基于国密算法的区块链及UTXO模型优化研究
发布时间：2021-12-15 17:14
2015年以来,区块链技术进入了快速发展的时期,具有广阔的应用前景。一方面,中国区块链信息安全和发展在一定程度上受制于目前主要采用的国际加密算法标准的不可控性。另一方面,以“比特币”系统为代表的区块链货币系统使用的UTXO模型在安全性、并发性等方面具有一定的优势,但在存储和遍历效率上也具有明显的缺陷。本文探讨了现有区块链系统使用我国自主设计的国密系列加密算法的可行性,并提出了适用于不同区块链的国密算法移植方法,以两个目标区块链平台为例实验验证了移植方法。然后基于UTXO模型的特点提出了三项优化方法:一是“交易链”数据模型,能够在不损害安全性的条件下使区块链具有查询一系列关联交易的能力。二是优化UTXO本地缓存集存储的方法,采用合并小额度UTXO数据的策略达到减少UTXO数据数量的目的。三是优化UTXO本地缓存集遍历效率的方法,采用K-means聚类方法将账户按照交易需求分类,将UTXO本地缓存集分割为多个子集,从而缩小遍历目标集合,优化数据遍历效率。三项优化方法经实验证明,区块链可在不依赖第三方系统的条件下快速存取一系列相关交易,区块链膨胀问题得到了一定的抑制,且不同交易需求的账户的U...
【文章来源】：云南大学云南省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.3 研究的主要内容
1.4 本论文的结构安排
第二章 相关技术
2.1 区块链概述
2.2 国密算法概述
2.2.1 密码杂凑算法
2.2.2 椭圆曲线加密算法
2.3 基于国密算法的区块链
2.3.1 国密算法的可移植性
2.3.2 国密算法的可应用性
2.3.3 国密算法移植的重难点
2.4 UTXO模型与Account模型
2.4.1 UTXO模型
2.4.2 Account模型
2.4.3 优缺点对比
2.5 K-means聚类算法
2.5.1 基于交易需求优化UTXOs的必要性讨论
2.5.2 K-means聚类算法概述
2.5.3 优缺点对比
2.6 本章小结
第三章 区块链国密算法移植
3.1 移植方法的选择
3.2 国密算法移植过程
3.2.1 基于密码库替换方法的简单移植过程
3.2.2 基于密码库修改方法的算法移植过程
3.2.3 基于密码库修改方法的加密材料移植过程
3.3 本章小结
第四章 UTXO模型数据结构与存储优化
4.1 问题分析
4.1.1 交易间的关联性问题
4.1.2 UTXOs数据集的膨胀问题
4.1.3 UTXOs本地缓存集的遍历效率问题
4.2 交易数据结构优化
4.2.1 交易数据结构优化——“交易链”模型
4.2.2 “交易链”模型的分叉问题讨论
4.2.3 “交易链”模型的安全性问题讨论
4.3 对UTXO数据集大小的优化
4.4 对UTXO数据集遍历效率的优化
4.4.1 数据集优化
4.4.2 遍历过程的调整
4.5 基于K-means聚类算法的交易需求分类
4.5.1 模型定义
4.5.2 数据准备与预处理
4.5.3 聚类参数
4.6 本章小结
第五章 实验与分析
5.1 区块链国密算法移植实验
5.1.1 基于密码库替换方法的简单移植实验
5.1.2 基于密码库修改方法的移植过程
5.1.3 国密算法移植实验运行效率分析
5.1.4 讨论
5.2 “交易链”模型实验
5.3 对UTXO数据集大小的优化实验
5.3.1 实验过程
5.3.2 讨论
5.4 对UTXO数据集遍历效率的优化实验
5.4.1 实验过程
5.4.2 讨论
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 展望
附录1 UTXO数据集大小优化实验数据
参考文献
攻读硕士学位期间完成的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]区块链技术研究综述[J]. 黄俊飞,刘杰. 北京邮电大学学报. 2018(02)
[2]区块链技术:从数据智能到知识自动化[J]. 袁勇,周涛,周傲英,段永朝,王飞跃. 自动化学报. 2017(09)
[3]基于区块链2.0的以太坊初探[J]. 李赫,孙继飞,杨泳,汪松. 中国金融电脑. 2017(06)
[4]区块链关键技术研究[J]. 马莹莹,王哲. 福建电脑. 2017(06)
[5]区块链技术共识算法综述[J]. 王晓光. 信息与电脑(理论版). 2017(09)
[6]区块链技术与应用前瞻综述[J]. 何蒲,于戈,张岩峰,鲍玉斌. 计算机科学. 2017(04)
[7]SM2椭圆曲线公钥密码算法综述[J]. 汪朝晖,张振峰. 信息安全研究. 2016(11)
[8]从“比特币挖矿”看区块链技术的共识机制[J]. 梁斌. 中国金融电脑. 2016(09)
[9]区块链技术发展现状与展望[J]. 袁勇,王飞跃. 自动化学报. 2016(04)
[10]拜占庭系统技术研究综述[J]. 范捷,易乐天,舒继武. 软件学报. 2013(06)
硕士论文
[1]SM3密码杂凑算法分析[D]. 申延召.东华大学 2013
本文编号：3536831
【文章来源】：云南大学云南省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.3 研究的主要内容
1.4 本论文的结构安排
第二章 相关技术
2.1 区块链概述
2.2 国密算法概述
2.2.1 密码杂凑算法
2.2.2 椭圆曲线加密算法
2.3 基于国密算法的区块链
2.3.1 国密算法的可移植性
2.3.2 国密算法的可应用性
2.3.3 国密算法移植的重难点
2.4 UTXO模型与Account模型
2.4.1 UTXO模型
2.4.2 Account模型
2.4.3 优缺点对比
2.5 K-means聚类算法
2.5.1 基于交易需求优化UTXOs的必要性讨论
2.5.2 K-means聚类算法概述
2.5.3 优缺点对比
2.6 本章小结
第三章 区块链国密算法移植
3.1 移植方法的选择
3.2 国密算法移植过程
3.2.1 基于密码库替换方法的简单移植过程
3.2.2 基于密码库修改方法的算法移植过程
3.2.3 基于密码库修改方法的加密材料移植过程
3.3 本章小结
第四章 UTXO模型数据结构与存储优化
4.1 问题分析
4.1.1 交易间的关联性问题
4.1.2 UTXOs数据集的膨胀问题
4.1.3 UTXOs本地缓存集的遍历效率问题
4.2 交易数据结构优化
4.2.1 交易数据结构优化——“交易链”模型
4.2.2 “交易链”模型的分叉问题讨论
4.2.3 “交易链”模型的安全性问题讨论
4.3 对UTXO数据集大小的优化
4.4 对UTXO数据集遍历效率的优化
4.4.1 数据集优化
4.4.2 遍历过程的调整
4.5 基于K-means聚类算法的交易需求分类
4.5.1 模型定义
4.5.2 数据准备与预处理
4.5.3 聚类参数
4.6 本章小结
第五章 实验与分析
5.1 区块链国密算法移植实验
5.1.1 基于密码库替换方法的简单移植实验
5.1.2 基于密码库修改方法的移植过程
5.1.3 国密算法移植实验运行效率分析
5.1.4 讨论
5.2 “交易链”模型实验
5.3 对UTXO数据集大小的优化实验
5.3.1 实验过程
5.3.2 讨论
5.4 对UTXO数据集遍历效率的优化实验
5.4.1 实验过程
5.4.2 讨论
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 展望
附录1 UTXO数据集大小优化实验数据
参考文献
攻读硕士学位期间完成的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]区块链技术研究综述[J]. 黄俊飞,刘杰. 北京邮电大学学报. 2018(02)
[2]区块链技术:从数据智能到知识自动化[J]. 袁勇,周涛,周傲英,段永朝,王飞跃. 自动化学报. 2017(09)
[3]基于区块链2.0的以太坊初探[J]. 李赫,孙继飞,杨泳,汪松. 中国金融电脑. 2017(06)
[4]区块链关键技术研究[J]. 马莹莹,王哲. 福建电脑. 2017(06)
[5]区块链技术共识算法综述[J]. 王晓光. 信息与电脑(理论版). 2017(09)
[6]区块链技术与应用前瞻综述[J]. 何蒲,于戈,张岩峰,鲍玉斌. 计算机科学. 2017(04)
[7]SM2椭圆曲线公钥密码算法综述[J]. 汪朝晖,张振峰. 信息安全研究. 2016(11)
[8]从“比特币挖矿”看区块链技术的共识机制[J]. 梁斌. 中国金融电脑. 2016(09)
[9]区块链技术发展现状与展望[J]. 袁勇,王飞跃. 自动化学报. 2016(04)
[10]拜占庭系统技术研究综述[J]. 范捷,易乐天,舒继武. 软件学报. 2013(06)
硕士论文
[1]SM3密码杂凑算法分析[D]. 申延召.东华大学 2013
本文编号：3536831
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/ruanjiangongchenglunwen/3536831.html
