摘要:区块链作为一种去中心化、防篡改的分布式账本，其性能从根本上受共识机制效率 的影响。实用拜占庭容错算法以视图切换随机选取主节点的方式会导致安全问题，且在节点 较多时共识效率变低。针对这两个问题，提出了基于信誉投票的PBFT 改进方案。根据节点 划分机制评估节点的可靠性，动态地选取高信誉值节点来参与共识，降低恶意节点成为共识 节点的概率，增加系统的安全性；根据节点状态转移机制转换节点的角色，维持系统的正确运 行，提高系统的稳定性。将所提方案与PBFT 方案进行对比实验的结果表明：在系统长期运 行中，所提方案能减少共识过程中的拜占庭节点和通信开销，提高容错率和吞吐量。

摘要:针对区块链的电网云服务器数据存在数据共享困难和隐私泄露风险，提出一种基于双联盟链的智能电网 数据共享模型（DSDCB）。首先，基于星际文件系统（IPFS）在链下存储电力大数据，在链上存储IPFS文件指纹，并使用 多重签名公证人将电力数据共享给其他联盟链；然后，在保证隐私不被泄露的情况下，使用代理重加密结合安全多方 计算来进行单节点或多节点安全数据共享；最后，利用全同态加密算法在无需解密电力数据的情况下对密文数据进 行合理整合。DSDCB的单节点跨链数据共享模型能抵抗51%攻击、女巫攻击、重放攻击和中间人攻击。经证明当恶 意参与方少于k 个、诚实参与方超过1个时，DSDCB的安全多方跨链数据共享模型能保证数据的安全性与隐私性。仿 真对比表明，DSDCB的计算成本低于代理广播再加密（PBRE）和用于安全云存储的加密数据共享方案（CPBRE-DS）， 比一轮通信可验证全同态秘密共享（FHNVSS）方案更具有可行性。

摘要:针对当前数据交易过程中数据容易被拷贝的问题以及数据保密的实现，提出一种基于区块链与可信计算 的数据交易方案。首先，利用区块链记录数据信息、交易信息以及数据使用记录，这可帮助数据资产确权以及数据溯 源；然后，利用可信计算与加密算法来保证交易数据传输安全；最后，用数据主体与数据需求方提供的算法在可信计 算环境中完成计算，之后输出结果并加密返回给需求方。所提方案在确保数据主体不泄露数据的情况下，让需求方 可以使用数据进行计算，且通过可信加密保证了传输安全。

摘要:针对当前道路路边停车管理中存在的效率低下、交易不透明等缺点，提出了一个基 于区块链技术的道路路边停车管理系统。根据边缘设备终端的车牌识别算法采集停车信息， 将关键停车交易数据发送并存储至Web 服务器的MySQL 数据库缓存，之后由Fabric SDK 中间件存储到Hyperledger Fabric 区块链平台。该系统依靠区块链去中心化、链上数据不可 篡改的特点，在满足业务需求基础上提高了用户的隐私性和交易的可靠性。

摘要:针对区块链数据溯源系统中轻节点验证溯源信息时面临的存储问题，引入一种优化 Merkle 树动态追加性能的数据结构Merkle 山脉（Merkle mountain range, MMR），将区块 链上完整的区块头存入MMR；提出一种溯源数据高效可信的验证方法，降低了区块包含证明 所需信息的大小。在此基础上，设计了一种基于区块链的数据溯源系统的方案，将数据溯源所 需的通用模块封装起来，通过接口开放给溯源应用调用。该方案只需轻节点存储一个最新区 块的信息，就可以有效地验证溯源信息是否存在于区块链上。

摘要:物联网中的数据通常包含大量的隐私信息，为了防止设备协同过程中因越权访问造 成隐私数据泄露的问题，针对多域物联网设备协同场景提出了一套访问控制机制。将分布式 的基于权能的访问控制（capability-based access control, CapAC）与区块链技术相结合，设 计了存储于区块链的权能令牌以及基于智能合约实现的令牌管理合约。根据CapAC 的决策 方式，设计了基于区块链的令牌验证方法。针对物联网的特性进行优化，设计了区块链轻量化 节点。最后，搭建了区块链系统并实现了所提出的机制。实验测试结果显示，相比于中心化的 访问控制机制，该方案不但在大规模的物联网场景下安全准确地执行访问决策而且具有更稳 定的处理性能。此外，轻量化设计能够大幅度地降低节点存储负担。

摘要:随着数字货币的不断发展，区块链技术引起越来越多人的关注，而对其关键技术共识机制的研究尤为重 要。将区块链技术应用在物联网（IoT）中是目前研究的热点问题之一。共识机制是区块链的核心技术之一，其在去 中心化程度、交易处理速度、交易确认延迟、安全性以及可扩展性等方面对IoT产生了重要影响。首先对IoT的体系结 构特征以及资源受限问题造成的轻量化问题作了阐述，对在IoT中实现区块链所面临的问题作了简要概述，并结合比 特币的运行流程对IoT中的区块链需求进行了分析；其次，把共识机制分为证明类、拜占庭类和有向无环图（DAG）类， 研究了这些不同类别的共识机制的工作原理，在通信复杂度上分析它们与IoT的适应度，总结它们的优缺点，并对现 有的共识机制和IoT结合的架构进行了调研分析；最后，针对IoT面临的中心机构运行成本高、可扩展性差、安全性存 在隐患等问题进行了深入研究，分析结果表明，基于DAG技术的埃欧塔（IOTA）和Byteball共识机制在交易数量很多 的情况下具有交易处理速度快、可扩展性好、安全性强的优点，是未来IoT领域区块链共识机制的发展方向。

摘要:随着区块链技术的发展,各种具有不同特点、适用于不同应用场景的区块链如比特币、以太坊等公有链 以及私有链、联盟链大量共存.由于区块链的相互独立性,现存各区块链之间的数据通信、价值转移仍面临挑战,价 值孤岛现象逐渐显现.区块链的跨链技术是区块链实现互联互通、提升可扩展性的重要技术手段.对跨链技术领域 的成果进行了系统总结:首先,分析了跨链技术的需求及面临的技术难点;其次,总结了正在发展的跨链技术,并介绍 了24 种主流跨链技术的原理与实现思路;然后,综合分析了跨链技术存在的安全性风险,并列举了12 项主要问题; 最后,总结探讨了跨链技术的未来发展趋势. 关键词: 区块链;跨链协议;共识算法;价值转移

摘要:正闪电网络与雷电网络的设计已经将扩展性问题的解决引导向了主链之外的第二层,将不同需求的网络和主链网络分层,成了解决扩展性问题的一大趋势比特币作为第一个区块链应用与运行到目前为止最被信任的公链,其扩展性问题却持续

摘要:Cross-chain communication is one of the major design considerations in current blockchain systems [4-7] such as Ethereum[8]. Currently, Blockchain operates like information isolated island, they cannot obtain external data or execute transactions on their own. Motivated by recent studies [1-3] on blockchain's multiChain framework, we investigate the cross-chain communication. We introduces blockchain router, which empowers blockchains to connect and communicate cross chains. By establishing an economic model, blockchain router enables different blockchains in the network communicate with each other same like Internet network. In the network of blockchain router, some blockchain plays the role of a router which, according to the communication protocol, analyzes and transmits communication requests, dynamically maintaining a topology structure of the blockchain network.

摘要:A major challenge in blockchain sharding protocols is that more than 95% transactions are cross-shard. Not only those cross-shard transactions degrade the system throughput but also double the confirmation time, and exhaust an already scarce network bandwidth. Are cross-shard transactions imminent for sharding schemes? In this paper, we propose a new sharding paradigm, called OptChain, in which cross-shard transactions are minimized, resulting in almost twice faster confirmation time and throughput. By treating transactions as a stream of nodes in an online graph, OptChain utilizes a lightweight and on-the-fly transaction placement method to group both related and soon-related transactions into the same shards. At the same time, OptChain maintains a temporal balance among shards to guarantee the high parallelism. Our comprehensive and largescale simulation using Oversim P2P library confirms a significant boost in performance with up to 10 folds reduction in cross-shard transactions, more than twice reduction in confirmation time, and 50% increase in throughput. When combined with Omniledger sharding protocol, OptChain delivers a 6000 transactions per second throughput with 10.5s confirmation time.

摘要:Blockchain is a new technology for data sharing between untrusted peers. However, it does not work well with massive transactions. Besides, there are high barriers between heterogeneous blockchain systems. In this paper, we proposed an innovative component-based framework for exchanging information across arbitrary blockchain system called interactive multiple blockchain architecture. In our architecture, a dynamic network of multi-chain is created for inter-blockchain communication. We propose the inter-blockchain connection model for routing management and messages transferring. Additionally, our proposed protocols provide transactions with atomicity and consistency in crossing-chain scene. In the end, our experiment results based on a network of private multiple blockchain systems show that the throughput is increased by a number of chains parallel running.

摘要:随着全球互联网及数字化技术的高速发展,数据量呈指数级增长,又因为数据信息极具价值,所以对数据的存储和处理一直是世界范围内一个极为重要的问题。现代数据存储和处理手段基本都是中心化的模式,这是社会发展几千年的实践积淀的结果。中心化的好处是方便管理,执行度高,但也伴随一些问题,一是成本高昂,由于中心要存储和处理的数据量巨大,所以对硬件要求比较高,一般都采用大型服务器,而这些硬件的购买、运行和专业维护等费用不菲;二是效率较低,所有数据都要经过中心,中心负载巨大,且由于用户和中心的距离问题,会有不同程度的延时;三是数据的安全性得不到很好的保证,数据在中心的严格控制下,用户信息易被窥视和恶意篡改,一旦发生纠纷后,用户只能以中心的数据作为证据,用户将很被动,而且中心一旦被攻击者攻击成功,对数据的破坏程度相较于分布式存储来说也会大很多。如果采用区块链协议,这些问题几乎都会得到很好地解决。区块链技术去中心化的特性能够有效降低交易成本,再加上平等的点对点信任机制和高安全性,可以让交易更加便捷、直观、安全,非常适用于现代应用场景。区块链技术的这些特性使其具备了颠覆现有信任基础架构的潜力,典型应用场景例如金融领域,各类金融资产和电子商务交易都可以整合到区块链账本中,作为区链上的数字资产进行存储、转移和交易。虽然区块链技术经过多年的发展已经有了长足的进步,但仍不完美。就区块链技术的性能而言,还存在交易吞吐量低、共识时延长等性能瓶颈,与实际应用的需求还有一定差距;就区块链技术的发展而言,区块链是多领域、多组织的应用,不同组织所采用的区块链的也有所不同,比如共识机制、区块链架构等,因此区块链之间相互难以形成有效互联互通,信息隔离造局限了区块链的拓展性,束缚了区块链技术的进一步发展。而跨链技术的出现实现了不同区块链间的数据转移和通信,大幅拓展了区块链性能,扩大了区块链应用范围,但是现有跨链机制存在存储代价高昂、中心化风险以及安全性不高等问题。目前,区块链在许可环境下的应用是最广泛的,许可环境具有节点数量和状态可控等优点,因此本文也是在这一前提下开展研究的,主要工作如下:(1)本文提出在许可环境下的可信交易框架(Trusted Trading Framework,简称TTF),采用分组并发处理交易的策略,增加单位时间内交易处理能力,通过构建多层级区块链结构,以高层级区块存储第一层级块头的形式,在逻辑上拓展了区块容量,在保证性能的前提下,突破了区块大小的限制,即提高了区块链单位时间内的吞吐量;框架内通过动态选取部分对等实体代表全网实体进行交易验证,降低了验证时延的同时,避免了区块分叉,并有效杜绝了交易信息被恶意篡改并的可能,提高了系统的安全性;此外,每个对等实体保存有全网的交易信息索引,但仅保存自己的具体交易信息,所以每个对等实体虽然能检索其他对等实体的交易信息,却无法擅自查看交易详情,TTF不仅打破了单一中心机构对信息的垄断,还保护了交易信息的隐私性。(2)本文提出了一种基于预言机的对等异构跨链机制实现区块链的性能拓展。第一步是实现跨链通信:通过在各节点部署预言机获取跨链区块链的交互规则和目录节点信息,根据各区块链的共识机制动态获取其当前一组高可信的节点进行数据交互,保证跨链通信的一致性,并采用断言式的查询方式,有效降低了通信代价;由于预言机直接部署在区块链上,减少了对区块链的改造,增强了机制对不同区块链的兼容性,而且区块链无需直接与第三方通信即可获取信息,降低了存储代价。第二步是实现安全交易:由于每个对等链可以同时向多个其他对等链提供访问服务,为了防止双花,本文提出原子性跨链交易机制,基于数据的双向锁定,实现跨链交易的一致性,提高了交易安全性。

摘要:区块链技术可解决数字化资产可信度低下问题，但大多数解决方案存在交易吞吐量低下、共识延迟过高、 通信代价高、难以保证数字化资产全局一致性等方面的限制．许可区块链系统由高可信的节点组成，对特定组织开 放，拥有相对良好的网络环境，为区块链的性能扩展提供了新的选择．为支持许可环境中多中心的需求，该文提出 许可链多中心动态共识机制，设计两层区块链结构，构建主从多链，通过全局区块链链接多个主体区块链，保证数 字化资产的全局一致性，提高区块链性能．通过引入全局区块与主体区块实现交易分流，提高交易吞吐量；通过生 成动态验证节点集，设计全局一致性验证模型保证数字化资产的全局一致性；设计多主节点的ＰＢＦＴ协议，消除由 恶意节点作为主节点带来的交易延迟增加问题．通过安全分析与证明，许可链多中心动态共识机制可保证交易不 可篡改、预防Ｓｙｂｉｌ攻击等；通过实验验证，许可链多中心动态共识机制可实现秒级交易延迟、十万级交易吞吐量．

摘要:基于区块链技术的去中心化等技术特点，及比特币平台的平稳运行，该技术已成为目前金融领域的热点。其 技术框架中重要的一点就是它的共识机制，在去中心化的原则上解决了节点间互相信任的问题。区块链能在众多节点中 达到一种较为平衡的状态，也是因为共识机制。笔者重点介绍了部分流行共识算法，具体包括PoW、PoS、DPoS、PBFT， 并提出了共识算法的分析标准。