一种面向联盟链Hyperledger Fabric的并发冲突事务优化方法

随着区块链技术应用的普及,联盟链Hyperledger Fabric(简称Fabric)已成为知名区块链开源平台,并得到广泛关注.然而Fabric仍受困于并发事务间冲突问题,冲突发生时会引发大量无效交易上链,导致吞吐量下降,阻碍其发展.对于该问题,现有面向块内冲突的方案缺乏高效的冲突检测和避免方法,同时现有研究往往忽略区块间冲突对吞吐量的不利影响.提出了一种Fabric的优化方案Fabric-HT(fabric with high throughput),从区块内和区块间2方面入手,有效降低事务间并发冲突和提高系统吞吐量.针对区块内事务冲突,提出了一种事务调度机制,根据块内冲突事务集定义了一种高效数据结构——依赖关系链,识别具有“危险结构”的事务并提前中止,合理调度事务和消除冲突;针对区块间事务冲突,将冲突事务检测提前至排序节点完成,建立以“推送-匹配”为核心的冲突事务早期避免机制.在多场景下开展大量实验,结果表明Fabric-HT在吞吐量、事务中止率、事务平均执行时间、无效事务空间占用率等方面均优于对比方案.Fabric-HT吞吐量最高可达Fabric的9.51倍,是最新优化方案FabricSharp的1.18倍;空间利用率上相比FabricSharp提升了14%.此外,Fabric-HT也表现出较好的鲁棒性和抗攻击能力.

基于负载均衡算法的Hyperledger Fabric共识机制研究

Hyperledger Fabric将业务逻辑解耦,在提升系统灵活性的同时存在性能瓶颈,无法满足高并发快响应的业务需求。通过对Hyperledger Fabric共识机制中的背书、排序、验证3个阶段进行分析,为均衡背书节点性能并提高系统效率,设计基于动态负载均衡算法的提案分发优化方案。综合均衡指数、反馈周期等性能指标,设计节点负载和节点权值量化方法。通过采集节点负载信息计算并选取合理的反馈周期和影响权重以更新节点权值,同时结合加权轮询算法将交易提案分发至当前权重最大的节点进行背书,实现背书节点负载的动态均衡。在Caliper工具上的测试结果表明,优化方案提升了Hyperledger Fabric共识机制的请求处理性能,相比于原始方案的链码交易和查询吞吐量提高了17.53%和15.84%,平均时延下降了6.7%和18.2%。

面向Hyperledger Fabric的SQL访问框架

区块链技术具有去中心化、不可篡改、可追溯等优势,已经在各领域得到广泛应用。但区块链作为一项前沿技术,存在开发难度大、学习成本高等问题,且大多数开发者更熟悉基于关系型数据库的应用开发方法,即通过SQL操作关系型数据库。Hyperledger Fabric是目前最为主流的区块链开发框架。针对此问题,文中提出了一种面向Hyperledger Fabric的SQL访问框架。首先,针对Fabric和SQL底层存储结构不一致的问题,定义了关系模型至键值模型的转换规则,实现了模型转换算法;然后,基于智能合约技术开发了SQL执行合约,实现了SQL语句向底层状态数据库CouchDB操作语句的自动转换,进而操作Fabric底层的数据;最后,从应用层开发的角度,设计了应用自动化重构工具,工具包含两个部分,分别是应用重构工具和区块链网络的交互中间件Fabric-Driver。实验结果表明,相比现有方案,使用所提框架开发区块链应用能节省82%左右的时间,且使用此框架降低的读写性能仅有5%左右。

基于Fabric区块链技术的农产品质量安全追溯体系的研究

传统的农产品追溯系统因数据储存在单一的数据库节点上,容易导致差错的出现和篡改的风险,这在一定程度上降低了消费者对于追溯结果的信任。文章在农产品溯源体系中运用区块链技术,采用联盟链超级账本(Hyperledger fabric)实现以区块数据结构的形式记录农产品全流程数据,利用区块链技术自身的技术特点如智能合约、分布式账本、防篡改等,可确保农产品溯源的真实可靠。

一种面向Fabric区块链应用软件的体系结构演化算法

针对联盟链Fabric中,orderer节点一旦发生异常,只能在下一个时间间隔继续,而当前时间间隔浪费的问题,本文对Fabric体系结构进行了演化,提出了一种新的思路,使得orderer节点产生异常后,系统可以在当前间隔内正常工作,不必等到下一个时间间隔。最后通过实验对算法在吞吐量、资源利用率等性能指标上进行了对比分析,表明了Fabric软件软件体系结构演化算法的有效性。

基于Fabric的出行数据隐私保护方法

针对智能交通出行数据共享中的隐私保护问题,提出一种基于Fabric的出行数据隐私保护模型。利用区块链不可篡改、可追溯的特性,结合AES算法与访问控制列表机制,从出行数据的上传、查询和访问控制等方面对模型中Fabric区块链数据库、智能合约、中间件等模块进行设计和实现。安全性分析和实验结果表明,所提方法具有较好的安全性、保密性以及可行性,可以提高智能交通出行数据共享环境下的个人隐私安全。

基于Fabric区块链的智能合约协同开发系统

针对传统协同开发系统普遍采用"中心化"存储架构带来的单点故障、数据不可信、故障难以追责等安全问题,以及传统协同办公系统仅支持单一企业内部办公的问题,本文借助超级账本Fabric区块链技术以及业务流程管理和服务组合技术实现了一款基于Fabric区块链的智能合约协同开发系统.系统架构中首先结合传统中心化存储技术和区块链去中心化存储技术,通过将系统核心业务数据信息存储在区块链分布式账本中而把业务流程管理等不重要的数据存储在传统数据库中解决了"中心化"存储管理带来的安全信任问题.其次系统通过结合超级账本联盟链技术提供的企业联盟的特点使得系统可以应用于企业联盟办公中,解决了单一办公的问题.

基于区块链Fabric架构的个体学信系统设计

目前,个人学信数据的完整性和准确性难以达到用人单位的需求,教育机构的大量学习记录和成果被闲置。针对此问题,文章设计了基于区块链Fabric架构的个体学信系统。该系统由业务系统层、区块层、服务层、应用层组成,涉及学习者、用人单位、教育机构和颁证部门4个主体,通过授权的方式实现区块链交易和共识机制。

基于静态分析的Fabric智能合约安全检测

Fabric区块链作为广受欢迎的联盟链框架,其智能合约多采用Golang通用高级语言开发,而智能合约在开发过程中容易引入安全漏洞,部署后会产生潜在的安全隐患。虽然Golang语言通用的代码存在静态审计工具,但是该工具不能有效识别与智能合约中与区块链系统架构相关的安全风险。为了应对上述情况,本文研究总结了Fabric区块链智能合约的非确定性、逻辑安全和数据隐私安全三大类安全漏洞,并提出了针对Fabric智能合约安全检测的静态分析方法,同时设计了基于静态分析方法的智能合约安全检测工具。相比于Chaincode scanner和富士通智能合约安全检测工具在数据隐私安全检测方面的不足,该工具可覆盖检测非确定性、逻辑安全和数据隐私安全3大风险类型及对应13种安全风险项,准确定位风险项位置,可为智能合约开发人员提出可视化开发指导建议。

基于区块链Fabric的应急物资调度模式构建

为提高突发事件下应急物资调度效率,规范各方主体在应急物资调度过程中的行为。首先,指出传统物资调度存在的信息孤岛、权利寻租等问题,剖析区块链Fabric在应急物资调度中的应用价值;其次,构建一套基于智能合约、共识机制等隐私技术的应急物资运作模式,描述应急物资储备、运输、捐赠和监管4个环节中的具体操作;最后,分析服务层、信息采集层等各层级的功能要素,并从人人交互、人机交互、机机交互3大维度出发,阐明该运作模式的实现路径。结果表明:与传统应急物资调度方式对比,基于Fabric的应急物资调度模式更加科学合理,可使调度过程中应急物资信息始终处于公开透明的状态。

基于自定义日志的 Fabric的共识交易轨迹可视化追踪方法

联盟链缺少展示各个节点资源使用情况、健康状态、互相关系、共识交易流程等方面的可视化方法,为此提出一种基于自定义日志的Fabric共识交易轨迹追踪方法(FTL)。首先,以典型联盟链框架Hyperledger Fabric为基础设施实现区块链底层构建;然后,利用ELK工具链收集与解析Fabric的自定义共识交易日志,并利用Spring Boot作为业务逻辑处理框架;最后,采用专注于图分析领域的Graphin实现共识交易轨迹的可视化。实验结果表明,与原生Fabric应用相比,基于FTL的Fabric的应用框架在实现可视化追踪基础后,平均性能仅下降了8.8%,未造成显著延迟,可以为监管方提供更加智能的区块链监管方案。

Hyperledger Fabric区块链软件架构中的中间件设计

Hyperledger Fabric区块链系统涉及的技术多样且架构复杂,实际场景的应用软件开发难度较高。论文在传统的Fabric区块链架构基础上引入了中间件的概念,从而使区块链软件架构简单化,降低开发难度。分析了具有可复用性的中间件在Fabric系统中的作用。并依次给出了中间件区块与交易信息查询、用户连接、链代码调用功能模块的具体实现原理。

一种基于SGX的轻量Fabric链码可信执行环境构建方法

Hyperledger Fabric是一个开源分布式账本平台,其不仅拥有公有链防篡改、分布式记账的特点,还具有身份识别、数据保密、低延迟、高吞吐率等优点。传统Fabric架构中的链码缺乏安全执行环境,其容器执行环境会带来隐私泄露风险,而现有的智能合约隐私保护方案无法适用于Go语言链码架构,且性能开销较大。因此,文章提出一种基于SGX的轻量Fabric链码可信执行环境构建方法及E-Fabric架构,搭建支持原生Go语言的可信镜像和容器,为链码创建可信执行环境,并通过远程认证协议验证链码是否可信。理论评估和数据测试结果表明,SGX Enclave的构建会适当增加开销,与原Fabric架构相比,E-Fabric的延迟升高了8%左右,吞吐率下降了4%左右,但整体性能达到原网络的94%,并且具有较小的可信计算基和更好的安全性。

基于Fabric的城市智慧停车方案设计

为了解决目前城市车位信息不流通、停车系统交易凭证不可靠、停车支付不高效以及数据存储不安全等弊端,提出了基于Fabric区块链的城市智慧停车方案。利用区块链数据共享的特性,允许车位拥有者将空闲车位上传至区块链,实现车位实时共享并保证数据真实;利用预制在区块链上的智能合约,实现停车后自动缴费;利用区块链数据不可篡改且可追溯的特性,保证交易数据的真实性。最后通过搭建分布式区块链系统,并对系统进行测试,验证了该方案的可行性。

应用Hyperledger Fabric和物联网技术的农产品溯源系统设计

[目的]农产品作为国家战略资源,其质量安全备受大众关注,针对传统溯源系统存在数据存储中心化、共享信息不透明、安全性能不强等问题,本研究旨在为农产品复杂供应链提供溯源优化模型和平台,提升信息查询效率和安全性。[方法]本试验应用Hyperledger Fabric联盟链结合物联网技术设计出一种具备防篡改性、去中心化、可信度强、优于传统的农产品溯源系统,综合农产品全产业供应链环节的需求设计出3层系统架构,主要包含区块链层、物联网层及应用层。[结果]区块链层利用go语言制定相应的智能合约,并且采用链上CouchDB数据库存储账本信息和链下MySQL数据库存储管理信息的多级存储方式提升系统存储的可扩展性;物联网层应用STM32单片机结合多个传感器采集农作物种植环境信息并且将其集成在印制电路板上,减少人工干预,增加数据科学性;应用层主要采用Vue、Java、Html语言、RuoYi-Vue前端和SpringBoot后端分离框架设计出农产品溯源网页平台,包含原料生产、农户种植、加工仓储、物流运输以及分销批零环节,为用户提供数据上传、管理、分析、查询等服务。[结论]对整体系统的基础功能进行综合实验测试,构建包含5个关键环节的区块链组织,在网页平台中添加内蒙古燕谷坊燕麦胚芽米等现有产品,管理并追溯其基本信息,未出现试验错误,验证了整体方案具备可行性和实用性,能够为维护消费者权益和提升企业竞争力提供信息技术保障。

Hyperledger Fabric共识机制优化方案

针对Hyperledger Fabric使用固定背书节点处理交易所带来的安全风险和性能瓶颈问题,提出了一种非交互、可验证的随机化背书节点优化方案.基于“背书−排序−验证”的Hyperledger fabric共识模型,引入背书节点候选集,使用可验证随机函数随机抽取背书节点进行交易背书,实现了背书节点的非交互式可验证随机选取和背书过程的并行处理.分析和实验表明,优化后的共识机制具有更高的安全性和更快的交易处理速度.

面向Fabric的跨链可行性方法研究

随着区块链技术不断地发展,Fabric框架已成为目前最主流的联盟链框架。面对不同业务需求,区块链研发人员往往为不同的应用场景构建不同的区块链,这种单链架构的业务链面临业务复杂、吞吐率低、拓展难等风险,跨链技术能帮助简单业务链完成互操作从而实现复杂的业务功能。本文综合分析了目前主流跨链技术的优缺点,提出了基于中继链与跨链中间件的跨链模型,并在此模型下基于跨链协议、背书策略交易证明、跨链事务管理实现Fabric跨链智能合约互操作。经过实验与性能分析表明本文提出的方法是可行的。

基于Hyperledger Fabric的汽车供应链系统的方案设计与性能分析

当前的汽车供应链体系一般采用中心化的管理模式,供应链中上下游企业间数据交互困难,信息不对称,因此造成了供应链运行效率低下。另外,信息的不透明也导致了供应链中的信任问题。为此,文中引入区块链技术,采用超级账本(Hyperledger Fabric)作为开发框架,设计了一个基于区块链的汽车供应链原型系统,旨在为多方企业提供安全可信的交易服务。该系统具备访问控制和数据透明、可追溯且不可篡改等特点,同时通过设计的多通道架构,实现了企业合作中的隐私隔离。文中使用docker技术构建了实验环境,对功能接口进行了测试,通过对原型系统吞吐量性能进行实验分析,验证了该原型系统的可行性。文中引入"区块链+"的模式为传统汽车供应链的升级与转型提供了新的思路。

一种结合Fabric技术的电子存证方案

信息数字化的快速发展,大量司法证据电子化也带来了很多数据的安全、信任等问题。传统的存证方式在面对不断增长的电子数据存证需求时,逐渐地显露出成本高、效率低以及采信困难等不足,确保视频证据、语音记录、电子合同等电子司法证据的安全、可信逐渐成为一个必须解决的问题。针对上述问题,本文设计了一种基于超级账本技术的区块链电子存证系统,通过区块链的共识验证机制与星际文件系统结合,使得电子证据安全可信以及责任可追溯的同时,解决了电子证据的存储问题。最后,设计了访问权限控制方案,保证了用户数据的隐私。

基于缓存机制的Hyperledger Fabric并发冲突检测方法

Hyperledger Fabric(Fabric)是一个受关注度较高的许可链平台,具有高度模块化、可定制化和可插拔的特点。针对Fabric在高并发的场景下会出现并发冲突导致交易无效的问题,提出一种冲突检测与处理的方法,即利用缓存交易写集的方式在执行阶段检测交易是否冲突,最大程度减小冲突交易在Fabric系统的资源消耗。实验结果表明,在具有冲突交易的场景下,提出的方法能降低平均交易时延,提高系统有效交易吞吐量;并且在没有冲突交易的情况下,不会明显降低性能。