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基于原子交换的跨链技术研究与应用

基于原子交换的跨链技术研究与应用

作者：宋博重庆邮电大学

学位级别：硕士

自2008年比特币诞生以来,作为比特币底层技术的区块链,在金融、医疗和保险等众多领域得到了广泛的应用。但由于区块链技术本身的特点,大多数的区块链应用都是一个个独立的网络,不同的区块链之间难以进行有效的资产或者数据的流通,所以... 详细信息

自2008年比特币诞生以来,作为比特币底层技术的区块链,在金融、医疗和保险等众多领域得到了广泛的应用。但由于区块链技术本身的特点,大多数的区块链应用都是一个个独立的网络,不同的区块链之间难以进行有效的资产或者数据的流通,所以产生了区块链跨链技术来解决不同区块链之间的价值交换的问题,在当前的跨链技术中,应用最广泛的是原子交换技术,但当前的原子交换技术还存在着安全性低、交易速度慢等问题,针对此类问题,本文对当前的原子交换技术进行改进,并将其应用于去中心化的区块链数字资产交易系统中。本文的主要工作如下:首先,对区块链技术和相关理论进行了深入的研究,并详细介绍和对比了公证人机制、侧链/中继技术、原子交换技术和分布式私钥技术等区块链跨链技术,同时对基于原子交换技术的哈希时间锁定协议进行了深入研究,为本文对区块链跨链技术的研究与应用提供了理论和技术支撑。其次,针对哈希时间锁定协议的安全性问题进行分析,结合Schnorr协议和中继技术,提出了一种改进的跨链协议,该协议通过引入中继链作为跨链交换信息的匹配方,但中继链不参与跨链交换的具体步骤,只为参与跨链交换的双方提供路由转发,由双方根据Schnorr协议进行身份认证来验证路由是否正确,再通过哈希锁完成跨链交换。通过将跨链交易信息静态化并交与中继链进行链下匹配,对哈希时间锁定协议中出现的恶意参与者创建大量超时通道堵塞网络的安全性问题提出了一种解决方案。最后,针对现有的区块链数字资产跨链交易去中心化程度低且跨链速度慢等问题,通过本文提出的改进的跨链协议和智能合约技术的结合,设计并开发了一个去中心化的区块链数字资产交易系统,任何支持智能合约的区块链网络都可以在系统中的中继链上进行资产区块链的注册,用户可以通过中继链提供的路由直接与各个资产区块链智能合约节点建立连接并完成跨链交易,验证了改进的跨链协议在实际业务场景下可以高效且稳定的支持系统的跨链业务。

关键词：区块链跨链技术原子交换智能合约 Schnorr协议

Atom exchange of martensite in Cu-13Zn-15Al alloy during non-isothermal aging

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中国有色金属学会会刊：英文版 2006年第5期16卷 1064-1068页

作者：李周肖柱保吉庆徐根应郑峰 School of Materials Science and Engineering Central South University College of Biology and Chemical Engineering Jiaxing University

The bulk specimens with preferable orientation were utilized to investigate atom exchange of martensite in Cu-13Zn-15Al alloy during non-isothermal aging by in-situ X-ray diffraction. It is found that the exchange of Zn atoms at position Ⅲ and Cu atoms at Ⅱ and the exchange of Zn atoms at position Ⅲ and Al atoms atⅠon the basal plane of martensite occur during heating at a heating rate of 5 ℃/min. 13% (2/25 ) of Al atoms transfer from positionⅠto position Ⅲ when temperature goes up to 160 ℃.

关键词： Cu-Zn-Al 形状记忆合金铜合金马氏体原子交换非等温时效

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基于SM2数字签名算法的适配器签名方案

计算机研究与发展 2021年第10期58卷 2278-2286页

作者：彭聪罗敏何德彪黄欣沂武汉大学国家网络安全学院武汉430072 福建师范大学计算机与网络空间安全学院福州350117

适配器签名(adaptor signature)方案是标准数字签名的一种扩展形式,它可以创建一个隐含困难关系(例如离散对数)状态的“预签名”,并通过困难关系证据将该预签名转换为一个完整签名,且转换后的完整签名可通过一个标准签名方案的验证算法... 详细信息

适配器签名(adaptor signature)方案是标准数字签名的一种扩展形式,它可以创建一个隐含困难关系(例如离散对数)状态的“预签名”,并通过困难关系证据将该预签名转换为一个完整签名,且转换后的完整签名可通过一个标准签名方案的验证算法验证其有效性.直观地说,适配器签名应具备2个属性:1)只有知道困难关系证据的用户才能够将预签名转变为完整签名;2)任何用户可以通过预签名和完整签名提取困难关系证据.基于这2个性质,适配器签名方案能够在区块链中提供很好的原子交换性质,并已在实践中得以广泛应用.以SM2数字签名算法为基础,构造了一个新的适配器签名方案(记为SM2-AS).该方案能够有效地衔接SM2签名方案的密钥生成、签名生成和签名验证算法.在随机预言模型下证明了SM2-AS方案是安全的,即满足预签名正确性、预签名可适配性、选择明文攻击下的存在不可伪造性和证据可提取性.理论分析和实验测试表明:SM2-AS方案的性能虽然弱于Schnorr适配器签名方案,但与ECDSA适配器签名方案相当.

关键词：区块链技术支付通道 SM2签名适配器签名原子交换

支持批量证明的SM2适配器签名及其分布式扩展

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软件学报 2024年第5期35卷 2566-2582页

作者：涂彬彬陈宇山东大学网络空间安全学院山东青岛266237 密码科学技术全国重点实验室北京100878 密码技术与信息安全教育部重点实验室(山东大学) 山东青岛266237 山东区块链研究院山东济南250001 泉城实验室山东济南250014

适配器签名,又称无脚本脚本,是解决区块链应用(如密码货币)中扩展性差、吞吐量低等问题的重要密码技术.适配器签名可看作数字签名关于困难关系的扩展,同时具有签名授权和证据提取两种功能,在区块链应用中具有以下优点:(1)降低链上成本;... 详细信息

适配器签名,又称无脚本脚本,是解决区块链应用(如密码货币)中扩展性差、吞吐量低等问题的重要密码技术.适配器签名可看作数字签名关于困难关系的扩展,同时具有签名授权和证据提取两种功能,在区块链应用中具有以下优点:(1)降低链上成本;(2)提高交易的可替代性;(3)突破区块链脚本语言限制.SM2签名是我国自主设计的国家标准签名算法,在各种重要信息系统中有着广泛应用.基于SM2签名构造出高效的适配器签名方案,并在随机谕言机模型下给出安全性证明.所提方案结合SM2签名结构,可避免在预签名阶段生成额外的零知识证明,与现有ECDSA/SM2适配器签名相比更加高效,其中,预签名生成效率提升4倍,预签名验证效率提升3倍.随后,基于SM2协同签名,构造分布式SM2适配器签名,可避免单点故障问题,提升签名私钥安全.最后,在实际应用方面,基于SM2适配器签名构造适用于一对多场景下安全高效的批量原子交换协议.

关键词： SM2算法适配器签名分布式适配器签名区块链原子交换

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质子交换和热退火LiTaO_3光波导特性

光学学报 1994年第2期14卷 164-168页

作者：李玉善马少杰于涛多田邦雄油原敏哉中国科学院长春物理研究所日本东京大学工学部电子工学科

本文报道了质子交换ＬｉＴａＯ３光波导层的晶格常数变化、质子浓度分布和折射率分布以及红外吸收谱等的测量方法和结果，并与热退火后的测量结果进行了比较．实验结果表明；热退火处理的光波导其非寻常折射率的增高不依赖于质子浓度．

关键词：光波导热退火钽酸锂原子交换

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面向区块链应用的双线性配对数字签名研究

面向区块链应用的双线性配对数字签名研究

作者：王子瑞中国科学技术大学

学位级别：硕士

适配器签名是在数字签名基础上扩展而来的一类密码学原语,该原语允许签名者生成一个隐含困难关系声明的预签名,验证者只有利用困难关系证据才可以将预签名转换为一个验证有效的全签名。当全签名被验证者公布后,签名者使用预签名和相应... 详细信息

适配器签名是在数字签名基础上扩展而来的一类密码学原语,该原语允许签名者生成一个隐含困难关系声明的预签名,验证者只有利用困难关系证据才可以将预签名转换为一个验证有效的全签名。当全签名被验证者公布后,签名者使用预签名和相应的全签名可以提取困难关系证据。利用适配器签名技术构造的诸多协议在区块链系统中具有众多应用,因而该原语成为了目前应用密码学与区块链技术领域的研究热点。可验证定时签名也是在数字签名基础上扩展而来的一类密码学原语,该原语允许签名者能够自主控制验证者获取签名的时间,以在实际应用中实现“延时发布签名的功能”,在某些区块链系统的应用中,可验证定时签名可取代时间锁脚本完成控制时间的功能,而且较时间锁脚本更具有应用普适性,因此可验证定时签名也成为了目前应用密码学与区块链技术领域的研究热点。基于双线性配对的数字签名方案BLS具有签名尺寸短,方案简洁易实现等优点,在比特币社区一直有将BLS签名列为标准签名的规划。诸多研究适配器签名技术的密码学工作者希望可以构建基于BLS签名的适配器签名方案。然而BLS签名方案是一个确定型数字签名方案,Erwig等人的工作已证明以BLS签名为代表的确定型数字签名方案不可能扩展为相应的适配器签名方案。为解决上述问题,修补BLS签名无法扩展为适配器签名方案的缺陷,本文通过在BLS签名算法中引入随机因子,成功实现了对BLS签名方案的随机化改造,构造了一个概率型数字签名方案rBLS,证明了 rBLS签名满足选择消息攻击下存在不可伪造性,并对rBLS签名方案进行了合理的性能评估。进一步,本文将rBLS签名方案扩展为相应的适配器签名方案,构造了首个基于双线性配对的适配器签名方案,证明了该方案满足选择消息攻击下存在不可伪造性,预签名适用性和证据可提取性。对该适配器签名方案进行了性能评估,并介绍了该方案在跨链原子交换协议中的应用。为在实际应用中实现签名者延时发布签名的功能,本文基于BLS签名方案,构造了一个可验证定时签名方案,证明了该方案满足选择消息攻击下存在不可伪造性和可靠性。介绍了该方案中使用的时间锁谜题方案的代数构造,并通过仿真实验,对方案中时间参数的选取进行了测定与分析。

关键词：双线性配对数字签名适配器签名可验证定时签名原子交换

基于零知识证明的区块链数据隐私保护方法研究

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基于零知识证明的区块链数据隐私保护方法研究

作者：万哲驿重庆邮电大学

学位级别：硕士

互联网飞速发展推动了人类社会的发展,但从另外一方面看,隐私问题也正是因为互联网的高速发展而变得更加严重。区块链作为下一代的价值互联网,被认为是保护隐私非常好的工具。但当前的区块链网络中,一旦数字钱包地址和它的拥有者的个人... 详细信息

互联网飞速发展推动了人类社会的发展,但从另外一方面看,隐私问题也正是因为互联网的高速发展而变得更加严重。区块链作为下一代的价值互联网,被认为是保护隐私非常好的工具。但当前的区块链网络中,一旦数字钱包地址和它的拥有者的个人信息对应起来,该钱包的拥有者所有账户信息、交易信息都将在整个网络中一览无遗并且无法消除,这会导致比互联网的隐私泄露更加严重的问题。随着技术的发展,在区块链的跨链交易中产生了原子交换的交易方式,交易的双方通过智能合约来进行资产的互换,利用哈希时间锁来避免交易的双方进行恶意交易。原子交换可以使参与者平等自由的进行资产交换,但是原子交换不能保证交易的匿名性,会不可避免的增加隐私泄露的风险。零知识证明是密码学中的一种加密技术,指的是不需要交易发起者出示任何有用的知识,即可让交易的接收者相信他们真的拥有这个知识。因此将零知识证明与区块链结合可以保护链上用户的隐私安全。交易的时候采用零知识证明进行加密可以不暴露交易双方的隐私信息。本文的主要工作是在区块链原子交换的基础上进行匿名方案设计,利用零知识证明,改进了交易的协议,来保障原子交换的匿名性。具体可分为以下两个部分:（1）智能合约是跨链原子交换的执行机制,本文在智能合约的合约输入方新增添匿名列表的设计方案,来保证发送方的匿名性;同时在智能合约的输出端,使用一次性地址来保护交易接收方的身份信息。根据区块链去中心化特点,利用分布式节点的优势,设计使用分布式零知识证明来进行挑战验证。（2）在原子交换中交易的双方之间存在直接通信的过程,因此本文改进原子交换发送方和接收方传递密钥的协议,新增添了一个智能合约来进行密钥的传递,保障了交易发送方和接收方密钥传递过程中的匿名性和安全性。

关键词：零知识证明原子交换匿名跨链

游离态亚铁催化Cr取代针铁矿晶相重组过程中Cr的释放行为研究

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游离态亚铁催化Cr取代针铁矿晶相重组过程中Cr的释放行为研究

作者：华健贵州师范大学

学位级别：硕士

Cr取代针铁矿(Cr-goethite)是土壤中普遍存在的矿物学现象。在一定条件下,针铁矿中结构取代的Cr离子会被释放,Cr移动性和活性提高,危害生态环境。厌氧土壤环境中,游离态Fe(Ⅱ)(Fe(Ⅱ))能吸附在土壤中的铁(氢)氧化物表面,与铁(氢)氧化物... 详细信息

Cr取代针铁矿(Cr-goethite)是土壤中普遍存在的矿物学现象。在一定条件下,针铁矿中结构取代的Cr离子会被释放,Cr移动性和活性提高,危害生态环境。厌氧土壤环境中,游离态Fe(Ⅱ)(Fe(Ⅱ))能吸附在土壤中的铁(氢)氧化物表面,与铁(氢)氧化物结构态Fe(Ⅲ)发生电子转移和Fe原子交换,促使铁(氢)氧化物晶相转变,而这一过程常常耦合重金属的固定/释放等环境行为。本论文以不同比例Cr取代针铁矿为研究对象,研究游离态Fe(Ⅱ)与之共存时,Fe原子交换和晶相重组过程,以及Cr取代针铁矿中Cr的释放和重固定行为。阐明亚铁催化针铁矿晶相转变耦合重金属Cr环境行为,揭示其化学机制,为构建基于铁(氢)氧化物环境过程的土壤重金属污染原位控制技术提供依据。主要结论如下:(1)通过研究厌氧条件下,pH为7.5时,Fe(Ⅱ)催化不同Cr比例取代针铁矿晶相重组过程发现,针铁矿结构Cr取代显著抑制了Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)之间Fe原子交换速率,Cr取代比例越高,Fe原子交换率越小。XRD和穆斯堡尔谱结果表明,在这一过程中,Cr取代针铁矿晶相发生重组,但是重组后的矿物相仍为针铁矿。游离态Fe(Ⅱ)作用下,Cr从重组的针铁矿结构中释放,针铁矿Cr取代比例越高,释放的Cr越多。随着反应时间的进一步延长,部分被释放并吸附在表面的Cr被重新固定进入针铁矿结构中。(2)通过研究不同pH值(5.5.5)对亚铁催化Cr-针铁矿晶相重组过程发现,在体系pH小于7.5的范围内,Fe原子交换率随pH上升而加快,在pH超过7.5体系中,Fe原子交换率随pH上升而降低,在接近中性体系中,Fe原子交换率最高。针铁矿的电位零点为pH 7.5,其表面对阳离子的吸附率在pH 7.5最高,而针铁矿中铁Fe原子交换率与Fe(Ⅱ)在矿物表面的吸附率成正比,因此铁原子交换率在pH 7.5最高。不同pH值下晶相重组后的Cr取代针铁矿的矿物相仍为针铁矿。(3)通过研究不同初始亚铁浓度(0.5.5 mM)对亚铁催化Cr-针铁矿晶相重组过程发现,低浓度亚铁作用下,铁原子交换率随着初始亚铁浓度上升而提高,但是当亚铁初始浓度过高时,针铁矿表面过量的Fe(Ⅱ)吸附可降低其中的电子转移速度,从而抑制Fe原子交换。在本研究条件下,1 mM初始游离态亚铁体系,Fe原子交换率最高。(4)对Fe(Ⅱ)驱动Cr-goethite晶相重组过程中Cr的释放与重固定行为,结果发现,反应过程中从Cr结构取代针铁矿中释放的吸附在针铁矿表面的Cr的浓度变化与Fe原子交换率呈现正相关,Fe原子交换效率越高,Cr释放越多。结合Fe(Ⅱ)作用过程中电子传导及晶相重组过程分析发现,Fe(Ⅱ)吸附到Cr取代针铁矿表面,给出电子,部分针铁矿中的结构态Fe(Ⅲ)接受电子还原生成Fe(Ⅱ),并进一步被释放,同时,针铁矿晶相发生重排,原来的部分结构键被破坏,被破坏结构键链接的Cr(Ⅲ)被释放,在针铁矿晶相转变过程中,被释放并吸附在表面的Cr被重新固定,进入重排的针铁矿晶相结构中。

关键词： Fe(Ⅱ)催化铁(氢)氧化物原子交换晶相转变重金属

Fe(Ⅱ)催化氧化铁矿物晶相转变及其重金属固定效应

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Fe(Ⅱ)催化氧化铁矿物晶相转变及其重金属固定效应

作者：韦志琦电子科技大学

学位级别：硕士

铁循环是土壤中物质与能量转化的重要的驱动力,土壤中非生物Fe(Ⅱ)或是微生物异化铁还原产生的Fe(Ⅱ)吸附于土壤界面,具有更低的氧化还原电位和更高的化学还原能力,可促使无定型氧化铁通过重结晶转化为结晶度更高的氧化铁矿物。氧化铁... 详细信息

铁循环是土壤中物质与能量转化的重要的驱动力,土壤中非生物Fe(Ⅱ)或是微生物异化铁还原产生的Fe(Ⅱ)吸附于土壤界面,具有更低的氧化还原电位和更高的化学还原能力,可促使无定型氧化铁通过重结晶转化为结晶度更高的氧化铁矿物。氧化铁的这一重结晶过程,可使土壤中游离态的重金属在结晶后的二次氧化铁矿物中固定,降低环境风险。本研究采用厌氧培养批处理,以水铁矿为目标氧化铁,探讨铁循环过程游离态Fe(Ⅱ)与氧化铁共存时,Fe(Ⅱ)催化作用下氧化铁晶相重组过程,并以土壤环境中氧化铁的Al结构取代这一普遍的环境矿物学现象为基础,研究Fe(Ⅱ)催化Al取代氧化铁晶相重组过程。获得的研究结果可完善铁循环理论体系,并有望为深入揭示自然环境中污染物还原转化过程提供理论依据,为基于氧化铁作用过程的土壤重金属污染原位控制技术开发提供依据。主要结果包括:(1)57Fe同位素示踪方法研究厌氧体系中游离态Fe(Ⅱ)与赤铁矿中结构态Fe(ⅡI)之间的反应机制。结果表明,游离态Fe(Ⅱ)与赤铁矿中的结构态Fe(ⅡI)能发生明显的Fe原子交换,即游离态Fe(Ⅱ)进入到赤铁矿结构形成结构态Fe(ⅡI),而赤铁矿中原来的部分结构态Fe(ⅡI)被还原释放,进入到溶液体系形成游离态Fe(Ⅱ)。这一反应体系中Fe原子交换率受pH值和游离态Fe(Ⅱ)初始浓度的影响,与酸性环境相比,pH 7.5的中性环境更有利于Fe原子交换的发生;在相同pH值条件下,Fe原子交换率随游离态Fe(Ⅱ)初始浓度的升高而降低。更为重要的是,通过X射线衍射和穆斯堡尔谱等结构表征研究手段,我们在游离态Fe(Ⅱ)作用下赤铁矿晶相重组过程中观察到新的赤铁矿和针铁矿的形成,说明部分游离态Fe(Ⅱ)进入到氧化铁结构后,大部分通过晶体同质外延生长机制形成了新的赤铁矿晶体,部分则通过异质外延生长机制形成了针铁矿。使赤铁矿这一性质稳定的氧化铁发生了晶相转变。(2)不同稀土重金属离子对Fe(Ⅱ)催化水铁矿晶相转变的影响。选择六种稀土金属离子研究对Fe(Ⅱ)催化水铁矿晶相转变过程的影响。结果表明,不同重金属离子条件下,水铁矿的转化路径与速率不同,重金属离子与水铁矿的络合常数logK是影响水铁矿转化差异的主要原因,通过影响重金属离子和Fe(Ⅱ)物种在水铁矿表面的分配转化,以及活性Fe(Ⅱ)物种的氧化还原电位而影响了水铁矿晶相转变。(3)Fe(Ⅱ)催化不同比例Al代水铁矿晶相转变及共存Cd(Ⅱ)或Cr(ⅡI)的影响。研究了在两种重金属离子条件下,研究了Fe(Ⅱ)对不同比例Al代水铁矿晶相转变过程的影响。结果表明,不同重金属离子以及不同比例Al的掺杂对铁矿转化的路径与速率不同。由于Cd(Ⅱ)和Cr(ⅡI)离子半径和价态差异很大,而Cr(ⅡI)与Al3+和Fe(ⅡI)有相同的价态和近似的离子半径,Cr(ⅡI)相比于Cd(Ⅱ)来说,在Fe(Ⅱ)催化不同比例Al代水铁矿晶相转变过程中,Cr(ⅡI)被固定的比例就越大。

关键词： Fe(Ⅱ)物种重金属原子交换氧化铁晶相转变