基于区块链的重复数据删除和数据完整性审计方案

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作者 高婷婷 姚中原 +3 位作者 贾淼 斯雪明 谭焕明 詹玉峰 《计算机应用》 北大核心 2025年第11期3453-3462,共10页

为解决当前云存储系统中的数据冗余和数据完整性保障问题,提出一种基于区块链的云存储数据去重与完整性审计方案。该方案结合重复数据删除技术与区块链分布式审计机制,在实现去重存储的同时,可确保数据的机密性和完整性。首先,利用消息... 为解决当前云存储系统中的数据冗余和数据完整性保障问题,提出一种基于区块链的云存储数据去重与完整性审计方案。该方案结合重复数据删除技术与区块链分布式审计机制,在实现去重存储的同时,可确保数据的机密性和完整性。首先,利用消息锁定加密(MLE)方法为不同用户的相同数据生成相同的加密密文,对于重复数据的上传者,采用基于沃克尔树(VT)的所有权证明(PoW)机制进行所有权验证,从而实现安全的密文去重;其次,基于区块链不可篡改的特性,设计了一种高效的数据完整性审计机制,能够在不影响用户数据隐私的前提下进行透明的审计和验证,可抵御包括外部攻击者、云服务提供商(CSP)恶意行为及密钥管理风险在内的多种威胁;最后,通过功能性分析和密钥安全、抗合谋攻击等安全性分析,证明所提方案具有较高的安全性和实用性。性能分析结果表明,完整性验证时间与挑战块数成正比,当挑战块数为1 000时,完整性验证时间约为85 ms。实验分析结果表明,该方案能为云存储系统提供可靠的去重与数据完整性审计服务。 展开更多

关键词 重复数据删除 数据完整性 区块链 消息锁定加密 数据隐私

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基于区块链的电子政务跨部门协作身份认证方案

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作者 王睿 潘恒 +3 位作者 刘坤 斯雪明 张博伟 李坤阳 《计算机应用》 北大核心 2025年第11期3477-3485,共9页

针对政务服务数字化转型过程中跨部门协作身份认证存在的凭证验证流程复杂、凭证共享受限及用户需多次往返申请凭证等问题,提出一种基于区块链的电子政务跨部门协作身份认证方案。首先,设计可验证凭证(VC)及其存在性证明(VC Proof)机制... 针对政务服务数字化转型过程中跨部门协作身份认证存在的凭证验证流程复杂、凭证共享受限及用户需多次往返申请凭证等问题,提出一种基于区块链的电子政务跨部门协作身份认证方案。首先,设计可验证凭证(VC)及其存在性证明(VC Proof)机制,将凭证哈希值及证明信息存储至区块链,以实现多部门间的高效凭证验证。其次,构建授权凭证机制,使验证方与相关部门进行凭证交互,从而减少用户重复申请凭证的负担;同时,引入基于智能合约的非交互式零知识证明技术,在保障VC隐私的前提下完成身份认证。实验结果表明,所提方案的验证gas消耗较低,稳定在500 gas左右,且合约部署的gas消耗随合约规模呈线性增长;当验证gas消耗为140.55 Gwei时,它的吞吐量达到最高,约7×10^(4) TPS(每秒处理事务数),而验证gas消耗增至562.562 Gwei时,吞吐量下降至约2×10^(4) TPS。此外,与以太坊上的实验结果相比,所提方案在相同并发环境下展现出更优的性能,平均响应时间缩短了约0.32 s。 展开更多

关键词 区块链 跨部门协作 身份认证 可验证凭证 零知识证明

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BalChain:一种基于信誉与负载的分片区块链系统

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作者 陈强斌 姚中原 +1 位作者 田浩 斯雪明 《应用科学学报》 北大核心 2025年第5期863-876,共14页

分片技术是提高区块链系统扩展性的重要手段,现有的分片设计往往忽略了分片间负载不均以及节点异质性的问题,从而导致资源浪费和系统性能的下降。为此,本文提出了一种基于信誉与负载的分片区块链系统BalChain,用来提升系统吞吐量和安全... 分片技术是提高区块链系统扩展性的重要手段,现有的分片设计往往忽略了分片间负载不均以及节点异质性的问题,从而导致资源浪费和系统性能的下降。为此,本文提出了一种基于信誉与负载的分片区块链系统BalChain,用来提升系统吞吐量和安全性。BalChain采用双链架构,包括交易链和誉载链,分别使用Raft协议和集体签名的拜占庭容错共识机制,确保交易的高效处理和系统的安全防护。本文还提出了一种誉载相配分片算法,根据分片的负载情况动态分配计算资源,充分利用节点的异质性。同时,系统通过Metis图划分算法减少了跨分片交易的发生,进一步提升了交易处理效率。实验结果表明,BalChain在吞吐量、延迟和跨分片交易处理效率等方面均优于现有的分片区块链系统,证明了该设计在实际应用中的有效性和可扩展性。 展开更多

关键词 区块链 分片技术 信誉系统 负载均衡 跨分片交易 扩展性

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一种适用于分布式电力交易的安全高效区块链共识算法

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作者 房永浩 姚中原 +1 位作者 李敏 斯雪明 《计算机工程》 北大核心 2025年第8期250-261,共12页

分布式电力交易成为电力能源交易的未来发展趋势,区块链凭借其技术特性为分布式电力交易中缺乏监管机制、交易成本过高、信息规则不明等问题提供解决思路。然而,随着分布式电力交易规模逐渐增大,区块链系统吞吐量降低,这也间接限制了分... 分布式电力交易成为电力能源交易的未来发展趋势,区块链凭借其技术特性为分布式电力交易中缺乏监管机制、交易成本过高、信息规则不明等问题提供解决思路。然而,随着分布式电力交易规模逐渐增大,区块链系统吞吐量降低,这也间接限制了分布式电力交易的成交速度。为此,提出一种适用于分布式电力交易的高效安全的区块链共识算法。基于分布式电力交易网络内节点的历史交易特性,使用聚类算法将共识网络规划为多共识集双层网络结构,并采用双层共识流程提升共识的并行性。同时,设计高效的单共识集内领导节点选举策略,可以快速确定表现良好、性能较优的领导节点。最后,引入结合零知识证明与密钥分享的认证方法,进一步降低恶意节点参与共识的可能性。实验结果表明,所提共识算法的抗拜占庭节点数量可以抵御双花攻击等多种区块链攻击,能够显著降低共识通信开销与时延,有效提高系统吞吐量。 展开更多

关键词 区块链 分布式能源交易 共识算法 零知识证明 密钥分享

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零知识证明赋能区块链的进展与展望 被引量：3

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作者 贾淼 姚中原 +3 位作者 祝卫华 高婷婷 斯雪明 邓翔 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2024年第12期3669-3677,共9页

因为去中心化和不可篡改等特点,区块链技术已经广泛应用于社会治理、教育和医疗等领域。然而,随着应用的不断深入,需求的不断增多,区块链系统面临着安全问题、存储不足以及价值孤岛等一系列挑战。因此,区块链在隐私保护、扩容和跨链互... 因为去中心化和不可篡改等特点,区块链技术已经广泛应用于社会治理、教育和医疗等领域。然而,随着应用的不断深入,需求的不断增多,区块链系统面临着安全问题、存储不足以及价值孤岛等一系列挑战。因此,区块链在隐私保护、扩容和跨链互操作性方面的需求日益凸显。将零知识证明(ZKP)技术赋能区块链,可以使区块链实现高级别的匿名性和事务隐私保护,基于ZKP的有效性证明可取代完整的数据由侧链或链下角色提交给主链,基于ZKP的共识证明可更高效地提升区块链跨链协议的性能。针对ZKP赋能区块链的现状亟待综合对比分析的问题,研究ZKP赋能区块链的进展与展望,而基于ZKP技术赋能区块链的相关进展,系统性地总结了近年来的代表性方案。首先,介绍了零知识技术的发展脉络;其次,分类总结基于ZKP技术的区块链的代表性应用,重点介绍这些应用的实现思路和创新点,并基于典型案例对这些应用在区块大小、证明大小、交易费用等指标上分析性能;最后,展望ZKP技术在区块链隐私保护、扩容和跨链的发展前景中的应用。 展开更多

关键词 区块链 隐私保护 扩容 跨链 零知识证明 非交互零知识证明

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面向物联网的区块链共识算法综述 被引量：2

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作者 牛科迪 李敏 +1 位作者 姚中原 斯雪明 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2024年第12期3678-3687,共10页

目前大多数共识算法都需要较高的计算能力或特定的通信环境,不适合用于资源受限的物联网(IoT)。针对传统的区块链中的共识算法应用到IoT时的局限性,综述了面向IoT的区块链共识算法。首先,从基于实用拜占庭容错算法(PBFT)的改进共识算法... 目前大多数共识算法都需要较高的计算能力或特定的通信环境,不适合用于资源受限的物联网(IoT)。针对传统的区块链中的共识算法应用到IoT时的局限性,综述了面向IoT的区块链共识算法。首先,从基于实用拜占庭容错算法(PBFT)的改进共识算法、基于其他共识算法的改进算法和适用IoT的新型区块链共识算法这3个类别的方向介绍和总结归纳面向IoT的共识算法;其次,建立共识算法的基本评价指标体系,并从去中心化、可扩展性、安全性、延迟和能耗等5个方面对比共识算法;最后,分析面向IoT的共识算法面临的挑战与未来研究方向。基本评价指标体系分析表明,新型共识算法比基于传统共识算法进行改进的共识算法更适配IoT,为面向IoT的区块链共识算法研究提供了参考。 展开更多

关键词 区块链 共识算法 物联网 实用拜占庭容错算法 基本评价指标体系

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适用于物联网的区块链轻量化技术综述 被引量：1

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作者 陈姿芊 牛科迪 +1 位作者 姚中原 斯雪明 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2024年第12期3688-3698,共11页

区块链技术凭借去中心化和加密等特性被用于物联网(IoT),然而传统区块链在IoT环境下存在扩展性差、延迟高、密码组件消耗高、共识计算复杂和数据存储规模大等问题。针对传统区块链在IoT设备中性能不佳的问题,对区块链轻量化技术进行综... 区块链技术凭借去中心化和加密等特性被用于物联网(IoT),然而传统区块链在IoT环境下存在扩展性差、延迟高、密码组件消耗高、共识计算复杂和数据存储规模大等问题。针对传统区块链在IoT设备中性能不佳的问题,对区块链轻量化技术进行综述。首先,将区块链架构分为单链结构和有向无环图(DAG)结构,并比较了两类区块链架构中的轻量化操作;其次,从迭代结构、压缩函数和硬件实现方面分析轻量级hash函数;再次,介绍共识算法和存储中的轻量化方案;最后,结合文献调研成果归纳总结区块链轻量化技术的设计思路,展望未来的研究方向。 展开更多

关键词 区块链 物联网 轻量化 HASH函数 共识算法 存储可扩展性

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典型区块链存储与查询技术综述 被引量：15

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作者 潘恒 钱海洋 +2 位作者 姚中原 刘炜 斯雪明 《郑州大学学报（理学版）》 CAS 北大核心 2022年第6期34-50,共17页

区块链系统可以作为一种新型分布式数据库系统,适用于医疗、政务、教育等众多领域。然而,目前区块链自身存在着节点存储压力大、存取效率低、查询单一化等问题,限制了区块链应用的发展。为探明以上问题的原因以及找到合适的优化方法,选... 区块链系统可以作为一种新型分布式数据库系统,适用于医疗、政务、教育等众多领域。然而,目前区块链自身存在着节点存储压力大、存取效率低、查询单一化等问题,限制了区块链应用的发展。为探明以上问题的原因以及找到合适的优化方法,选取比特币、以太坊、Hyperledger Fabric、FISCO BCOS四个在数据存储与查询方面极具代表性的区块链系统,对其在数据存储及查询处理机制上进行总结、分析。在此基础上,归纳了现有区块链系统存储、查询方面存在的常见问题,总结了现有区块链存储与查询技术的优化方法,并对未来主要研究问题进行展望。 展开更多

关键词 比特币 以太坊 Hyperledger Fabric FISCO BCOS 数据结构 存储系统 查询处理

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链上链下一致性保护技术综述 被引量：1

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作者 高婷婷 姚中原 +1 位作者 贾淼 斯雪明 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2024年第12期3658-3668,共11页

区块链不可篡改的特性保证了链上数据的一致性,而链下数据可能在记录、存储、传输的过程中遭到破坏,这会造成链上和链下数据不一致的问题,进而极大地影响区块链技术的落地发展;因此,需要一些机制保证链上链下数据的一致性。针对链上和... 区块链不可篡改的特性保证了链上数据的一致性,而链下数据可能在记录、存储、传输的过程中遭到破坏,这会造成链上和链下数据不一致的问题,进而极大地影响区块链技术的落地发展;因此,需要一些机制保证链上链下数据的一致性。针对链上和链下数据不一致的问题,总结目前的一些链上链下一致性保护技术。首先,介绍链上链下一致性的基本概念,并指出一致性问题的重要性;其次,从预言机机制、数据完整性机制和链上链下数据协同机制这3个方面综述链上链下一致性保护技术,并对比分析一些链上链下一致性保护方案;最后,从3个方面展望链上链下一致性保护技术,为区块链从业者和研究者们进一步深入探讨和研究链上链下一致性保护方法提供理论参考,进而促进区块链应用的落地。 展开更多

关键词 区块链 一致性 预言机 数据完整性 链上链下数据协同

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基于深度学习的函数体切片级C/C++智能合约漏洞检测工具

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作者 李浴淑 邢颖 +3 位作者 陆思奇 潘恒 柴森春 斯雪明 《计算机应用》 北大核心 2025年第11期3493-3501,共9页

智能合约漏洞引发的安全事件频发,而现有检测工具对多语言支持不足,特别是缺乏对C/C++智能合约源码级别的漏洞检测能力。针对上述问题,提出基于深度学习的C/C++智能合约漏洞检测方法,并设计了函数体切片级检测工具CDFSentry。该工具从... 智能合约漏洞引发的安全事件频发,而现有检测工具对多语言支持不足,特别是缺乏对C/C++智能合约源码级别的漏洞检测能力。针对上述问题,提出基于深度学习的C/C++智能合约漏洞检测方法,并设计了函数体切片级检测工具CDFSentry。该工具从源码角度出发,借鉴深度学习在图像处理领域中的目标区域概念应用于智能合约漏洞检测。工具实现分为4步:一是提取漏洞函数体切片,获取完整函数体信息;二是对提取的切片进行标注;三是将切片编码为向量,转化为深度学习输入格式;四是完成向量标记与模型训练。此外,通过分析C/C++智能合约漏洞产生的原因,定义了5种类型的漏洞:整数溢出、权限控制、代币转移、内存管理和交易延迟,并构建了包含5 024个源码的数据集,解决了该领域开源数据集匮乏与漏洞类型不统一的问题。在该数据集上的实验结果表明,同类型的深度学习工具GNNSCVulDetector仅能检测1种漏洞,而CDFSentry可检测5种漏洞,且准确率提高了12.68个百分点。CDFSentry基于深度学习检测C/C++智能合约源码漏洞,可减少对专家依赖,且相比同类工具检测精度更高、范围更广;通过持续学习训练,它的检测能力可不断提升。 展开更多

关键词 智能合约 深度学习 函数体 漏洞检测 整数溢出 交易延迟

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基于改进公证人机制的联盟链跨链隐私保护方案 被引量：4

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作者 郭晓涵 姚中原 +3 位作者 张勇 郭尚坤 王超 斯雪明 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2023年第10期3028-3037,共10页

联盟链跨链交互既增强了联盟链应用的功能,又扩展了应用的使用范围,因此对促进联盟链应用推广和产业发展意义重大。然而,目前联盟链跨链交互依然存在着用户身份和资产交易信息隐私泄露的问题,进而阻碍了联盟链跨链交互技术的广泛应用。... 联盟链跨链交互既增强了联盟链应用的功能,又扩展了应用的使用范围,因此对促进联盟链应用推广和产业发展意义重大。然而,目前联盟链跨链交互依然存在着用户身份和资产交易信息隐私泄露的问题,进而阻碍了联盟链跨链交互技术的广泛应用。针对以上问题,提出一个基于改进公证人机制的联盟链资产跨链隐私保护方案。首先,在合约层引入哈希锁定机制来改进传统的单签名公证人跨链方式,从而降低传统公证人机制中心化作恶的风险;其次,利用同态加密的特性在保证交易合法的前提下,实现对交易资产的可用不可见;同时,利用多密钥生成中心(KGC)模式的标识密码算法实现在网络层上的用户身份隐私保护。理论分析和实验结果表明,所提方案对联盟链跨链交互时交易中的用户身份信息和资产信息具有良好的隐私保护效果,且相较于其他同类方案在签名和验证方面的开销更低。 展开更多

关键词 区块链 公证人 哈希锁定 同态加密 标识密码 隐私保护

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跨链综述:机制、协议、应用与挑战 被引量：3

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作者 陈龙飞 姚中原 +2 位作者 潘恒 权高原 斯雪明 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2023年第10期3017-3027,共11页

随着区块链技术及应用的不断发展,人们对区块链之间的交互需求日益增加。然而,区块链技术的孤立性和封闭性以及不同区块链之间的异构性造成了区块链的“价值孤岛”效应,这严重阻碍了区块链技术集成应用的广泛落地和良性发展。区块链跨... 随着区块链技术及应用的不断发展,人们对区块链之间的交互需求日益增加。然而,区块链技术的孤立性和封闭性以及不同区块链之间的异构性造成了区块链的“价值孤岛”效应,这严重阻碍了区块链技术集成应用的广泛落地和良性发展。区块链跨链技术解决了不同区块链之间的数据流通、价值转移和业务协同等问题,也是提升区块链可扩展性和互操作性的重要技术手段。根据跨链技术的实现复杂性和功能丰富性程度,从三个方面分类总结了区块链跨链技术:一是基础的跨链机制,二是基于这些机制构建的跨链协议,三是提供了系统架构的跨链应用。最后,总结了跨链互操作中存在的问题,从而为区块链跨链技术的进一步研究提供了系统性理论参考。 展开更多

关键词 区块链 互操作 跨链机制 跨链协议 跨链应用

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