摘要:随着比特币的风靡和金融科技时代的到来,区块链技术也越来越受各国政府、组织和企业的关注。作为比特币的底层技术,区块链具有去中心化、防篡改和可追溯等特性,在征信、融资、债券、股权、知识产权以及不动产证明等领域具有广阔应用前景。共识算法是区块链的引擎与核心,决定系统能否满足分布式一致性,对系统吞吐量、交易确认时间、应用场景及容错性等方面也具有重要影响。在此背景下,本文提出了CBFT(Consortium Byzantine Fault Tolerance,拜占庭容错)算法,实验验证该算法的同时,将其应用于具体场景。本文的主要研究内容如下:(1)分析了区块链及其底层技术原理,重点介绍了以太坊区块链技术,分层阐述了以太坊架构模型,同时,分析了PoW、PoS等区块链共识算法的原理与实现,对PBFT等分布式一致性算法的结构和流程进行了说明,这些技术原理为区块链共识算法研究与改进提供了理论依据和技术支撑。(2)针对PoW等算法吞吐量低、交易确认时间长、应用场景及容错性问题,提出了在联盟链场景下,将拜占庭容错机制作为区块链共识机制,并加以改进,具体包括:结合以太坊区块链技术和拜占庭容错机制,转变共识网络的计算和处理模式,减少检查点等额外开销,同时,通过区块缓存机制提高共识效率,通过针对不同区块高度的同步与签名算法保证联盟链场景下数据一致性,通过智能合约技术实现节点动态变更功能。在此基础之上,设计并实现了CBFT算法,实验验证了该算法在吞吐量、交易确认时间等方面较比特币和以太坊等系统具有一定优势,同时具有一定容错性。(3)针对传统集中式仓单交易系统过度中心化、单点故障、伪造数据和难以规避票据市场风险等问题,将CBFT算法应用于仓单交易模型,重新定义了仓单交易模式。同时,在联盟链环境下,构建了基于该算法的仓单交易平台,通过模拟仓单挂牌交易业务的操作,验证了该算法在实际场景中能够满足需求,并有效地完成该业务的共识工作。

摘要:自2008 年比特币出现以来,研究学者相继提出了多种分布式账本技术,其中,区块链是当前分布式账本最 主要的实现形式之一.但当前区块链中存在一个核心问题:可扩展性瓶颈.具体而言,区块链的吞吐量严重不足,且其 交易确认也较为缓慢,这些因素极大地限制了它的实际应用.在此背景下,基于DAG(有向无环图)的分布式账本因其 具有高并发特性,有望突破传统区块链中的性能瓶颈,从而受到了学术界和产业界越来越多的关注和研究.在基于 DAG 的分布式账本中,最为核心和关键的技术是其共识机制,为此,对该关键技术进行了系统深入的研究.首次从共 识形态出发将现有基于DAG 的分布式账本分为以下3 类:基于主干链的DAG 账本;基于平行链的DAG 账本;基于 朴素DAG 的账本.在此基础上,对不同类型的共识机制本质原理及特性进行了深入阐述,并从不同层面对它们进行 了详细的对比分析.最后,指出基于DAG 的共识机制研究中存在的问题与挑战,并给出进一步的研究方向.

摘要:We present HotStuff, a leader-based Byzantine fault-tolerant replication protocol for the partially synchronous model. Once network communication becomes synchronous, HotStuff enables a correct leader to drive the protocol to consensus at the pace of actual (vs. maximum) network delay--a property called responsiveness--and with communication complexity that is linear in the number of replicas. To our knowledge, HotStuff is the first partially synchronous BFT replication protocol exhibiting these combined properties. HotStuff is built around a novel framework that forms a bridge between classical BFT foundations and blockchains. It allows the expression of other known protocols (DLS, PBFT, Tendermint, Casper), and ours, in a common framework. Our deployment of HotStuff over a network with over 100 replicas achieves throughput and latency comparable to that of BFT-SMaRt, while enjoying linear communication footprint during leader failover (vs. quadratic with BFT-SMaRt).

摘要:The surprising success of cryptocurrencies has led to a surge of interest in deploying large scale, highly robust, Byzantine fault tolerant (BFT) protocols for mission-critical applications, such as financial transactions. Although the conventional wisdom is to build atop a (weakly) synchronous protocol such as PBFT (or a variation thereof), such protocols rely critically on network timing assumptions, and only guarantee liveness when the network behaves as expected. We argue these protocols are ill-suited for this deployment scenario. We present an alternative, HoneyBadgerBFT, the first practical asynchronous BFT protocol, which guarantees liveness without making any timing assumptions. We base our solution on a novel atomic broadcast protocol that achieves optimal asymptotic efficiency. We present an implementation and experimental results to show our system can achieve throughput of tens of thousands of transactions per second, and scales to over a hundred nodes on a wide area network. We even conduct BFT experiments over Tor, without needing to tune any parameters. Unlike the alternatives, HoneyBadgerBFT simply does not care about the underlying network.

摘要:Classical-style BFT protocols use two or more rounds of voting to conrm each block, e.g., in PBFT, they are called the \prepare" round and the \commit" round respectively. Recently, an elegant pipelining idea came out of the cryptocurrency community, i.e., if each block required two rounds of voting, why not piggyback the second round on the next block's voting? We refer to this idea as the pipelined-BFT paradigm. We describe a simple partially synchronous blockchain protocol called PaLa that is inspired by the pipelined-BFT paradigm. In PaLa, a proposer proposes a block extending the freshest notarized chain seen so far. Consensus nodes vote on the proposal if certain conditions are met. When a block gains at least 2n 3 votes it becomes notarized. A block becomes nalized if the next immediate block becomes notarized too. We propose a conceptually simple and provably secure committee rotation algorithm for PaLa. We also describe a generalization called \doubly-pipelined PaLa" that is geared towards settings that require high throughput.

摘要:作为一种由互不信任的多方共同维护的分布式账本，区块链系统向外提供的 数据查询服务必须满足查询结果集未被篡改且完整性可验证的要求。区块链系统 中的查询主要分为两类：面向全节点的查询和面向轻节点的查询。其中，面向全节 点的查询需要全节点维护一份完整的区块链数据、参与共识且同步数据，存储、计 算和网络代价高昂；而在执行面向轻节点的查询时，查询方仅需维护区块的头部 信息来验证从其它全节点返回的查询结果集，成本显著降低。现有区块链系统大 多将区块数据存储在语义描述简单的Ｋｅｙ－Ｖａｌｕｅ数据库或文件系统中，如ＬｅｖｅｌＤＢ 等。然而，这类系统的查询接口单一，其能支持的面向全节点的查询类型有限。现 有工作大多通过将区块数据复制到链下数据库的方式提供更多查询服务，但区块 数据进行追加存储的方式极大增加了存储成本。对于面向轻节点的查询，查询方 需要验证来自不可信全节点的查询结果集的完整性。但是，传统区块链系统仅支 持简单的交易或状态的存在性证明，无法验证其他类型。而在外包数据库中广泛 采用的基于ＭＢ树的可验证查询方案，难以适配区块数据的更新特征，导致写入 性能低下，因而无法直接应用于面向轻节点的查询之中。鉴于现有区块链系统在 查询处理方面存在以上问题，本文主要完成以下工作： １．针对传统面向全节点的查询类型有限、处理性能低下的问题，本文为区块数 据添加关系语义，使其支持由选择、投影与连接等基本关系算子复合而成的 复杂查询。系统只存储一份区块数据，因而不增加额外的存储成本。此外， 由于同属一张表的交易按照其发生的时间线分布到多个区块，这显著增加了 Ｉ／Ｏ开销，本文设计了表级位图索引和层次索引来加速数据访问，优化了查 询处理，并最终显著降低了查询的响应时间； ２．由于面向轻节点的查询无法同时支持对范围和连接查询结果集的完整性的验 证，且传统验证结构例如ＭＢ树由于难以适配区块链以区块为单位的更新机 制，而面临写入性能低下的问题，本文设计了一种写入高效的验证索引结构 ＡＣ树（ＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｅｄＣｏｍｐａｃｔｅｄＴｒｅｅ），来支持可验证范围和连接查询。在ＡＣ 树中，数据更新都写入内存，当写入的数据量达到设定阈值之后再批量刷入 磁盘，从而减小索引更新对系统写入带来的影响。在ＡＣ树的基础上，本文 还设计了ＡＣ＊树来优化基于时间窗口的数据访问，基于ＡＣ树、ＡＣ＊树还能 够高效地支持可验证连接查询； ３．针对现有的面向轻节点的查询难以支持高效的可验证多维聚集查询的问题， 本文提出了基于密码学累加器的验证结构ＧＣＡ２树（ＧｅｎｅｒｉｃＣａｐａｃｉｔｙ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｅｄＡｇｇｒｅｇａｔｅＴｒｅｅ），其存储代价与查询维度线性相关，从而解决了 传统类似ＭＢ树的外包数据库中的验证结构随着查询维度的增大而表现出的 性能急速衰减、存储代价急剧增加的问题。基于该结构，本文设计了可验证 多维聚集查询算法，单个验证结构可以支持一张关系表上任意维度组合的多 维聚集查询。本文还进一步提出多区块批量处理与验证结构合并两种优化策 略，极大地降低轻节点的网络与验证开销； ４．综合已有区块链系统查询功能和性能不足的问题，本文设计实现了一款面向 丰富查询的区块链数据库系统——ＳｔａｒＣｈａｉｎ，并集成了本文提出的关键技术， 包括：全节点查询优化，高效的面向轻节点的可验证范围、连接和聚集查询。 本文在评测基准ＢＣｈａｉｎＢｅｎｃｈ上进行了广泛的实验，实验结果表明本文提出 的方法是有效与可行的。综上所述，本文主要针对已有区块链系统在查询处理方面的功能和性能上的 不足，为区块数据添加了关系语义使其能支持多种类型的查询，从而克服了区块 链采用Ｋｅｙ－Ｖａｌｕｅ数据库作为存储引擎所带来的查询功能单一、查询优化机制不足 的问题。在此基础上，我们为全节点和轻节点分别设计了新颖的索引结构和验证 结构提升了全节点和轻节点的查询性能。最终，我们将以上理论成果集成到自主 可控的区块链数据库——ＳｔａｒＣｈａｉｎ上进行了实验验证，其结果表明了本文所提方 法是有效的。

摘要:近年来，物联网（ Internet of Thing, IoT ）技术及其创新应用，在智能制造、 智能家居、智慧城市等领域迅速发展，改变了原有的生产模式，也为人们的生 活带来了前所未有的便利。但是，无处不在的物 - 物互联和人 - 物数据交换，也对 敏感信息的采集、传输和交换过程提出了更高的安全保障要求；而物联网海量 节点数据交换引发的超大规模并发数据处理需求，更是对现有数据中心计算、 存储和稳定服务能力的巨大挑战。 具有去中心化计算特性的区块链技术，天然地为高并发问题提供了一类解 决方案。但在敏感信息安全保障方面，运用区块链技术还必须考虑以下两个关 键问题：非信任环境下物联网节点在数据传输、共享与处理时的可信计算问题； 海量物联网节点之间频繁信息交换时的数据隐私性与安全性。 本文针对上述问题，从可信计算和隐私保护两方面提出了基于区块链的物 联网节点信息安全解决方案。本文主要贡献和创新点如下： 1 ．在可信计算方面，提出了两类模型：针对现有无线传感器网络（ Wireless Sensor Networks, WSNs ）恶意节点检测方法无法保证检测过程的公平性与可追溯 性的问题， 提出一 种无线 传感器 网络恶意节 点检测 的区块 链信任 模型 （ Blockchain Trust Model for Malicious Node Detection in WSNs, BTW ），该模型 将智能合约和 WSNs 四边定位方法相结合，实现了三维空间上恶意节点的检测， 并分布式地将投票的共识结果记录在区块链中。不仅可有效检测 WSNs 中的恶 意节点，还保证了恶意节点检测过程的可追溯性；针对物联网非关键数据频繁 交换典型场景中存在的交换等待时间过长的问题，构造了时延控制 Petri 网模型 （ Delay Control Petri Nets, DCPN ），并提出一种实时的区块链非关键数据频繁交 换策略（ Real-time Exchange Strategy for Frequent Exchange of Non-critical Data with Blockchain, RES-FENDB ），通过对数据交换发起方的信用进行量化评估，有选择地进行信用背书，在“高频率、非关键”的数据交换中可有效控制时延， 从整体上提高非关键数据频繁交换的认证效率。 2 ．在隐私保护方面，针对边缘计算场景下智能设备敏感数据的交换问题，提出一种基于同态加密区块链的智能家居系统模型（ Smart Home System Based on Paillier Encryption Blockchain, PEB-SHS ），并设计了一种同态加密区块链隐私 保护算法（ The Privacy Protection Algorithm Based on Paillier Encrypted Blockchain, P2A-PEBC ）。通过对用户的敏感数据实施同态加密和分发保护机制，为面向边 缘计算的智能设备数据交换提供了更为安全的隐私保障。

摘要:区块链技术作为数字加密货币的底层技术，随着比特币在科技界及金融 界的活跃而备受关注。其去中心化、透明可信、不可篡改等特质，也为智能 合约提供了可信的执行环境，保障了智能合约的公平公正执行。以太坊基于 区块链技术，提供了智能合约的完整解决方案，使区块链的应用领域得以扩 展。近年来，众多行业联盟应用联盟链解决去中心化问题并取得成效，使得 联盟链成为企业级应用的首选。由于区块链中的交易存储于全局账本中，智 能合约的整个生命周期均全网广播并被记录，这使得合约的隐私无法得到保 障。同时，以太坊现阶段仍采用工作量证明机制实现数据的一致性，而该共 识机制并不适用于联盟链环境。 针对以上问题，本文基于以太坊联盟链展开研究，通过对区块链相关技 术，智能合约技术以及所涉及密码学技术的研究，提出一种基于盲签名技术 的智能合约模型。模型融入指定验证者的部分盲签名算法，该算法的限制验 证性、不可否定性以及部分盲性保证了智能合约的隐私性。同时针对工作量 证明机制的效率低下及算力浪费等问题，提出采用 PBFT 作为模型的共识机 制，并对其加以改进，设计了适用于联盟链应用的改进的实用拜占庭容错算 法。最后本文基于所提出模型，搭建了一个简易的去中心化股权转让系统， 该系统中交易相关操作通过区块链中智能合约实现。

摘要:该PPT介绍了区块链的概念与本质，讲了区块链的一些应用以及面临的一些技术挑战。

摘要:本报告主要是从中央顶层设计到地方发展规划，从技术创新到落地应用，从专项政策到配套政策，对中国区块链行业相关政策进行了详细的回顾、总结和趋势分析。该报告第一部分梳理了中国区块链政策主要现状及发展历程，理清区块链政策发展路径;第二部分和第三部分主要对我国区块链政策进行了全方位的盘点和梳理，以全面了解中央和地方区块链政策现状;第四部分和第五部分主要是基于前三部分的内容，对我国区块链监管政策和扶持政策的方向和趋势做了深度分析，从市场监管、信息管理、服务提供、加密资产管理等多个维度总结了区块链监管趋势;此外，还分别从中央单位、技术层面、产业层面、以及行业应用层面分析了区块链政策发展趋势。

摘要:当前，在各部委、地方政府的大力支持下，区块链技术的这些重要价值促使现价段大批企业纷纷加入区块链布局，探索区块链技术发展之路。截止到目前为止，区块链行业已经涌现了一大批企业，其中以初创企业为主，包含传统上市公司以及各大互联网巨头。区块链在金融、政务、能源、医疗、知识产权、司法、网络安全等行业领域的应用逐步展开,正成为驱动各行业技术产品创新和产业变革的重要力量。为全面掌握我国区块链企业发展的整体态势，把握区块链企业发 展的最新动向，赛迪区块链研究院对截止到 2019 年，我国区块链企 业发展进行了整体分析。

摘要:为了在全球区块链产业竞争中抓住机会、发挥中国技术和人才优势，营造区块链发展的有序创新环境，激发企业的研发热情，加快区块链技术和应用的发展，本报告梳理了区块链技术的发展阶段和政策现状，深入了解区块链企业的需求，分析区块链产业发展情况，发掘 区块链应用的场景和价值，为相关部门提供产业引导和监管思路。报 告主要内容共有七个章节，第二章概述了近两年区块链技术更新迭代 情况，第三章以全球视角分析各国监管政策和产业发展动态，第四、 五章展示了国内产业生态以及杭州区块链产业发展情况，第六、七章 针对目前杭州市区块链发展不足提出加快发展的政策建议。

摘要:区块链技术在建设网络强国、发展数字经济、助力经济社会发展等方面有重要作用。围绕国家重大发展战略，深刻领悟和学习习近平总书记关于加快推进区块链产业健康发展的重要精神，为更好把握区块链技术和产业为我国社会经济带来的重大发展机遇，掌握各地区区块链产业发展现状，研判区块链产业发展趋势，赛迪区块链研究院在2018 年中国区块链城市发展水平评估报告的基础上，再次从政策、科研、人才、产业、资本等多个视角，对我国45座重点城市区块链产业发展水平情况进行全面、科学评估，便于社会各界对我国各地区区块链发展水平有较为全面认识。

摘要:区块链是我国核心技术自主创新的重要突破口，对于促进浙江省经济高质量发展具有重要作用和战略意义。为深入贯彻落实党中央、国家有关政策要求和精神，充分发挥浙江省数字经济产业优势，夯实浙江省区块链技术和产业发展基础，加快推动浙江省区块链技术创新应用和产业健康发展，特制定本规划。重点突破涵盖安全隐私保护、开放跨链协议、高效链上链下协同和安全智能合约机制等区块链应用支撑技术。加快推进区块链“新基建”，重点加强区块链软件和硬件的国产、自主、可控一体化应用研究。

摘要:区块链与各传统行业都存在结合点，但是根据不同行业的数字化程度、业务场景的差别，部分行业与区块链技术的结合将更快速和更深入。硅谷洞察研究院通过对全球学术前沿研究成果的分析发现，学术界对于区块链技术结合行业的探索重点分为两类。第一类是实体行业。第二类是技术领域。硅谷洞察研究院以全球知名的SCIE顶级期刊及会议为数据源，根据期刊影响力因子排名、论文引用数等指标，挑选出2018年度影响力最大的52篇论文作为分析对象，详细分析了这些论文所涉及的话题、行业，以及它们提出的解决方案。