Consortium Chain Consensus Vulnerability and Chain Generation Mechanism

Effectively identifying and preventing the threat of Byzantine nodes to the security of distributed systems is a challenge in applying consortium chains.Therefore,this paper proposes a new consortium chain generation model,deeply analyzes the vulnerability of the consortium chain consensus based on the behavior of the nodes,and points out the effects of Byzantine node proportion and node state verification on the consensus process and system security.Furthermore,the normalized verification node aggregation index that represents the consensus ability of the consortium organization and the trust evaluation function of the verification node set is derived.When either of the two is lower than the threshold,the consortium institution or the verification node set members are dynamically adjusted.On this basis,an innovative consortium chain generation mechanism based on the Asynchronous Binary Byzantine Consensus Mechanism(ABBCM)is proposed.Based on the extended consortium chain consensus mechanism,a certain consensus value set can be combined into multiple proposals,which can realize crossdomain asynchronous message passing between multi-consortium chains without reducing the system’s security.In addition,experiments are carried out under four classical Byzantine Attack(BA)behaviors,BA1 to BA4.The results show that the proposed method can obtain better delay than the classical random Byzantine consensus algorithm Coin,effectively improving the consensus efficiency based on asynchronous message passing in the consortium chain and thus meeting the throughput of most Internet of Things(IoT)applications.

Increased sedimentation of a Pseudomonas–Saccharomyces microbial consortium producing medium chain length polyhydroxyalkanoates

Concerns about feasibility,separability,settleability,efficiency once hampered studies on polyhydroxyalkanoates(PHAs)production,which mainly focused on single strain microorganism or activated sludge rather than artificial microbial consortia.Here,a medium chain length PHAs(mcl-PHAs)producing Pseudomonas-Saccharomyces consortium with xylose as the main substrate was studied.Mcl-PHAs accumulation increased from 12.69 mg·L^-1 to 152.3 mg·L^-1 without any optimization method.The presence of Saccharomyces cerevisiae,though in a relatively low concentration,improved the sedimentation of cell mass of the mixed culture by 60%.Reasons for better sedimentation of the consortium were complex:first,the length of Pseudomonas putida increased two to three times in the consortium;second,the positive surface charge of P.putida was neutralized by S.cerevisiae;third,the adhesion proteins on the surface of S.cerevisiae interacted with the P.putida.

基于区块链的医联体护理协同管理系统的设计与实现

目的:设计一种基于区块链的医联体护理协同管理系统,为实现医联体护理协同管理提供技术支持。方法:该系统基于联盟链的5层技术架构进行设计,通过Linux系统搭建Fabric开发环境及网络配置,采用智能合约和Java语言软件开发工具包实现用户界面操作,使用Bootstrap和Jquery等技术搭建前端Web界面、Spring Boot搭建系统后端,并通过加密算法、哈希运算、智能合约、共识机制等技术实现联盟链成员管理、业务管理、数据存储与共享、患者病历管理及平台监管5个功能模块。结果:该系统完善了优质护理资源下沉与连续性护理机制,重构了积分激励机制,促进了护理共生网络协同进化,并使多节点交互,形成了协同合力。结论:该系统顺应全新模式下医联体整合型护理服务的发展趋势,对提升护理核心竞争力等方面起到重要推动作用,同时为构建适用于医联体场景的区块链方案提供了借鉴。

基于超图和MuSig2聚合签名的联盟链主从多链共识机制

针对多链式区块链采用主链最终共识机制,导致主链负载大,制约从链性能等问题,论文提出一种基于超图和MuSig2聚合签名的联盟链主从多链共识机制.首先根据超图理论,构建以横贯超图为主链,子超图为从链的联盟链主从多链架构;然后借鉴分治思想,结合“背书-排序-验证”的共识方式,构建分层分类共识机制,通过分类处理交易降低主链负载压力;最后构建基于MuSig2聚合签名的联盟链多方背书签名方法,提升背书签名的验证效率.性能分析表明:基于MuSig2聚合签名的联盟链多方背书签名安全可靠,基于超图和MuSig2聚合签名的分层分类共识机制具有强一致性和线性时间复杂度.实验结果表明:基于MuSig2聚合签名的多方背书方法的总效率是椭圆曲线数字签名算法(Elliptic Curve Digital Signature Algorithm,ECDSA)的1.55倍,分层分类共识机制能够提升12.5%的共识效率.该机制具有较高性能,可满足企业多样化业务需求.

基于可编辑医疗联盟链的数据安全管理方案

医疗数据的安全管理是确保患者隐私安全、有效开展医学诊疗与相关研究的关键。然而,现有的医疗数据管理方案大多存在透明度低、共享性差和无法保证患者隐私数据安全性的问题。通过设计一种“主-侧”链结构的可编辑区块链模型,提出了面向医疗联盟链的安全、可追责的医疗数据管理方案。该模型主链保存患者电子病历的最新信息,侧链记录历史修改证明,实现了数据管理的透明性和可追责性。引入变色龙哈希函数、秘密共享和可验证签名技术,只有通过验证的医疗机构的系统管理员才能够参与构建完整陷门,确保了医疗数据修改过程的正确性与安全性。经过安全性分析和相关实验模拟,该方案在计算开销、通信负载方面的性能较好,且在存储开销方面存在优势,表明了该方案的有效性和可行性。

区块链技术下数字资源集中管理平台构建研究——以四川省图书馆为例

四川省图书馆利用区块链技术构建数字资源集中管理平台,通过对接国家图书馆组建联盟链、搭建业务管理系统,对数字资源进行资产化、精准化管理,从而解决当前公共图书馆在数字资源管理中面临的信息孤岛、安全存储、版权纠纷等难题,以期为公共图书馆向智慧化转型发展提供新思路。

区块链服务网络的构建机理与技术实现

联盟链技术是我国区块链发展和应用的主阵地.传统联盟链应用存在底层技术平台异构、应用技术门槛高、成链成本大、运维监管难等瓶颈问题,限制了区块链技术与应用发展.提出一种区块链公用基础设施——区块链服务网络(blockchain-based service network,BSN)的构建机理,阐述BSN的技术架构和实现机制.BSN已于2020年4月在中国正式商用,能够显著降低区块链开发、部署、运维、互通和监管成本,有利于区块链技术向企业、政府、行业等领域推广应用,为我国新型智慧城市建设和数字经济发展提供了可信可控的公用基础设施和服务载体.

基于联盟区块链的网络货运平台交易流程规范性研究

针对某些网络货运平台利用监管的漏洞,对信息流、资金流和票据流进行数据造假的问题,引入区块链技术解决网络货运交易数据真实性的问题是值得研究的。首先在对比不同类型区块链优劣势的基础上,选定联盟链作为网络货运平台交易过程规范的技术工具。然后,对网络货运平台的运行规则和节点权限进行分配设计,确保交易流程透明可追溯。最后,将基于联盟链的网络货运平台交易流程与目前的网络货运平台交易流程进行对比,从信息审核、签订合同、运输过程监测、交货验收、运费结算、对账开票、数据上传等七个方面凸显规范后的效果。旨在为网络货运平台的监管提供新思路,为网络货运平台良性发展提供决策参考。

供应链视角下基于联盟链的物流企业诚信机制实现研究

在供应链运作中,大部分物流企业供应链融入并不理想,仅仅凭借日常信息收集和处理来进行运营,信息交互性差,导致企业诚信度差,造成供应链堵塞,供应链效率低下。联盟链应用在多个相互已知身份的组织之间,适合处理组织间需要达成共识的业务,保障物流企业诚信体系融入供应链运作,与其他企业达到互信、互利、双赢的效果,提升整条供应链的协作能力。

面向猕猴桃产业链的联盟链隐私交易方案

针对猕猴桃产业联盟链交易中金额与身份的双重隐私保护问题,提出一种基于+HomElG零知识证明(+HomElG zero knowledge proof,+HomElG-ZKProof)和SM2的猕猴桃产业联盟链隐私交易方案。首先,转账方利用+HomElG加密交易金额后将其发送给接收方,接收方基于SM2签名确认交易后发送给转账方;其次,转账方基于+HomElG-ZKProof对交易金额相关密文生成零知识证明证据,基于SM2可链接环签名对交易金额相关密文和交易双方身份分别生成环签名,与接收方SM2签名一起经系统层Raft共识打包上链;然后,由监管节点验证SM2签名、两次环签名及链接性后确认交易双方身份,用户节点间在应用层使用PBFT共识验证交易金额相关密文、环签名及交易金额相关零知识证明证据后确认交易的有效性;最后,由监管节点将有效交易区块编号经系统层Raft共识上链并更新账户余额。分析表明,该文方案具有抗篡改攻击、抗公钥替换攻击、抗假冒攻击以及匿名性,安全性较高;测试结果表明,该文方案可以实现猕猴桃产业联盟链用户交易金额、身份的双重隐私保护;在安全参数为2 048 bit时,交易时间为4.495 s,可以满足猕猴桃产业联盟链交易的实际需要。

基于一致性哈希环多主节点的改进实用拜占庭容错算法

联盟链技术作为一种建立供需双方的可信交易的工具,促进了云制造平台的发展。实用拜占庭容错(PBFT)共识算法是联盟链最受欢迎的共识协议,得到了广泛的研究和应用,但是还存在节点较多导致PBFT算法扩展性较差、重播攻击降低了共识算法的性能、网络结构静态难以维持高效的运行状态3个问题。为此,提出一种改进的实用拜占庭容错(IPBFT)算法。首先,通过优化主节点的选取方式将单个主节点扩展为多个主节点,使得多个主节点在一致性哈希环的桶中实现数据均匀分布和任务均匀调度;然后,通过多线程并行执行共识算法以最大程度地减少时延并提高算法的吞吐量,从而提高了算法的可扩展性;其次,在重播攻击算法中通过定期旋转桶来分配正确的主节点,然后通过分配的主节点来接收客户端的请求,以防止客户端的重播攻击;最后,设计了一套节点移除机制来加入可靠的节点或者移除拜占庭节点,减少视图切换操作,从而使系统维持较高的运行状态。实验结果表明,IPBFT明显优于PBFT共识算法,很好地解决了以上3个问题。

面向复杂应用场景的联盟链多链协同方案

针对联盟链在复杂应用场景下权限管理分散、业务扩展困难、读写集中和多合约间弱事务性的缺点,提出了一种面向复杂应用场景的联盟链多链协同方案。该方案利用区块链网关统一管理用户访问权限,避免了访问权限管理的分散;提出支持逻辑链动态伸缩的链间路由机制,简化逻辑链的管理,降低业务扩展难度;设计读写分离机制,提升逻辑链的读写性能;构造基于TCC的事务方案,满足多业务合约之间的事务性操作。实验和分析结果表明,该方案有效提高了交易吞吐量,且在业务动态扩展和多合约间事务性方面有较好的支持。

一种基于联盟链的兼具授权监管与隐私保护方案

区块链技术为推动金融等领域的数据互联互通提供强大助推力.然而现有区块链研究中仍存在隐私泄露和监管缺失等问题,区块链隐私保护特性及其与监管科技的融合有利于加速区块链应用落地.本文在联盟链场景下提出了一种兼具授权监管与隐私保护的方案.一方面,方案在可确保交易正确性的前提下,实现了交易金额和交易者身份地址对交易无关节点的隐私性;另一方面,授权监管方可对任意交易执行审计并对存在违规消息的区块进行修订.总之,通过对联盟链下成员角色划分及变色龙哈希函数、零知识证明等密码技术,实现了对交易隐私性的全面保障和细粒度的强制监管.

基于分组和信用分级的PBFT共识算法改进方案

针对联盟链的实用拜占庭容错(PBFT)共识算法通信复杂度高、主节点选择随机、支持的网络规模有限等问题,提出一种基于分组和信用分级的改进拜占庭容错(CBFT)算法优化大规模联盟链的节点结构。优化一致性过程,将网络节点按照对管理节点的响应速度划分为不同的共识集分别进行共识集内外共识,各共识集的管理节点携带共识集内的共识结果参与共识集外的全局共识,从而减少节点间的通信频率。在此基础上,提出信用分级机制,将节点划分为管理节点、候选节点、普通节点等3种类型,使信用值高的节点成为主节点的概率较高,减少恶意节点对系统的破坏,提高整个网络的效率。搭建基于该改进方案的仿真模拟与性能测试系统.实验结果表明,当网络节点数量为30个(4个分组)时,CBFT算法的吞吐量为PBFT的3.2倍,共识时延降低90.6%,通信开销减少53.2%,能够容忍的最大恶意节点数为PBFT算法的1.9倍,且随着节点数的增加提升更明显,符合大型联盟链的需求。

基于联盟链的数据溯源机制

随着大数据时代的到来,数据的产生和流转速度获得空前增长。区块链技术的出现为数据的真实性验证提供了新的解决思路。随着区块链技术的发展,不同区块链间数据流转需求逐渐增加,而不同区块链间数据流转又带来了新的安全性问题,如跨链数据传递易泄露、非法访问造成数据泄露不易发现等。针对上述问题,提出一种基于联盟链的数据溯源机制。设计了跨区块链的数据溯源模型,引入私有数据管道来实现跨链数据传递的安全性,通过授权与访问日志实现对用户行为的记录,保证非法越权访问的可追溯性。为提高数据溯源查询效率,采用链上链下同步存储机制,将每次交易前的数据流转状态经加密存储至数据库,并将其索引存储在区块链交易中,从而实现链上链下数据的一一对应,同时在区块体中引入Merkel山脉存储区块摘要,提高区块合法性检验效率。根据数据存储形式及跨链数据交互机制,设计了数据溯源算法,并将溯源结果以有序树的形式展示。针对电商行业的跨域数据溯源场景,基于Fabric搭建了联盟链溯源实验环境,并采用Go语言模拟测试了区块数量较大、交易数量较多情况下的数据溯源性能。结果显示,随着区块高度及数据流转次数增加,数据验证及溯源效率具有显著优势。

基于区块链技术的电网数据隐私保护与共享方法

针对传统电表数据在传输、存储和共享过程中存在的被篡改和隐私泄露等问题,研究了基于区块链的电网数据隐私保护方法。将区块链技术与Paillier同态加密方法相结合,进行数据的隐私保护与共享;在智能电表端直接对数据进行加密,以防数据被恶意窃听;由台区智能终端聚合台区内电力数据密文,然后上传至云端。在传输过程中,对数据密文进行哈希计算后上链存证,以防止数据被篡改。为提高加解密过程的计算效率,使用中国剩余定理分解了原算法中的模指数运算。经过测试,在满足安全性的前提下,不同的密钥长度加解密计算效率可提升50%~75%,可以满足在边端中直接使用密文数据进行动态定价、电费结算、异常分析等操作的要求。

基于多链融合的粮食供应链溯源系统

区块链因具有不可篡改、群体共识、全程可追溯等特点而广泛应用于存证确权、商品溯源、协同共享等应用场景。基于区块链的粮食溯源难点在于粮食从种植、收储、加工、物流所涉及的供应链条比较长,追溯困难,并且同一供应链上企业之间的企业资源计划(enterprise resource planning,ERP)系统并不互通,企业自治ERP系统难以与区块链对接。本文基于联盟链与私有链融合提出了一种多链粮食供应链溯源系统(multi-blockchain food supply chain traceability,MBFST),企业间通过联盟链开展业务协作,企业内部基于私有链记录信息流转;设计了私有链与联盟链的跨链交互协议,根据溯源ID实现联盟链与私有链的交互与映射;通过私有数据集合等数据隔离机制,确保供应链企业私有数据的隐私保护。通过对原型系统的设计与实现,结果显示,MBFST能够实现粮食供应链企业间的全链条精准溯源,确保链上链下溯源信息的全程可追溯;通过Hyperledger Fabric的Node-SDK对系统的性能和吞吐量进行测试,实验结果显示,MBFST在压力测试中查询每秒事务处理量(transaction per second,TPS)最高可达1000以上,使用溯源ID的富查询TPS可达200以上,信息上链时延测试中平均时延稳定在0.2~0.3 s。对比现有的基于区块链的商品溯源系统,MBFST在溯源信息的追溯能力、链上信息的隐私性和追溯效率等方面都更具优势。

多层次实用拜占庭容错算法改进

应用于联盟链的实用拜占庭容错(PBFT)共识算法存在共识节点选择和多节点共识效率较差的问题,为此,提出一种多层次实用拜占庭优化共识算法MS-PBFT。根据节点所属机构的不同对节点进行分组,并将各组内的节点划分为主网层和次网层。引入一种积分机制,根据各节点自身的性能以及在系统中的表现为其赋予初始积分和信誉值,以监督节点在共识过程中的行为,根据初始积分与信誉值对节点进行分类,使其加入不同的层次中。改进上层节点和主节点的选取方式并增加一种弹劾机制,及时更换掉线或存在恶意行为的领导节点,从而保证节点的可靠性同时提高共识效率。通过先在次网层达成局部共识进而在主网层实现全局共识的方式,降低节点的通信复杂度。实验结果表明,与DGPBFT、PBFT、RAFT算法相比,MS-PBFT算法可以提高数据吞吐量并降低共识时延,利用所提节点选举机制,节点的共识成功率可以达到98.6%,且共识效率比PBFT算法平均提高33%。

联盟区块链在钢铁行业供应链管理中的应用

我国钢铁行业物流运输量大、运输种类和方式多,存在行业集中度低、信息共享低效和现代流通水平不高等缺陷,借助区块链去中心化、开放性、安全性、源头可溯性等特征,可以有效解决现有的一系列缺陷,推进整个供应链系统的发展和进步。本文围绕钢铁行业物流管理与服务核心业务应用需求,应用智能合约技术、共识机制、物流数据采集追踪技术,利用运输模型分析预测算法、订单分配算法,研发了基于联盟区块链的钢铁行业物流综合应用示范平台。该平台具有调度大屏显示、智能物流调度、关键数据防篡改等功能,实现了平台上下游数据的公开透明、订单的追踪溯源,打造公开透明、安全可靠、效率高的新型供应链管理模式,同时为智能化钢铁物流的发展提供试验和验证平台。

基于中继链的联盟链跨链监管机制

近年来联盟链在物流溯源、数据交易等领域发挥了重大作用,但是由于联盟链的底层实现差异较大,导致链与链之间无法形成有效的数据共享,跨链技术是打破联盟链数据孤岛现状的重要手段。现有的跨链技术无法满足联盟链跨链监管的需求,没有对跨链请求和链间互操作划分明确的权限,链与链之间合约调用可能导致跨链过程中出现恶意篡改账本数据的情况,无法较好适用于跨链监管场景。针对上述问题,面向联盟链跨链监管需求,提出了一种基于中继链的联盟链上计算跨链监管机制,通过对接入链身份进行分级,保证了跨链操作的安全性,利用模块化设计实现了跨链的可扩展性;设计了可用于跨链监管的通信消息协议,保证了监管过程中的安全性。最后将所提方案和现有机制进行了对比分析,并通过模拟实验验证了所提方案运行效率的实用性。