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区块链在量子时代的机遇和挑战

电子科技大学学报 2022年第2期51卷 162-169页

作者：颜世露相里朋崔巍华南理工大学自动化科学与工程学院广州510640 工业和信息化部电子第五研究所广州511300

区块链是随着数字加密货币而逐渐兴起的一种全新的去中心化基础架构。以区块链为底层技术的应用范畴早已超越数字加密货币,延伸到了金融、经济、科技和政治等各个领域。与此同时,具有重大科学意义和战略价值的量子科技正在迅速发展,在... 详细信息

区块链是随着数字加密货币而逐渐兴起的一种全新的去中心化基础架构。以区块链为底层技术的应用范畴早已超越数字加密货币,延伸到了金融、经济、科技和政治等各个领域。与此同时,具有重大科学意义和战略价值的量子科技正在迅速发展,在即将到来的量子时代,区块链将面临量子科技带来的前所未有的机遇和挑战。主要体现为:一是强大的量子计算对区块链密码体系造成极大威胁,二是在区块链中应用量子科技能有效提高系统的安全性。分析了量子计算攻击区块链的不同方式,指出量子科技赋能区块链的发展现状和趋势。“区块链+量子计算”的交叉融合研究具有重大的现实意义,量子区块链必将成为未来高新技术产业的研究热点。

关键词：区块链数字加密货币量子计算量子科技

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区块链公链应用的典型安全问题综述

软件学报 2022年第1期33卷 324-355页

作者：魏松杰吕伟龙李莎莎南京理工大学计算机科学与工程学院江苏南京210094

区块链作为互联网金融的颠覆性创新技术,吸引学术研究和工程应用领域广泛关注,并被持续推广应用到各种行业领域中.以公有链为代表的区块链系统具有弱中心化、信任共识、平台开放、系统自治、用户匿名、数据完整等特点,在缺乏集中可信的... 详细信息

区块链作为互联网金融的颠覆性创新技术,吸引学术研究和工程应用领域广泛关注,并被持续推广应用到各种行业领域中.以公有链为代表的区块链系统具有弱中心化、信任共识、平台开放、系统自治、用户匿名、数据完整等特点,在缺乏集中可信的分布式场景中实现可信数据管理和价值交易.但区块链作为新兴信息技术,由于自身机制和周边设施不够完善、用户安全观念不够成熟等原因,也面临安全威胁和挑战.本文首先介绍了区块链技术,回顾其面临的安全风险;其次以比特币和以太坊两个典型系统为例,剖析了针对面向代币交易和应用的区块链系统的各类安全威胁以及应对方法;接着分析了钱包交易所等区块链周边设施和区块链用户的安全隐患;最后对文中安全问题进行了分类总结,提出可行技术线路和防御方法,展望当前区块链安全的研究热点和发展趋势.

关键词：区块链公链安全攻击流程防御策略共识安全

区块链与数据库混合架构下的空间查询优化方法

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北京大学学报（自然科学版） 2023年第2期59卷 261-270页

作者：桂智明孙忠祥黄舟北京工业大学信息学部北京100124 北京大学遥感与地理信息系统研究所北京100871

空间数据与区块链相结合,能够为空间数据管理提供去中心化、安全、可信的技术支撑,但存在查询速率低下、查询方式种类单一以及脱离区块链体系等问题。针对此问题,结合空间数据库的高性能、函数种类丰富等特点,提出一种区块链与空间数据... 详细信息

空间数据与区块链相结合,能够为空间数据管理提供去中心化、安全、可信的技术支撑,但存在查询速率低下、查询方式种类单一以及脱离区块链体系等问题。针对此问题,结合空间数据库的高性能、函数种类丰富等特点,提出一种区块链与空间数据库混合架构下的空间查询优化方法。该方法把Hyperledger Fabric与空间数据库进行集成,并区别于传统的链下查询方式,提出一种区块链集成空间数据库的方法,在智能合约中嵌入高效的空间操作函数,并且分布式部署数据库,从而保留区块链原有的分布式查询特点。在防篡改方面,采取哈希加盐的安全存储机制和双重验证机制来加强安全性。实验结果表明,该方法在性能和安全性方面都有优良的表现。

关键词：区块链超级账本空间数据库数据安全存储空间查询

区块链环境下用户身份匿名的量子委托计算协议

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电子科技大学学报 2022年第6期51卷 802-811页

作者：王育齐陈庚钱伟中闽南师范大学计算机学院福建漳州363000 数据科学与智能应用福建省高等学校重点实验室福建漳州363000 电子科技大学信息与软件工程学院成都610054

在大数据背景下,数据安全与身份安全同等重要。其中,身份的盲性值得特别关注。为满足量子委托计算对数据与身份盲性的需求,提出一个在区块链环境下进行,能兼顾数据安全与身份安全的匿名量子委托计算协议。协议不依赖可信的第三方,用户... 详细信息

在大数据背景下,数据安全与身份安全同等重要。其中,身份的盲性值得特别关注。为满足量子委托计算对数据与身份盲性的需求,提出一个在区块链环境下进行,能兼顾数据安全与身份安全的匿名量子委托计算协议。协议不依赖可信的第三方,用户能够匿名地参与委托计算协议,无需展示身份信息就可以完成委托的发送与结果的接收。在发送计算委托时,Alice使用环形网络对身份进行混淆以隐藏发送方。Bob使用受控量子隐形传态安全且匿名地反馈委托计算结果。另外,协议引入区块链技术协助第三方Charlie对用户的支付进行匿名审批。协议使用到的区块链与量子技术基本已实现,因此协议具有较高的可行性。进一步提出了改进协议,用户可以通过比对多委托方的计算结果来实现委托计算结果的可验证。该文提出的协议是一个面向大数据环境的实用协议框架,具有很好的迁移性。

关键词：区块链身份安全量子委托计算量子隐形传态

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区块链中可公开验证密钥共享技术

浙江大学学报（工学版） 2022年第2期56卷 306-312页

作者：何苗柏粉花于卓沈韬昆明理工大学信息工程与自动化学院云南昆明650500 昆明理工大学云南省计算机技术应用重点实验室云南昆明650500 北京中电普华信息技术有限公司北京100192

为了研究区块链中用户私钥安全性的问题,以门限密钥共享技术作为研究基础,提出可公开验证密钥共享技术.参与节点在收到密钥片段后对其进行验证,能有效防止分割密钥时主分割节点作恶;在密钥恢复阶段,对参与密钥拼接的节点的密钥片段进行... 详细信息

为了研究区块链中用户私钥安全性的问题,以门限密钥共享技术作为研究基础,提出可公开验证密钥共享技术.参与节点在收到密钥片段后对其进行验证,能有效防止分割密钥时主分割节点作恶;在密钥恢复阶段,对参与密钥拼接的节点的密钥片段进行公开验证,防止密钥恢复阶段参与节点作恶;在分发密钥阶段给参与节点添加身份IDs,从而可以对恶意节点进行追踪并实时更新节点状态;设计动态门限机制,在持有密钥片段的节点离线后,密钥碎片的拥有者和主节点一起重新分配密钥碎片给新的参与节点,保证私钥碎片的完整性.实验结果表明,该方案的私钥恢复率为80%,且具有门限特性、可追溯性、不可伪造性和可恢复性.

关键词：区块链门限密钥密钥分割密钥恢复动态门限

区块链增强果蔬质量追溯可信度方法研究与系统实现

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农业机械学报 2022年第2期53卷 309-315,345页

作者：弋伟国何建国刘贵珊康宁波宁夏大学物理与电子电气工程学院银川750021 宁夏大学食品与葡萄酒学院银川750021

质量追溯相关数据通过物联网感知设备采集后添加到区块链,在数据存储环节可以解决数据易被篡改问题从而增强数据可信度。数据直接存储在区块链中会造成系统吞吐量小、响应时间长,利用“数据库+区块链”的双存储设计虽然能大大提高响应速... 详细信息

质量追溯相关数据通过物联网感知设备采集后添加到区块链,在数据存储环节可以解决数据易被篡改问题从而增强数据可信度。数据直接存储在区块链中会造成系统吞吐量小、响应时间长,利用“数据库+区块链”的双存储设计虽然能大大提高响应速度,但是针对果蔬质量追溯系统,其响应速度依然不能满足要求。基于哈希加密算法的不可逆性、区块链数据结构天然的不可篡改性和Hyperledger Fabric平台完善的成员管理机制在数据存储环节增强了数据可信度,针对果蔬质量追溯的特点设计了数据哈希值二次上链和验证的方法,改进了“数据库+区块链”的双存储设计,改进后的方法在数据查询方面时间复杂度由原来的线性阶降低为常数阶。通过试验发现,所设计的系统能够实现数据无法篡改进而提高数据可信度,改进后的方法在数据查询方面效率大幅提升,平均查询用时为0.066 s,且随着数据条数增加查询用时基本保持不变,解决了区块链技术应用在果蔬质量追溯系统中查询效率低的问题。基于Hyperledger Fabric平台,利用改进后的方法开发实现了果蔬质量追溯系统,并取得了较好的应用效果。

关键词：果蔬质量追溯区块链哈希值 Hyperledger Fabric

区块链闪电网络实证分析:拓扑、发展和收费策略

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软件学报 2022年第10期33卷 3858-3873页

作者：陈艳姣朱笑天于永瑞程子英武汉大学计算机学院湖北武汉430072 武汉大学数学与统计学院湖北武汉430072

比特币闪电网络作为最广泛使用的支付通道网络之一,自其2016年提出就引起了广泛关注.支付通道网络是一种用以解决区块链可扩展性问题的Layer-2技术.在支付通道网络中,参与者只需在区块链上提交开通和关闭支付通道的Layer-1事务,就可以... 详细信息

比特币闪电网络作为最广泛使用的支付通道网络之一,自其2016年提出就引起了广泛关注.支付通道网络是一种用以解决区块链可扩展性问题的Layer-2技术.在支付通道网络中,参与者只需在区块链上提交开通和关闭支付通道的Layer-1事务,就可以在链下完成多笔支付交易.这一工作机制既避免了等待每笔交易被验证的时间耗费,同时也节省了交易费用.然而,由于闪电网络投入使用的时间较短,以往的相关研究都是基于有限的、闪电网络仍处于快速发展时期的数据,缺乏必要的时效性.为了填补这一空白,全面了解闪电网络的拓扑结构及其发展趋势,基于更新至2020年7月、具有高时效性的数据,采用图分析的方法描述闪电网络静态和动态的特征.同时对网络中节点进行聚类分析,并从聚类结果中得到了一些结论.此外,通过比较链上和链下的交易费用,对闪电网络的收费机制作了更进一步的研究.

关键词：区块链比特币闪电网络支付通道网络网络拓扑结构

区块链访问控制技术在车联网中的应用研究综述与展望

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计算机工程与应用 2023年第24期59卷 26-45页

作者：韦可欣李雷孝高昊昱熊啸内蒙古工业大学数据科学与应用学院呼和浩特010080 海南大学网络空间安全学院(密码学院) 海口570228

智能汽车和新能源汽车的盛行使车联网系统结构更加复杂,受到研究者的大量关注。车联网因其自身节点移动速度快、应对安全性攻击、网络拓扑变化快、节点链路持续时间短暂和移动模型在路网拓扑中有限制等特点无法直接应用物联网的访问控制... 详细信息

智能汽车和新能源汽车的盛行使车联网系统结构更加复杂,受到研究者的大量关注。车联网因其自身节点移动速度快、应对安全性攻击、网络拓扑变化快、节点链路持续时间短暂和移动模型在路网拓扑中有限制等特点无法直接应用物联网的访问控制,传统车联网访问控制又无法有效应用在当下复杂的车联网系统当中。区块链技术具有天然的安全性,已有学者将区块链技术应用在车联网中,可以在目前复杂的车联网系统中实现更加完善的访问控制,因此亟需对解决方案进行综合分析和研究。对车联网、区块链和车联网访问控制作简要概述,梳理了传统车联网访问控制的局限性,区块链访问控制技术在车联网中的优点和应用场景;根据访问控制判别方式的不同,从基于信任、位置和风险三个角度重点阐述现有区块链访问控制技术在车联网中的实现方案;总结文献中常见评价指标和实验环境,并做对比分析;指出性能、安全性和实用性三方面的不足,对其中问题做更细致的说明,并给出解决思路;对目前研究做出六点未来研究展望。

关键词：车联网访问控制区块链

区块链赋能物联网中联合资源分配与控制的智能计算迁移研究

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计算机学报 2022年第3期45卷 472-484页

作者：陈思光王倩张海君王堃南京邮电大学江苏省宽带无线通信和物联网重点实验室南京210003 北京科技大学通信工程系北京100083 加州大学洛杉矶分校电子与计算机工程系洛杉矶CA90095美国

大数据场景下,远程云服务器通常被部署用于数据处理与价值挖掘,但在面对时延敏感型或需要动态频繁交互的业务时,该种处理模式显得力不从心.作为对云计算模式的补充,雾计算因其可有效降低任务处理时延、能耗与带宽消耗而备受关注;同时,... 详细信息

大数据场景下,远程云服务器通常被部署用于数据处理与价值挖掘,但在面对时延敏感型或需要动态频繁交互的业务时,该种处理模式显得力不从心.作为对云计算模式的补充,雾计算因其可有效降低任务处理时延、能耗与带宽消耗而备受关注;同时,面向雾计算的计算迁移机制因其能有效缓解节点的处理负担并改善用户体验而成为领域研究焦点.在雾计算模式下,为了更好地满足计算密集型任务对时延与能耗的要求,基于区块链赋能物联网场景,本文提出了一种联合资源分配与控制的智能计算迁移方案.具体地,规划了一个在时延、能耗与资源约束下的最小化所有任务完成总成本的优化问题,其总成本构成综合考量了时延、能耗和挖掘成本,通过对通信、计算资源与迁移决策的联合优化,实现总成本的最小化.为完成任务迁移,终端以矿工的身份向雾节点挖掘(租借)计算资源,所提出的基于区块链技术的激励机制可充分调动终端和雾节点参与计算迁移的积极性并保障交易过程的安全性,设计的奖励分配规则可保证成功挖掘资源终端收获奖励的公平性.为解决上述规划的优化问题(即混合整数非线性规划问题),提出了一个联合通信、计算与控制的智能计算迁移算法,该算法融合深度确定性策略梯度算法思想,设计了基于反梯度更新的双“行动者-评论家”神经网络结构,使训练过程更加稳定并易于收敛;同时,通过对连读动作输出进行概率离散化运算,使其更加适用于混合整数非线性规划问题的求解.最后,仿真结果表明本文方案能以较快的速度收敛,且与其他三种基准方案相比,本文方案的总成本最低,例如,与其中性能最好的基于深度Q学习网络的计算迁移方案相比,总成本平均可降低15.2%.

关键词：计算迁移雾计算区块链深度强化学习资源分配