区块链扩展技术现状与展望

近年来,区块链技术引起广泛关注,其作为一种分布式账本技术,由于具备开放性、透明性和不可篡改性,已经被应用到诸多领域.但随着用户数量和访问需求的大幅增加,现有区块链体系结构可扩展性不足导致的性能瓶颈,制约了区块链技术的应用和推广,如何解决可扩展性问题已成为学术界和工业界关注的热点.对已有的区块链扩展方案进行分析和总结.首先,介绍区块链基本概念和可扩展性问题的由来,定义可扩展性问题并提出衡量可扩展性的指标.其次,给出分类框架,将现有方案按网络扩展、链上扩展、链下扩展3大类进行介绍,通过对不同的区块链可扩展性方案进行分析,比较各自的技术特点并归纳优缺点.最后,对亟待解决的开放性问题进行讨论,展望区块链技术未来趋势.

共识博弈与区块链生态共识均衡

本文的目的是建立刻画区块链生态系统行为表现的“共识博弈”的一般框架,并针对“矿池间隔博弈”的“共识均衡”的存在性进行刻画和解读。特别是通过引进共识博弈这个新概念作为出发点,尽管区块链平台生态本身会受到诸如挖矿间隔等行为的干扰,我们证明了在合理的激励机制下一般区块链平台的共识博弈均衡点的存在性,从正面的角度回答了区块链生态本身发展是否稳定这个非常基本和核心的问题。这里,“间隔博弈”(不良)行为出现所在的区块链生态是指基于Nakamoto在2008年提出的遵循按照最长主链建设的“工作量证明”作为基本的共识原则的挖矿平台。特别地,本文首先在一般激励机制条件下,基于区块链生态中的共识博弈框架,在有挖矿间隔等不良行为出现的情况下,建立了在一般激励相容机制条件下的共识均衡点的存在性结果和对应区块链生态能够持续运转的稳定性解读;然后结合在“挖(币)矿”工作中涉及到的工作费用、奖励机制和挖矿能力这三类描述激励机制的核心要素,从挖矿工(组)收益的角度,针对不同嵌入场景对挖矿工(组)的“间隔博弈行为”可能产生的影响进行了解读和分析。本文的理论结果和案例分析表明,结合不同挖矿场景相合适的激励相容机制,共识博弈(均衡)这个概念可以在理论的层面(即,不需要情景数据模拟结果的支持),能够得到或形成针对不同场景下的挖矿行为的解释和解读。此外,我们有理由期待和相信,结合影响挖矿(组)收益相关的要素因子,共识博弈可以帮助我们构建对应的合适场景的激励相容机制,通过刻画挖矿工(组)出现的诸如“间隔行为”,“分叉链”,“矿池攻击”等(不良)行为,支撑数字经济的健康发展,并对共识经济学基础理论的发展能够起到推进作用。

区块链隐私保护技术研究综述

近年来,区块链在学术界和工业界都受到越来越多的关注。在不同应用中部署区块链时,区块链的隐私性仍是备受争议的焦点问题。系统地回顾了当前区块链中隐私保护的方案和机制,给出了区块链的安全性和隐私性的见解。首先,对区块链技术的主要功能、类型和隐私定义进行初步介绍,并分析了其面临的隐私问题;然后,从技术角度出发,将区块链隐私保护技术分为去中心化身份认证、隐私协议、加密技术和混淆技术四大类,以及去中心化身份认证、安全多方计算、差分隐私、同态加密、零知识证明、混币技术、环签名和匿名通信八小类,并分别对它们进行了研究,概述了不同隐私保护技术在许可链与非许可链上的作用机制;最后,对八种隐私保护技术的主要特征和属性进行了定性研究,并探讨了隐私保护技术未来研究方向。研究为区块链开发人员选择合适的隐私保护方案,以及研究人员选择区块链隐私保护研究方向提供借鉴和参考。

区块链、技术创新与企业价值的关系

以2016-2022年沪深A股上市公司数据为样本,采用PSM方法研究区块链与企业价值的关系,检验技术创新在区块链与企业价值间的中介效应。研究发现,区块链对企业技术创新及企业价值均具有显著正向影响,企业技术创新在区块链与企业价值间具有部分中介效应;随着区块链运用程度的深入和运用时间的增长,企业价值表现越来越好;异质性分析发现,区块链对企业价值的影响会因为产权性质及企业规模不同而存在差异,在非国有企业和小规模企业中具有更显著的正向影响。

基于区块链技术的等级保护测评要求及测评实践

随着区块链技术的发展,通用的等级保护基本要求不能满足采用区块链技术部署的系统的安全要求。对区块链平台及区块链应用等级保护测评要求进行研究,为采用区块链技术部署的系统的等级保护测评工作开展提供了参考和指引。

区块链互操作技术综述

区块链技术被认为是构建价值互联网的基石,然而彼此独立的区块链系统形成了数据、价值孤岛.区块链互操作(也被称为跨链操作)是打破链间壁垒、构建区块链网络的关键技术.在区分狭义与广义区块链互操作的基础上,重新定义狭义区块链互操作,并抽象出跨链读与跨链写两类基本操作;分析总结实现狭义区块链互操作需要解决的3个关键技术问题:跨链信息传输、跨链信任传递、跨链操作原子性保障;系统梳理这3个问题的研究现状,并分别从多角度进行比较;在此基础上,从关键技术问题的角度分析具有代表性的整体解决方案;最后指出几个值得进一步探索的研究方向.

智能区块链与区块链智能:构筑DePIN的基础设施智能

去中心化物理基础设施网络是未来数字社会不可或缺的基石,它将传统依赖于集中式控制和管理的物理设施转变为由社区驱动且自主治理的新型基础设施网络,而区块链与人工智能(artificial intelligence,AI)技术的深度融合在其中起到了关键的赋能作用。为此,首先强调有机结合“AI赋能区块链”与“区块链赋能AI”,形成协同增效的双向闭环回路,以构建真正意义上的智能区块链,从而实现区块链智能新范式。其次,提出智能区块链的新型技术架构:一方面,将智能性内嵌至传统区块链架构的每一层,以培育从基础智能到基础设施智能再到应用智能的区块链智能生态;另一方面,为实际智能区块链构建与之对应的人工的智能区块链,并通过二者的虚实反馈与平行执行,形成从静态规则导向到动态适应演进的区块链智能生态。然后,从智慧合约、去中心化身份、知识管理、自主治理等角度辨析区块链智能的核心智能属性。最后,概述区块链智能的典型应用场景及面临的关键挑战。积极推进智能区块链与区块链智能技术的研究与发展,有助于构筑未来数字时代的核心基础设施。

一种基于双链的区块链共识机制

共识机制是区块链系统的核心技术,目前针对“非币”区块链系统提出的基于贡献值证明与工作量证明(Po C+Po W)的共识机制存在共识效率较低、可靠性和安全性不高、算力消耗大的缺点。提出一种新的基于双链的共识机制CON_DC_PBFT。在该共识机制中设计一种业务链-系统链双链结构,将贡献值等系统数据和主要业务数据分离到双链中各自完成共识处理,双链的共识表现为半独立的形式,业务链共识消息流受系统链监督协调,并且系统链根据贡献值随机指定业务链的记账节点,双链的分工与协同实现并行化和流水化,改善共识的效率。由于贡献值数据不能被轻易获取,通过拜占庭通信机制和节点随机选择算法,降低节点遭受攻击和系统停滞的风险。通过实验综合分析出块选择概率、单点故障率、节点数、区块传输速率、CPU使用率对共识机制的性能影响,结果表明,与Po C+Po W机制相比,CON_DC_PBFT共识机制节省了50%以上内存、存储资源占用,在综合共识时延上有30%以上的改善。

区块链在农产品跨境电商领域的应用研究

近些年来,农产品跨境电商在快速发展的同时也面临着农产品品控不稳定、跨境冷链物流效率低、产业链信任机制不完善、跨境支付效率低风险高等发展桎梏,行业亟须改革。区块链作为一种新型技术,随着信息化发展被广泛应用于多个领域,并有效推动各行各业传统生产方式转型升级,取得了显著成效。在此背景下,拥有去中心化、智能合约等优势的区块链技术与快速发展的农产品跨境电商之间的强势联合迫在眉睫。因此,通过构建“区块链+农产品跨境电商”新形态,建立起基于区块链技术的农产品信息溯源系统、产业链利益主体征信体系等,可以充分实现对生产、物流运输、销售等产业各环节的监控和数据可视化。在此基础上,从多角度分析了“区块链+农产品跨境电商”变革存在的挑战,并提出了针对性的对策建议,以期为“区块链+农产品跨境电商”新业态的良好发展提供借鉴。

区块链系统身份管理机制研究综述

区块链技术是一项集P2P网络、共识机制、密码学、博弈论、经济学等众多技术与理论于一体的应用创新,以其去中心化这一特质冲击着传统系统中心化机制带来的种种约束,通过共识机制在一个无需第三方信任机构的开放网络环境中实现交易的可信性、可溯源、防篡改等功能,其所形成的新型计算范式和信任机制有助于推动管理模式的转变。同时,区块链技术具有的账本公开和多方共识机制,为以交易为最小数据单元的区块链系统身份管理提出了挑战。梳理区块链系统身份管理技术的重要研究成果,为系统掌握区块链身份标识和认证方式、加强不同应用场景中的信息发现和价值挖掘提供借鉴。在讨论传统系统与区块链系统身份管理特征,并明确区块链身份管理主要内容的基础上,阐释UTXO模型和账户模型的特点,深入分析基于公钥转换、数字证书和去中心化数字身份3类区块链系统身份标识机制,以及匿名认证、实名认证和可控匿名认证3类区块链认证方式,最后对区块链身份管理技术的未来发展进行展望。

能源区块链的跨链服务安全技术研究进展

在“双碳”目标推动下,能源产业数字化转型势在必行.随着区块链在能源行业数字化转型应用和发展,能源区块链概念逐渐形成共识,它是区块链与能源互联网深度融合的产业新形态,可助力能源主体之间的高效协作,为绿色低碳等创新业务模式提供技术支撑与服务.能源区块链的规模化发展离不开多层次跨链技术的突破,但能源区块链的跨链服务还面临着许多问题.将目前能源区块链领域的研究现状分为5类,即能源区块链架构、智能合约应用、跨链技术、区块链节点管理和区块链隐私保护,针对这5个方向分别总结相关研究工作,详细梳理出各研究方案的原理、优势与不足;然后,为促进能源区块链的跨链服务安全技术的发展,根据能源区块链的现实需求,结合监管机制与共识机制提出多层次跨链协同监管的能源区块链架构;最后,总结出能源区块链跨链服务安全技术中亟待解决的问题,并提出区块链在能源领域的研究展望.

基于区块链的用户自定义位置共享方案

针对移动社交网络位置共享服务存在的隐私泄漏问题,提出基于区块链的用户自定义位置共享(BUDLS)方案.基于区块链实现位置信息分布式管理,防止中央服务器收集大量用户隐私,增强用户位置信息的可控性.设计基于公钥数字签名和同态加密相结合的加密机制,防止位置信息被攻击者非法获取.定义灵活的访问控制策略,根据用户需要提供可靠的服务.安全分析验证结果显示,BUDLS方案满足隐私安全目标.仿真实验结果表明,相比传统方案,BUDLS方案降低了时间成本,提高了位置查询的准确性,有效保护了移动社交网络平台用户的位置隐私.

可撤销属性加密的区块链数据访问控制方法

针对区块链数据共享中存在的粗粒度访问控制问题,提出一种基于属性撤销密文策略属性基加密的区块链数据访问控制方法。在现有方案基础上进行改造,引入预解密过程,结合属性撤销列表实现属性实时撤销;基于非对称群下的DBDH困难问题假设进行安全性证明;基于超级账本Fabric进行系统设计,结合星际文件系统采用链上链下存储方式解决区块链容量不足和系统效率问题。实验结果表明,所提方案撤销属性时无需更新密钥密文重复上链,仅需要6次Pairing操作进行预解密和解密,且在大规模属性集下,预解密时间和解密时间平均保持在百毫秒左右的常量级上,实现区块链数据高效、细粒度的访问控制。

具有高价值密度的农业物联网数据区块链压缩存储方案

针对现有区块链物联网体系主要采用链上存储摘要链下保留原始数据的存储方式中链上无法直接获得真实数据的问题,该研究提出了一种具有高价值密度的农业物联网数据区块链压缩存储方案。首先,边缘服务器将收集的同一批数据聚合到同一批事务中;其次,设计离群值可处理的自适应有损压缩方法,在满足用户保真度要求的前提下降低数据冗余;最后,压缩数据上链,实现区块链上物联网数据的高价值密度存储。与现有方案相比,该方案能提高链上存储真实物联网数据的效率。试验结果表明,在使用自适应压缩方法压缩数据时,针对不同的数据集会自适应选取k值,在满足用户重建精度的前提下,获得良好压缩效果,减少链上存储空间,提高了数据价值密度;相对于风速之类频率较高的数据,温湿度、二氧化碳等变化频率较低的数据可以获得较高的压缩比;当假设正常数据压缩比为10:1时,该方案可节省约85%的链上存储空间,相应的价值密度提高了约85%。该研究可为农产品溯源过程中的物联网数据高效存储提供解决方案,为实现分布式农业物联网数据压缩存储提供技术支持。

基于区块链技术的医疗设备采购管理系统的设计与实现

目的针对传统采购资料易丢失和被篡改,无法保证采购数据安全性的问题,设计一套基于区块链技术的医疗设备采购管理系统。方法系统采用Python编程语言设计,使用Django框架、SQLite数据库,基于区块链技术构建区块链服务器、采购人客户端、采购机构客户端、供应商客户端、监管机构客户端,将整个采购过程中的数据全部进行区块化处理,使得所有数据保存完整,不能被随意窜改,最终实现具有防篡改特性并支持溯源的医疗设备采购管理系统。结果该系统各模块以及防篡改机制均通过测试验证;各模块的平均响应时间均<2 s,响应速度快;模拟网络及身份验证安全测试的结果显示,其安全性能均满足要求。结论将区块链技术应用于医疗设备采购管理系统是可行的方案,其保证了整个采购流程中产生的数据完整可靠并防止被篡改,使得采购信息能够在系统中完整留痕,从而对医疗设备的采购进行全方位管理。

区块链在供应链金融的应用研究

供应链金融发展已有很多年,但仍不能满足中小企业和实体经济发展的需求。传统供应链金融存在诸多痛点,包括:交易真实性难以辨别、监管成本高;远离核心企业的中小微企业融资难融资贵;金融机构业务覆盖面窄;供应链产业链生态不稳,核心企业供应链管理亟待提升等。区块链是一种去中心化技术,易溯源难篡改,适用于多个交易方需要高度互信的业务场景,天然适合解决供应链金融的痛点。基于问题导向,将区块链在供应链金融的应用称为“区块链+供应链金融”,研究了区块链技术解决供应链金融发展痛点的应用模式,对供应链金融应用区块链技术的典型案例进行了深入分析,阐明了区块链在供应链金融中的功能和作用。研究表明,“区块链+供应链金融”能有效缓解中小微企业融资难融资贵问题,对发挥供应链金融生态的协同效应、服务实体经济高质量发展具有重要意义。

基于工业互联网和区块链的“健康钱包”数据开放共享模式研究

现有健康数据共享模式面临效率低下、缺乏监管等诸多问题,无法满足国家对健康数据合规开放共享的要求,工业互联网和区块链技术的发展和应用为健康数据开放共享提供了新的路径。本研究通过引入这两种技术构建个人健康数据钱包,结合工业互联网高效的分布式数据管理及不依赖第三方公信力的特点,建立基于数据钱包的数据开放共享模式,实现对健康数据的可信流转,使患者能够更好地掌握和分享其健康信息。结果表明该数据开放共享模式可满足“数据不出域、可用不可见”要求,将健康数据所有权归还个人,有助于提高医疗服务连续性,能够为健康数据开放共享应用提供有益借鉴。

基于区块链技术的国家学分银行系统研究与设计

区块链作为一种新兴技术,具有去中心化和不可篡改等特征,它能为学分银行建设提供技术支持。突破以往从理论上论证区块链技术服务于学分银行建设的可行性,以国家开放大学推进学分银行建设实践为依托,系统介绍了区块链+学分银行的应用案例。同时,对基于区块链技术的国家学分银行系统可能存在的技术风险进行分析,并提出应对方案。

区块链环境下基于复杂网络演化博弈的农户融资上链行为研究

农户与金融机构间可能存在信息不对称,致使金融机构“惜贷”,农户融资难、融资贵情况凸显。区块链技术的出现已成为运用金融科技实施精准放贷,助力乡村产业发展的突破口,在这种背景下如何提升各主体参与的积极性成为各方关注的焦点。基于供应链融资视角,构建农户融资上链行为复杂网络演化博弈模型,并通过数值仿真分析,探讨了各因素对系统演化结果的影响。研究表明:局域网中农户规模、初始上链率、金融机构类型、上链成本及风险是影响农户上链的关键因素。构建农业区块链技术发展先行示范区,加大对农户区块链技术的宣传和培训,完善激励和金融产品创新机制,是支持区块链技术推广的重要手段。

基于区块链的前向安全群签名方案

针对当前群签名算法的中心化问题和依赖于可信第三方的局限性,提出一种基于区块链的前向安全群签名方案。该方案通过智能合约替代传统的可信第三方角色,旨在解决单点故障和缺乏可信第三方的问题;提出一种群管理员代理签名机制,利用哈希值将原始签名存证于区块链以增强数据的不可篡改性和安全性;通过基础方案、加方案和乘方案设计安全时间为T=2^(k)的前向安全性群签名算法。理论分析和实验验证的结果表明,该方案提高了群签名的安全性和效率。该研究为解决群签名的中心化问题提供了新思路。