关键词： 网络空间安全   区块链   量子密钥分发   零知识证明   智能合约  

摘要： [目的/意义]在网络空间安全领域，密钥安全是保障数据流通的关键环节。尽管区块链基础设施提供了共识机制和密码学工具，但是在实际应用中，账户权限和数据访问的管控仍依赖于密钥管理的严密性。若密钥生成、操作或使用不当，将会引发严重的安全隐患，特别是在政务领域，关键数据的存储和访问控制尤为关键。针对此类挑战，以政务数据保护场景为例，提出了基于量子密钥分发和零知识证明技术的区块链密钥安全保护方案。[方法/过程]首先，借助量子密钥分发技术的量子物理属性，构建在网络空间安全框架下的区块链密钥传输安全信道。通过与政务领域密码学安全服务的协同作用，实现更为可靠、抗侧信道攻击的密钥管理系统。其次，利用预先置入区块链的零知识证明智能合约，在不暴露用户密钥的前提下，对用户身份进行验证，实现自动化重要数据的访问验证。[结果/结论]基于量子密钥分发和零知识证明技术的区块链密钥安全方案，为政务数据保护提供了有效的解决方案。通过构建安全的密钥传输信道和自动化的身份验证机制，有效地防范了密钥管理中可能出现的安全隐患，特别是在政务领域，提升了关键数据的存储和访问控制水平，规避了人为错误和恶意操纵风险，有效地提升了网络空间的安全水平。

关键词： 联邦学习   激励机制   Shapley值   智能合约   贡献评估  

摘要： 联邦学习(Federated Learning,FL)是一种在保护数据隐私的前提下,通过协同学习来训练模型的新范式。在这种范式中,每个参与者利用自己的数据和计算资源在本地训练模型,而不需共享私有数据。但不同参与者的数据和算力资源各异,导致资源丰富的参与者通常不愿与他人合作训练模型。因此,联邦学习需要一种公平的激励机制,给予参与者合理的奖励,从而吸引拥有更多更高数据质量的参与者加入联邦学习中。目前,由于Shapley值在解释模型决策领域具有优势,基于Shapley值贡献评估的激励机制成为了主要研究方向,这种方法确保了贡献评估算法的有效性和公平性。但存在无法保证计算结果的可信性的问题。同时基于传统Shapley值的贡献过程还存在计算复杂度随参与者增加而指数增加的问题。 为解决上述问题,本文采用联盟区块链与智能合约技术提出了一种基于Shapley值和智能合约的贡献评估与奖励框架。解决了传统激励机制中对第三方机构的依赖限制,借助区块链的去中心化特性消除了单一中心化机构带来的信任问题。此外区块链的可溯源性确保了贡献评估与奖励分配过程的透明性和可追溯性。在贡献评估算法方面,本文提出了一种多重引导截断梯度Shapley(Multi-GTG Shapley)算法。该算法利用梯度更新重新构建模型,从而避免了成本高昂的重训练过程。进一步地,为了解决SV计算时间复杂度随参与者增加而激增的问题,设计了一种逻辑分组的N叉树结构与SV分层分组分配算法,优化了Shapley值的计算过程。在此结构中,参与者被分为若干小组,组内采用GTG-Shapley算法计算SV,组间通过N叉树形式连接。SV的计算从叶节点开始,沿着树向上进行,直至根节点。然后通过分层分配算法,从根节点向叶节点更新SV,以确保每一层的SV分配既高效又准确。 并通过实验验证了基于联盟链的智能合约满足了多任务环境中的性能需求。同时验证了Multi-GTG Shapley算法在不同数据分布下的有效性。此外,本文还设计了针对计算节点的毒害攻击检测与信誉机制与奖励分配机制,以增强贡献评估与奖励框架的可信性与公平性。

关键词： 物联网(IoT)   区块链   智能合约   公平支付   数据完整性验证   数据共享  

摘要： 基于物联网(Internet of Things,IoT)技术的智慧城市可以实现城市交通、能源、环境和安全等各个领域的智能化。通过云存储服务器收集智能化终端数据可以有效提升城市管理效率的同时,数据安全问题日益严峻。现有的云存储服务器虽然能提供强大的存储资源和算力,但存在单点故障、信息泄露等安全风险。此外,在数据共享过程中,对云存储服务商的过分依赖限制了用户对其数据的访问和控制能力。实际应用场景中,共享系统缺乏对参与方诚实行为的约束能力,导致恶意参与方窃取、篡改用户数据,交易公平无法保障。 针对上述挑战,本文在智慧城市场景中提出基于区块链的数据去中心存储解决思路,设计支持非交互式完整性验证的数据存储方案和基于代理重加密技术的数据安全共享和公平支付方案。具体贡献如下: (1)在深入分析现有数据完整性验证方案的基础上,针对基于云的数据存储系统中出现单点故障、信息泄露等安全问题,将区块链、智能合约以及基于密码学的非交互式数据完整性验证算法运用到智慧城市物联网数据存储中,提出基于区块链的物联网数据去中心存储方案。改进现有数据验证挑战-应答的数据交互模式,结合以太坊区块链设计非交互式数据完整性验证机制,实现远程存储数据的完整性验证;利用智能合约设计公平支付方案,针对恶意节点设置惩罚措施,促使网络节点诚实地参与数据存储交易,实现存储服务-支付公平。该数据存储方案在满足了数据完整性和交易公平性的同时,摆脱了对第三方审计(Third-Party Auditor,TPA)的依赖。理论分析和实验评估证明了所提方案的有效性和实用性。 (2)在分析现有物联网数据安全共享方案的基础上,针对云存储系统数据共享中出现的隐私泄露、交易抵赖等问题,设计基于区块链的数据安全共享和公平支付方案。引入代理重加密技术对数据共享密钥进行安全转换,实现远程存储数据的安全共享;利用智能合约设计密钥和密文共享交易的公平支付方案，针对恶意节点设置惩罚措施,在不泄露明文信息的前提下实现数据安全访问,有效防止参与方的欺诈行为,确保数据共享服务-支付公平。性能分析和实验评估结果表明,该方案在满足去中心存储数据共享公平性与隐私性的同时,有效提升了数据共享交易的效率。

关键词： 区块链   智能合约   二层扩容   乐观卷叠   资产交易所  

摘要： 区块链技术目前正处于快速发展阶段,各个领域针对区块链技术的的研究和应用越来越多,已经展现出成为下一代互联网的潜力。然而,随着近年来区块链网络中的交易量急剧增加,出现了网络堵塞和交易费用激增等问题,这些问题在数字资产交易方面尤为明显,因此,如何平衡和提升区块链的扩容性、安全性和去中心化程度逐渐成为主流研究的焦点。一方面,区块链的Rollup(卷叠)二层扩容方案有助于提升整体网络的扩容性并且可以继承主链的安全性。然而,另一方面,其通常需要一个中心化机构或节点来完成交易打包工作,并且在卷叠包验证方面存在大量冗余,验证效率还存在提升空间。因此,为了提升验证效率、扩容性能和去中心化程度,本文对相关技术和应用进行了以下研究工作:(1)提出了一种基于对赌协议的多分法交互式欺诈证明的二层卷叠包验证方法。首先,通过利益激励机制吸引参与节点,并采用非对称加密方法为其分发身份;其次,通过智能合约技术和安全隐私控制方案,对赌节点通过设计的对赌协议进行下注工作;并且,使用了两轮有效性证明以及El Gmail加密方法来保障下注者的隐私以及整体下注、参数计算工作的安全性。最后,智能合约根据下注结果计算生成参数D并传给验证者,验证者根据D分法策略对卷叠包进行交互式欺诈证明挑战,完成验证工作;(2)提出了一种基于多分法交互式欺诈证明的数字资产交易框架。通过分析发现,传统的交易行为可被分离为交易生成和交易确认两个阶段,前者将由外部交易撮合系统完成,后者发送至区块链系统进行;生成的交易由二层Rollup网络通过设计的选举型拜占庭容错算法(EPBFT,Electoral Practical Byzantine Fault Tolerance)进行共识,共识完成后对赌节点对共识结果下注,对赌协议计算下注结果生成参数D,验证者针对生成的卷叠交易包进行验证挑战,确认安全后完成交易确认阶段,交易被确认在主链及外部存储系统上永久存证。该交易框架可以显著降低交易成本,并在继承主链安全性的同时提升交易系统的性能和去中心化程度,为基于区块链网络的高频交易应用提供了可行解决方案。

关键词： 区块链   智能合约   去中心化金融   价格操纵攻击   预言机喂价  

摘要： 随着区块链和智能合约技术日益发展,去中心化金融开始在众多领域中崭露头角,然而去中心化金融领域中安全事件频发,各类攻击事件已然严重阻碍去中心化金融生态发展。经统计,在各种攻击类型中价格操纵攻击的占比达20%以上。 去中心化金融中金融业务需要由代码自动化执行,因此资产的价格由自动做市商算法决定。简单而言,自动做市商算法中资产价格取决于资产池中资产的存量,而价格操纵攻击正是通过改变资产池中资产的存量来操控资产链上价格,从而攻击金融项目的结算机制以实现不当牟利。时至今日,价格操纵攻击已然成为去中心化金融生态中最主要的安全威胁之一。 目前业界主流的安全防御方案是通过预言机引入链下价格数据源,预言机从链下获取不易被操控的链下价格,并将链下价格更新上链以供金融项目结算以防止价格操纵。然而链下价格数据需要由预言机主动发起交易,且等待矿工将交易打包并共识上链后才可被链上智能合约使用,预言机需要为每一次喂价交易支付手续费,因此频繁的价格数据更新会导致预言机的维护成本高昂,无法满足工业界需求。 为解决上述问题,本文提出一种针对价格操控攻击的防御技术,通过链下价格来指导链上价格操纵行为的识别,以合约代理的形式实现对价格操纵交易的拦截,并通过低频的价格获取降低交易提交的频率和链下数据更新上链的成本,进而实现价格操控攻击的防御成本和识别精度之间的折中。 具体而言,本文提出了一个价格操纵防护框架PriceSecure,该框架通过预言机获取链下价格,以链下价格作为判断链上价格是否被操纵的依据,并通过代理调度合约拦截价格操纵攻击,由于PriceSecure框架解除了链下价格与结算价格的绑定,因此预言机可以降低喂价频率以减少维护成本。同时,本文基于PriceSecure框架提出了一种资产真实价格计算方法和一种异常价格判定标准,为去中心化金融生态中真实价格的获取和异常价格的判定提供新的思路和方案。 实验表明,PriceSecure框架在降低预言机38%以上运维成本的前提下,对价格操纵攻击的防御率达到97.5%,是当前应对价格操纵攻击的有利选择。

关键词： 区块链   数据共享   智能合约   可信认证   信誉评价  

摘要： 数据共享作为一种释放数据价值的良好方式备受关注和研究。云计算技术的发展为数据共享来了弹性的数据存储和管理能力,共享数据的存储和访问效率得到了极大的提升,本文以云环境下的数据共享为背景展开研究。目前,绝大多数研究基于假定的集中式可信机构设计数据共享方案,但往往忽略了集中式信任存在的根信任和数据安全问题而导致系统整体可信性不高。区块链作为一种基于密码学和分布式技术的去中心化信任、透明和防篡改的分布式记账技术,为现有根信任和单点故障问题提供了解决方案。目前许多研究基于区块链和CP-ABE技术探讨数据共享问题,但普遍都依赖于集中式的密钥管理机构,存在较大的认证安全和数据泄露的风险。此外,针对数据共享的研究缺乏对用户行为要素的考量忽略了信誉对于数据共享的影响,本学位论文针对现有可信数据共享所存在的问题提出了两种解决方案,本研究主要工作如下: (1)针对云环境下数据共享存在存储服务商和权威机构的根信任问题,提出了一种基于区块链结合PKI认证支持的可信数据共享方案。通过对传统的PKI模型改进,结合区块链设计了符合数据共享场景的可信方案,为数据共享实体提供可信认证。本文在智能合约中实现了支持实体可信认证和可靠访问控制的数字证书,还设计了数据读写摘要块实现数据的完整性和访问审计,同时通过安全的密码算法保证数据交互的安全性,最后通过方案和实验分析证明了所提方案的安全性和可信性。 (2)针对数据共享缺乏用户行为要素分析和实体信誉评价机制,使得数据共享面临用户和数据信任风险等问题,本文提出了一种基于以太坊智能合约的可信数据共享信誉评价方案。在原有方案上进行拓展,优化了原数字证书结构,并采用IPFS链下存储方式降低了证书的管理开销。以ERC-1329代币作为信誉载体构建了规范的数据共享信誉评价机制,并提出了公证权威选择算法保证公证权威的公平性。通过对数据共享事务和行为要素的解构,设计了细粒度的信誉评价模型,保证系统实体和数据的整体可信。 综上所述,本文提出了一种基于区块链的可信认证数据共享方案,解决了数据共享中心化信任依赖和缺乏用户可信认证和数据访问控制的问题,保证了数据共享系统的可信性和数据安全性。然后提出了一种基于区块链的数据共享信誉评价方案,解决了数据共享缺乏行为要素分析和信誉评价机制导致的用户和数据不可信的问题。

关键词： 区块链   共识机制   溯源   智能合约   肉牛产品  

摘要： 随着当今畜牧业的快速发展,畜牧产品已经成为人们日常生活中必不可少的消费品之一。然而当前市面上存在大量伪劣的畜牧产品,特别是假牛肉、注水牛肉等,严重损害消费者的权益,对消费者的身体健康带来了极大的安全隐患。为了保证畜牧产品的质量安全,建立来源可溯、过程可查、去向可追的溯源系统是一种行之有效的解决方式。但是,传统的溯源系统由中心化机构进行管理,容易出现单点攻击和单点故障等问题,给人工篡改数据埋下了隐患,同时,各供应商之间的信息孤岛也会给溯源过程带来阻力。因此,需要将区块链技术引入溯源系统中,借助区块链技术去中心化、数据不可篡改、公开透明等优势,打破各机构之间的信息壁垒,保证肉牛产品全过程数据的安全可靠,既可以提高肉牛产品的市场竞争力,也可以增强消费者的信心。基于上述考量,本文的主要研究工作包括以下两点: (1)针对区块链技术中传统共识机制存在的资源浪费、共识效率低下和寡头垄断等问题,提出多链决策反馈共识机制,用于应用在区块链溯源过程中。该共识机制涉及肉牛产品在养殖、屠宰、加工和销售等各个阶段,采用多链结构,主链整合子链,多条子链之间并发进行,可以提高共识过程效率,并起到数据隔离、链式容错的作用;引入共识组的概念,由共识组成员共同确定共识结果是否达成;通过领导者选举算法确定每轮共识过程中的领导者节点,确保可信度最高的节点有最大的概率当选为领导者节点;设置布隆过滤器,提高数据检索效率;子链领导者节点采用人工神经网络对肉牛数据进行决策,提高决策结果的泛化能力;采用特设的反馈过程和奖惩机制,避免节点作恶的可能性。最后,对多链决策反馈共识机制进行实验分析,证明该共识机制具备安全性和可用性。 (2)将提出的多链决策反馈共识机制与实际场景相结合,构建肉牛产品区块链溯源系统;搭载Hyperledger Fabric区块链平台;使用Go语言编写智能合约;采用Docker容器模拟区块链节点;使用docker-compose编排容器节点,运用星际文件系统对大体量数据进行链下存储,最后将系统部署在Ubuntu平台中。实施结果表明,系统可以通过溯源标识码对肉牛产品在养殖、屠宰、加工、销售过程中产生的数据进行溯源,能够满足肉牛产品的溯源需求,具备良好的应用价值。

关键词： 属性基加密   区块链   访问控制   轻量级   智能合约  

摘要： 随着大数据、云计算、物联网等技术的不断发展,用户对数据的隐私保护需求日益凸显。作为保护数据隐私的核心技术之一,访问控制在防止数据非法访问方面扮演着关键角色。然而,传统的访问控制机制存在粗粒度、效率低、安全性差、单点故障等问题,难以满足现实场景的需求。因此该文围绕密文策略属性基加密(CiphertextPolicy Attribute-Based Encryption,CP-ABE)和区块链展开研究。CP-ABE以其细粒度的访问控制能力,为多用户之间的数据共享提供了有力支持,而区块链以其不可篡改、去中心化的特性,为数据的安全性提供了更大保障。该文的主要工作如下: (1)研究发现医疗系统中的电子病历在存储、验证、共享的过程中给患者的隐私带来各种风险,因此提出一种单机构的可追踪CP-ABE方案实现电子病历的安全共享。该方案将区块链和星际文件系统(Inter Planetary File System,IPFS)相结合确保数据存储的安全性同时有效减轻区块链的存储负担。当用户恶意泄漏自己的属性密钥时,属性机构可以利用智能合约追踪到恶意泄露的用户。实验结果表明,随着属性数量的增加,该方案的总体耗时低于对比文献。 (2)研究发现现有的基于国密的CP-ABE方案较少且大多数CP-ABE方案存在计算开销较大的双线性配对运算,不适用于资源受限的物联网设备,因此提出一种多机构的国密轻量级CP-ABE方案。该方案将双线性配对运算替换为椭圆曲线中的标量乘法并利用外包解密有效减少用户端的计算开销。通过多个属性机构对属性密钥进行分发管理避免单点故障问题。实验结果表明,该方案在各阶段耗时均达到毫秒级并在属性个数大于50时低于对比文献。 (3)基于上述两点内容,设计并实现了一个医疗数据访问控制系统。该系统集成了单机构的可追踪CP-ABE方案和多机构的国密轻量级CP-ABE方案,分别实现了对电子病历和医疗物联网数据的细粒度访问控制。通过模拟系统功能的具体流程,为医疗数据的安全共享提供了实践参考。

关键词： NFT   追续权   智能合约   版税   数字藏品  

摘要： 在数字艺术品交易中形成了一种私域秩序，即通过智能合约实现的类似于追续权的版税制度。但NFT数字艺术品的创作方式、表现形式以及传播渠道不同于传统艺术品的，使产业的主体地位与获利方式均发生变化。故传统艺术品行业为追续权提供法理支持的观点，并不能够继续为NFT的版税设置提供法理支持。版税制度在功能论上的必要性由传统的利益再分配转变为社区维护，以适应产业的变化与发展趋势。在功能转变后，NFT版税虽形式上类似于传统追续权制度，实则是NFT发行方基于社区维护职责而对社区成员（即NFT持有者）所拥有的权力。但是这一制度目前缺乏与之对应的持有者权利。NFT数字艺术品产业监督管理的相关行政法规应当明确版税设置的条件，以及版税收取后的使用规则，并在制度的构建中赋予NFT持有者对抗这种权力的权利，如知情权和投票权等。

关键词： 智能合约   区块链   法律规制  

摘要： 智能合约具有去中心化、自动履行、不可篡改等特性,是以区块链技术为支撑,能够自动执行全部或部分存储在区块链平台上的当事人达成的计算机化交易。因其具有降低欺诈损失、诉讼和执行成本以及其他交易成本等的经济目标,智能合约逐渐成为全球关注的焦点,对金融交易、物联网、知识产权、社会公益等领域产生重要影响。随着区块链技术的蓬勃发展,智能合约的应用也不断扩展到其他领域,势头愈发强劲。我国也充分认识到智能合约的优势,将其视为我国数字经济时代建设国家新型基础设施体系的新兴工具,为我国迈入人工智能时代奠定基础。然而,智能合约在便利生活、革新交易形式的同时,也不可避免产生了种种新型冲突,对我国现行法律制度规范提出挑战:一方面,智能合约的自动执行性等特征导致其面临合同效力难判定、履行规则适用受限、语言转化失真、合同解释存在分歧等实体法问题;另一方面,智能合约去中心化的特性以及自我解决纠纷的能力,冲击着司法审判制度,令司法审查权面临被架空的危险。此外,面对智能合约的高技术底色而带来的违法犯罪隐患,现行监管手段略显无力。因此,我国应当立足本国智能合约发展现状,汲取英美行之有效的法律规制经验,一方面通过前瞻性立法,确立智能合约的法律地位,完善智能合约法律体系;另一方面通过多元纠纷解决机制强化程序法律规制。与此同时,还应当构建多层次、全方位的智能合约监督机制,弥补智能合约自身运行缺陷,确保交易安全。本文除绪论外,共分为四个部分。第一部分阐述了智能合约的理念发展、架构和运行机制,并在此基础上界定其法律属性;第二部分结合当下智能合约法律规制现状,分析我国智能合约法律规制的三重困境;第三部分介绍了英美两国对智能合约在理论与实践方面的探索情况,并对其法律规制成果进行分析,提出了可供我国借鉴的经验;第四部分针对我国智能合约面临的三重法律规制困境,提出相应的建议和解决措施,以完善我国的智能合约法律规制体系。