基于区块链的多式联运物流系统架构及关键技术研究
这是一篇关于多式联运,区块链,智能合约,布隆过滤器,实用拜占庭容错算法的论文, 主要内容为多式联运是指同一批货物在不更换包装方式的前提下通过两种以上的运输方式进行运输。多式联运整个业务流程涉及多个参与主体,存在各主体之间没有统一的多式联运管理信息平台,信息共享存在壁垒、缺乏统一的单证、监管困难,难以明确责任人、缺乏信任等诸多问题。区块链具有公开透明、人人记账、人人查账、可承载数字货币、系统安全可靠的特点,这些特点恰好能解决多式联运目前面临的发展阻碍。本文首先对区块链的智能合约和实用拜占庭容错算法进行改进,就目前存在的查询效率低、吞吐量不高、通信开销大、交易时延长的弊端提出创新性改进。其次针对目前多式联运物流系统存在的问题进行研究,提出了构建一种以区块链为架构的多式联运物流平台,多式联运整个业务流程中的多式联运经营人、政府相关部门、企业及金融机构等参与者作为区块链的节点,使用智能合约控制业务流程,作为交易的凭证,简化业务流程和人员的投入。本文将完成以下任务:(1)对区块链的性能提出改进,针对多式联运业务的交易量大的特点,提出以下两点改进,首先对区块链中数据的检索效率提出改进,构建基于轻量级布隆过滤器的智能合约检索模型,将标准型布隆过滤器改进为轻量级布隆过滤器,提高检索效率,降低误差概率。其次改进实用拜占庭容错算法,提出简化的实用拜占庭容错算法(Simplified-PBFT,S-PBFT),该算法引入仲裁机制解决实用拜占庭动态节点离开和加入冲突,改进实用拜占庭容错算法的共识机制,将一致性协议的三个阶段简化为两个阶段,降低时延,减少通信开销,提高系统的吞吐量,满足多式联运的业务需求。(2)对多式联运业务流程进行深入研究,实际调研多式联运物流企业和港口,收集整理用户提出的对多式联运发展的需求,并对需求进行分析。设计基于区块链架构下的多式联运物流平台,并完成设计和测试。经过实验测试,结果表明本文设计的基于区块链的多式联运物流平台可以满足多式联运的功能和性能需求,解决了多式联运缺乏统一的物流信息平台和重复填写单证的问题。轻量级布隆过滤器提高了区块链中对数据的检索效率,并提高了区块链的吞吐量,本文对实用拜占庭容错算法改进后提出的S-PBFT算法在吞吐量、通信开销、时延上均有不同程度的提高。
基于IPFS的分布式电商系统的研究与实现
这是一篇关于IPFS,分布式电商,对等网络的备份算法,区块链的论文, 主要内容为集中式电商由于越来越多的用户和数据导致平台存储容量急剧上升,并且数据集中存储在平台容易泄露用户的隐私信息。在这种背景下,分布式电商即P2P(Peer to Peer,点对点)电子商务应运而生。P2P电子商务模式使交易中的买家与卖家脱离原先集中化的管理与交易模式,直接“面对面”地处理商品信息、进行交易活动。同时,P2P非集中式的架构可以轻松实现负载均衡,突破了集中式架构可能带来的瓶颈。除此之外,用户隐私数据全部存储在本地,充分保障了用户的隐私。用户拥有充分的自主权。因此,P2P电子商务模式有可能在未来取代集中式架构而成为主流电子商务模式。本文在研究分析了分布式电商架构、IPFS存储以及区块链等相关技术的基础上,设计了一个基于IPFS的分布式电商系统架构。基于国外OpenBazaar分布式电商开源框架,详细设计并改进了其中对等节点服务器端。结合IPFS内容寻址和区块链防篡改技术,提出了一个面向数据真实性的IPFS数据存储方案。进而,提出了一个面向数据可用性的IPFS备份方案,包括基于节点在线时间互补的备份节点选择算法和同伴协助监测的复制契约方案。在上述研究的基础上,结合相关开源系统的使用,本文实现了基于IPFS的分布式电商系统,功能测试验证了系统的正确性。性能测试表明,面向数据真实性的IPFS数据存储方案具有良好的数据存储效率,并可以对数据的真实性加以验证。面向数据可用性的IPFS备份方案具有良好的节点选择效率,可以提供99%的数据在线率,基本满足分布式电商网络中的数据可用性需求。
基于区块链的中药材供应链追溯系统
这是一篇关于中药材,区块链,加密算法,共识算法,智能合约的论文, 主要内容为随着中医药快速发展,中药材作为制作中医药的原材料,其安全问题受到社会各界的重视。为了保障中药材质量安全和人民用药安全,做到中药材产品源头可查、问题可追、责任可究,可利用信息化技术对中药材产品进行溯源,做好源头管理,避免中药材供应链发生中药材掺假、以次充好等问题,实现中药材供应链全过程追溯具有重要的意义。传统的溯源解决方案中,主要采用传感器技术、二维条码等技术将数据存放在中心化的数据库中,形成一个中心化系统,存在信息中心化、易被篡改、溯源信息信任度低等问题。区块链技术的去中心化、防止数据被篡改等优点,为中药材的安全溯源提供有效的技术支持和解决思路。本文以种植的中药材为研究对象进行追溯系统研究,具体研究如下:(1)本文选用联盟链超级账本fabric作为本文的底层技术支撑,对传统中药材溯源体系进行分析,确定中药材种植、加工、监管检测、运输与分销等基本追溯环节。根据系统的使用用户分为溯源企业需求和消费者需求两个实体,设计了基于超级账本fabric的中药材追溯系统层级结构和区块链网络架构,并搭建基于中药材供应链的联盟链运行平台。(2)本文选用SHA256加密算法保证数据安全,对适用于联盟链的PBFT共识算法进行优化设计,实现系统各节点之间更高的共识效率,当节点的数量达到1000时,优化后的共识算法的共识时间是传统PBFT算法的31%左右,吞吐量是传统PBFT算法的2.4倍,提高了系统的事务延迟,更好的保障数据传输的安全性。然后对区块链底层的智能合约进行设计,区块链网络中的节点通过调用链码中提前设定好的智能合约来对交易进行相应操作。(3)本文以中药材供应链的联盟链运行平台为基础,设计实现了中药材供应链区块链追溯系统。溯源系统将本文的中药材各环节连接成一条完整的供应链,避免信息中断情况,通过区块链底层技术设计达到了信息防篡改、去中心化、溯源信息信任度高等预期效果,满足消费者对中药材信息的可信溯源需求。
基于区块链的电商信誉评价模型研究
这是一篇关于区块链,信誉评价,跨链机制,隐私保护,零知识证明,博弈论的论文, 主要内容为电商交易环境中,信誉评价问题一直是电商消费行业的重点关注问题之一,而电商信誉评价体系一直是辨别电商信誉的重要手段之一。传统的电商交易评价体系是在某个中心化的服务器上进行数据的存储和传输,由于该体系对中心化服务器过度依赖,攻击者只需要对中心化的服务器进行攻击,就能够造成系统交易数据的泄露和信誉数据的篡改。同时,在电商交易过程中,数据的传输速度依赖于服务器,如果服务器发生故障就会导致数据更新的延迟。因此,传统的电商信誉评价体系需要与新技术进行结合,以缓解服务器故障带来的压力。区块链作为一种迅速崛起的新技术,将去中心化、数据加密、分布式存储等多个特性进行融合,是前沿技术的代表。其中,去中心化是其最大的特点,应用于电商交易环境中可以缓解中心服务器带来的压力。本文融合区块链技术与电商信誉评价系统,围绕电商交易隐私保护和电商信誉评价进行研究,本文的主要工作如下:第一,针对电商交易和评价过程中,单区块链存储与交易链压力过大的问题,提出一种双链结构;同时,针对双链结构固有的问题,提出一种隐私保护的方法。该方法尝试在交易链加入隐私保护算法,保护交易数据的隐私;并通过改进的中继的跨链方式,实现交易链和评价链数据的互联互通;通过在跨链验证中加入零知识证明,保护信息交互的安全,最终实现验证信息在双链之间的安全传输。最后对该模型进行性能分析表明,该方法有更低的时间验证成本,且安全性更高,相比于其他方法,该方法具有一定的性能优势。第二,针对电商交易环境中串通和共谋等不实行为的频繁发生,致使评价模型可信度较低的情况,提出了一种基于博弈论的低成本电商信誉评价模型。该模型尝试通过设置评价者筛选算法,对参与评价活动的评价者进行初步筛选;通过纳什均衡原理和纳什均衡点,设计评价者博弈模型,并通过设计支付函数,完善参与活动的评价者的奖惩机制;最终实现评分数据的上传和更新。通过对该合约进行性能分析,该方法有更低的费用成本和时间成本,相比于其他方法更具有一定的性能优势。
基于感知哈希的视觉证据甄别与链上信息追溯研究
这是一篇关于感知哈希,视觉证据,区块链,多链协同,访问控制的论文, 主要内容为随着社会的快速发展,监控设备在日常生活中扮演着重要的角色。然而,传统的监控视频存储方式存在着数据泄露和易被攻击的问题,难以保证数据的完整性和可追溯性,从而引起数据真实性和完整性验证困难、存储和检索效率低以及缺乏可信度验证等问题。针对这些问题,本文将感知哈希技术与区块链技术相结合,利用感知哈希技术实现链下数据的真实性与完整性验证,并且通过感知哈希技术来实现监控设备的关联分组,在此基础上构建复合区块链,实现监控数据的高效存储溯源,同时设计并实现基于复合区块链的监控存证溯源平台。本文主要工作如下:(1)提出基于运动分析的感知哈希视觉证据检测模型,实现监控场景下的视觉证据甄别。该模型由两个主要部分构成,第一部分是提取视频特征感知哈希的流程,第二部分则用于检测视频证据的篡改情况。具体方法是:首先,针对监控视频存在大量冗余的问题,提出基于运动分析的视频关键帧提取算法;然后,提出利用离散小波变换将小波块等值分类的方法,并结合奇异值分解提取视频帧的特征,加密后以数字水印的形式嵌入到视频中;最后,在视频认证阶段通过计算相似度来实现视觉证据的甄别,判断视频是否被篡改。实验结果表明该模型具有较好的鲁棒性、唯一性与不可见性,有损压缩传输时能检测数据的完整性,恶意篡改时也能有效识别。(2)提出基于复合区块链的监控视频证据存储溯源架构,实现监控视频的关联存储,提高关联溯源效率。具体方法是:首先,提出基于视频感知哈希特征的设备分组方法,利用监控设备拍摄的静态视频感知哈希值与位置信息进行聚类关联分组,提升组内设备的关联性;其次,依据设备分组情况,构建组内私有链与组间联盟链,分别利用Merkle树、Merkle-Patricia树优化私有链、联盟链的区块结构,通过多条链的协同反馈配合,提升追溯的效率;最后,提出基于复合区块链的访问控制机制(CB-ABAC),结合智能合约将权限定义和策略定义分别存储在复合区块链的不同的区块中,为每个访问者分配相应的权限,实现分级安全访问与追溯。实验结果表明该架构相较于其他区块链架构在性能上有一定的提升,能有效解决复杂监控场景下的问题。(3)基于以上提出的模型架构,设计并实现基于复合区块链的监控存证溯源平台。该平台实现了用户注册登录、关键视频上传存储、关联视频溯源查询、节点分配等功能。对于大型商场治安管理及商场制定决策有一定的辅助作用,具有一定的社会价值。
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