车辆的敏感信息的同时,实现对矩阵计算结果正确性的验证.利用所构建的矩阵加密方法,能够有效地降低车辆侧矩阵加解密的计算开销.     

Method for using the blockchain to protect data privacy of IoV

With the rapid development of the Internet of Things,vehicle industry is undergoing a rapid transformation from the early vehicle Ad-Hoc network to the Internet of Vehicles (IoV) in which massive vehicles and on-board smart devices can realize data sharing and interaction.However,this brings about a big challenge for the security of shared data in a huge volume containing a lot of user privacy,especially the issues of access control,trust and key escrow.To address these problems,we propose an efficient blockchain-based distributed data sharing method in IoV.In our scheme,blockchain transactions are utilized for trustworthily data storage and access as well as user revocation.To realize end device verification,we introduce certificateless cryptography for transaction verification of blockchain nodes and the ease of the key escrow problem.Moreover,we propose an efficient partial policy-hidden CP-ABE scheme for data fine-grained access control with efficient user revocation.Security analysis and experiments demonstrate that our scheme is secure,efficient and practical.     

Covert data transmission mechanism based on dynamic label in blockchain

The existing blockchain data covert transmission scheme is faced with the problems of poor concealment, small channel capacity and low efficiency. This paper designs a new model for separating the data embedding mechanism from the transaction filtering mechanism, and proposes a new filtering algorithm based on the address dynamic label. In this scheme,the HMAC algorithm is used to construct the special address label, so that the receiving party can effectively screen the special transaction carrying the concealed information from the massive data in the blockchain ledger, and realize the concealed data transmission in the open blockchain scenario. Simulation results show that the proposed scheme can realize the hidden transmission of data in the real bitcoin network. The concealment and efficiency of the scheme are better than those of the traditional scheme.     

两层无线传感器网络中隐私保护的范围查询

两层无线传感器网络中存储节点负责存储传感节点的数据和处理Sink节点的查询请求.然而,由于存储节点的重要性,使得存储节点成为攻击者攻击的目标,特别是存储节点被攻击者捕获后,攻击者能够获取隐秘的传感数据、伪造传感数据和丢弃部分查询结果等.因此,提出了一种安全的范围查询方案,保证了数据的机密性和真实性,并利用签名融合技术,极大地降低了通信量,且具有较高的完整性检测概率.在此基础上,提出了一种检测率更高的范围查询方案.理论分析和实验结果显示,所提出的方案具有较高的检测率和较低的通信量.     

基于区块链技术的非合作博弈共享储能交易模型

针对目前储能成本过高、缺乏交易平台导致的利用效率低下、收益较低等问题,设计基于区块链技术的非合作博弈交易模型.以微网作为节点引出共享储能的概念,利用数字签名技术进行节点身份验证,有效提高交易的安全性.基于智能合约自我驱动、自我执行的特征,建立共享储能交易机制.通过建立非合作博弈模型,实现各节点利益最大化,提高储能收益,提高节点用户参与交易的积极性,推动产业结构进一步优化.算例分析结果表明,本文所提出基于区块链技术的共享储能非合作博弈交易模型可以有效实现储能参与市场交易,提高储能利用效率,增加储能项目收益来源,为储能行业的进一步发展提供有效的技术支持和理论支撑.     

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。     

排序可验证的语义模糊可搜索加密方案

为解决现有语义模糊可搜索加密方案无法取得排序可验证的问题,提出一种支持语义模糊搜索并能对搜索结果的排序进行验证的方案。首先引入相关度分数和域加权得分,构造精确度更高的倒排索引结构。通过非线性保序加密,云服务器可以对搜索结果进行高效排序,减少了用户的计算开销和网络资源浪费。接着基于WordNet词典集对查询关键词进行语义拓展。在构造出语义拓展树后,只选取最相关的语义拓展词进行查询。通过引入语义相似度,设计双因子排序算法对搜索结果进行精确排序。然后为创建验证信息,将关键词集合插入布隆过滤器中,并计算布隆过滤器、安全索引、密文文档的消息认证码。在搜索阶段,通过布隆过滤器可以验证索引中是否存在查询关键词,并使用消息认证码对索引、文档的完整性和正确性进行验证。通过引入索引树结构进一步提高方案的搜索效率。最后,将本方案与相关方案在功能、存储开销、搜索开销等方面进行比较,并对创建索引、创建验证信息、语义拓展、加密查询、查询、验证等方面的开销进行仿真实验。方案对比分析显示本方案在语义搜索、排序、验证等功能上具有优势。实验结果表明,本方案不仅实现了语义模糊搜索与结果排序,而且实现了排序结果可验证功能。     

基于适配器签名和盲混技术的电子资源交易方案设计与实现

为解决第三方电子商务平台存在信用风险、交易不确定以及监管体系不完善的问题,出现许多利用区块链技术实现去中心化的方案,然而区块链交易透明且可追踪导致出现隐私泄露的新问题。针对该问题,采用适配器签名技术与盲混合技术,提出一种新颖的电子资源交易方案,解决了无可信第三方公平交易问题,保护了交易双方的隐私安全。经过安全性论证,该方案具有公平性、原子性和不可链接性。仿真实现表明,该方案具有良好的执行效率。     

云存储中基于SBT的数据完整性验证机制

云存储中数据完整性验证的主要思想是利用树形或类树形数据结构来存储用户外包的数据,并将该数据结构与适当的密码学技术结合使其具备可认证性,即认证字典。该文将基于结点大小平衡树(size balanced tree,SBT)结构来构建认证字典,并在该认证字典基础上设计出数据完整性验证方案。基于SBT结构的数据完整性验证方案能更好地支持动态数据集的完整性验证,避免了数据更新引起的周期性重构。实验结果表明,相对于基于AVL树、Treap的认证结构,基于SBT结构的认证字典具备更好的平衡性和更高的数据操作效率。     

自认证公钥体制Ad hoc网络密钥管理方案

基于自认证公钥体制和门限密码机制,为Ad hoc网络提出了一种新的分布式密钥管理方案。方案中节点公钥具有自认证功能,不需要证书管理,降低了网络节点的存储和通信需求;解决了基于身份公钥体制方案中的密钥托管问题,提高了系统安全性;将组合公钥的思想引入到门限密钥分发的随机数选择,简化了传统ElGamal型门限签名方案在签名前协商随机数的过程,大大降低了网络节点的通信量和计算量。分析表明,同以往提出的基于公钥密码体制的密钥管理方案相比,该方案有更高的效率和安全性。