基于区块链的数据安全传输方法的研究
发布时间：2022-01-08 07:12
当今,加密货币是行业和学术界的热点话题。作为最成功的加密货币之一,比特币在2016年的资本市场达到了 100亿美元。区块链是加密货币的核心技术,具有去中心化、去信任等特点,所有交易都存储在区块列表中。利用这些特性,区块链可大大节省成本并提高效率。随着物联网的飞速发展,环境监测系统极大地提高了政府日常运作的效率和透明度。但是,目前大多数现有的环境监测系统都是以集中的方式提供服务,并且严重依赖人来控制。高度集中的系统架构容易受到外部攻击,此外,不法分子破坏数据真实性相对容易,导致公众对环境监测数据信任度不高。针对这些问题,本文提出基于区块链的环境监测数据安全传输方案。监测设备获取的数据经过签名发送至数据采集终端,数据采集终端验证数据后将其写入区块链,智能合约对公众关心的数据进行实时分析并对外发布结果。以PM2.5监测为例,探讨环境监测区块链系统架构在PM2.5数据传输中的应用。使用Hyperledger Fabric搭建了环境监测区块链,实现环境监测数据的发布和查询功能。区块链的引入将大大提高环境监测系统中数据的安全性与真实性,从而为环境相关的科学研究,决策部署提供更可靠的信息。在联盟区块...
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１区块结构??２．１．２交易和签名??无论是加密货币交易还是简单的数据交换，区块链网络中节点都需要公钥－私钥对
?硕士学位论文???小节讨论了每种类型的示例。此外，在图２．２中展示了各种共识算法的分类。??／?ＰｏＷ?￣??ＰｏＳ??１?ＤＰｏＳ?—??ｙ基于麵ｐ〇ｌ?ｎ??／??／?ＰｏＥＴ???／?＇?ＰｏＳｐａｃｅ??共识算法／??＼ｙ?ＰＢＦＴ??」基手ＢＦＴ??Ｓｕｍｅｒ?ａｇｌ??＼?Ｒｉｐｐｌｅ??基于投票＜?１?■???Ｐａｘｏｓ??＼?基于ＣＦＴ?Ｋ?丨?Ｒａｆｔ??＼?Ｆｅｄｅｒａｔｅｄ??图２．２共识算法分类??（１）?ＰｏＷ??ＰｏＷ是比特币网络中所使用的共识算法。在分散网络中，必须选择某个节点来记录??交易。最简单的方法是随机选择节点进行记账，但这种方法很容易受到攻击。因此，如??果一个节点想要发布一个区块，那么必须完成大量工作来证明该节点不会攻击网络。通??常，这样的工作意味着需要进行大量的计算机运算。在ＰｏＷ算法中，网络中的每个节??点计算区块头的散列值。计算哈希值的节点称为矿工，发布新区块称为挖矿。区块头包??含一个随机数，矿工会频繁地更改随机数以获得不同的哈希值。共识要求计算值必须等??于或小于某个给定值［４７］。当一个节点达到目标值时，它会将区块广播到其他节点，所有??的节点均需验证散列值的正确性。如果区块得以验证，其他矿工会将这个新区块附加到??本地的区块链上。??在完全同步的系统中，尽管两个节点几乎同时发布区块，维护正确的区块序列也非??常容易。但在地理上，鉴于不能保证所有分散的区块链网络的同步性，所以该条件下，??维护正确的区块序列没有可行性。如果区块链网络中的多个节点同时广播有效区块，则??１２??
情况下，区块链网络内将会创建一个临时分支，其中??一个分支在《之后是《＋１，而另一个分支在之后是《＋１＇。在此之后，节点还会向这些??分支添加更多的区块。最终，含有最多区块的分支作为有效链，而另一个分叉遭到孤立??或遗弃。??４?Ｂ４?—？?Ｂ５??Ｂ１?—？?Ｂ２?—？?Ｂ３?＾?ｚ一一一??、??＼（＾?Ｂ４?—？?Ｂ５?—？Ｉｂ６｜—？?Ｂ７?）??最长的分叉链被??１?认为是有效的??＾?Ｉ?＾??当多于Ｉ名矿工同时发布区块，区块???链发生分叉???图２．３区块链中的分叉问题??在网络中，当某一节点拥有５１％的处理能力时，ＰｏＷ算法是脆弱的１４８１。因此，只??要总计算能力为ｎ彡２／＋１，其中／是单个恶意节点占用的计算能力，ＰｏＷ算法就具备了??容错性。在使用ＰｏＷ算法的区块链中，如比特币和以太坊，延迟了区块决策的“终结??性”。因此，在５１％的攻击事件中，区块链可以回滚到过去的区块高度。一旦区块“完??成”便不可逆转。在比特币和以太坊中，交易在６次确认后最终确定，６个确认在比特??币中花费６０分钟，在以太坊中花费２分钟ｔ４９］。??（２）?ＰＯＳ??ＰｏＳ算法旨在削减ＰｏＷ算法造成的电力消耗１５气作为ＰｏＷ箅法的替代方案，ＰｏＳ??中的验证者必须证明代币数量的所有权。人们认为，拥有较多代币的节点不太可能攻击??网络。ＰｏＳ算法中的“验证者”即为ＰｏＷ算法中的术语“矿工”。在ＰｏＳ算法中，验证??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于区块链技术的智能配售电交易平台架构设计[J]. 韩冬,张程正浩,孙伟卿,张巍,杨文威,肖敏. 电力系统自动化. 2019(07)
[2]基于区块链的RFID大数据安全溯源模型[J]. 刘耀宗,刘云恒. 计算机科学. 2018(S2)
[3]基于区块链技术的跨域认证方案[J]. 马晓婷,马文平,刘小雪. 电子学报. 2018(11)
[4]基于区块链和同态加密的电子健康记录隐私保护方案[J]. 徐文玉,吴磊,阎允雪. 计算机研究与发展. 2018(10)
[5]基于区块链的智能物件认证技术方案设计[J]. 段琼琼,项定华,史红周. 信息网络安全. 2018(09)
[6]基于联盟区块链的分布式能源交易认证模型[J]. 佘维,杨晓宇,胡跃,刘琦,刘炜. 中国科学技术大学学报. 2018(04)
[7]无线传感器网络的研究进展[J]. 李建中,高宏. 计算机研究与发展. 2008(01)
本文编号：3576119
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１区块结构??２．１．２交易和签名??无论是加密货币交易还是简单的数据交换，区块链网络中节点都需要公钥－私钥对
?硕士学位论文???小节讨论了每种类型的示例。此外，在图２．２中展示了各种共识算法的分类。??／?ＰｏＷ?￣??ＰｏＳ??１?ＤＰｏＳ?—??ｙ基于麵ｐ〇ｌ?ｎ??／??／?ＰｏＥＴ???／?＇?ＰｏＳｐａｃｅ??共识算法／??＼ｙ?ＰＢＦＴ??」基手ＢＦＴ??Ｓｕｍｅｒ?ａｇｌ??＼?Ｒｉｐｐｌｅ??基于投票＜?１?■???Ｐａｘｏｓ??＼?基于ＣＦＴ?Ｋ?丨?Ｒａｆｔ??＼?Ｆｅｄｅｒａｔｅｄ??图２．２共识算法分类??（１）?ＰｏＷ??ＰｏＷ是比特币网络中所使用的共识算法。在分散网络中，必须选择某个节点来记录??交易。最简单的方法是随机选择节点进行记账，但这种方法很容易受到攻击。因此，如??果一个节点想要发布一个区块，那么必须完成大量工作来证明该节点不会攻击网络。通??常，这样的工作意味着需要进行大量的计算机运算。在ＰｏＷ算法中，网络中的每个节??点计算区块头的散列值。计算哈希值的节点称为矿工，发布新区块称为挖矿。区块头包??含一个随机数，矿工会频繁地更改随机数以获得不同的哈希值。共识要求计算值必须等??于或小于某个给定值［４７］。当一个节点达到目标值时，它会将区块广播到其他节点，所有??的节点均需验证散列值的正确性。如果区块得以验证，其他矿工会将这个新区块附加到??本地的区块链上。??在完全同步的系统中，尽管两个节点几乎同时发布区块，维护正确的区块序列也非??常容易。但在地理上，鉴于不能保证所有分散的区块链网络的同步性，所以该条件下，??维护正确的区块序列没有可行性。如果区块链网络中的多个节点同时广播有效区块，则??１２??
情况下，区块链网络内将会创建一个临时分支，其中??一个分支在《之后是《＋１，而另一个分支在之后是《＋１＇。在此之后，节点还会向这些??分支添加更多的区块。最终，含有最多区块的分支作为有效链，而另一个分叉遭到孤立??或遗弃。??４?Ｂ４?—？?Ｂ５??Ｂ１?—？?Ｂ２?—？?Ｂ３?＾?ｚ一一一??、??＼（＾?Ｂ４?—？?Ｂ５?—？Ｉｂ６｜—？?Ｂ７?）??最长的分叉链被??１?认为是有效的??＾?Ｉ?＾??当多于Ｉ名矿工同时发布区块，区块???链发生分叉???图２．３区块链中的分叉问题??在网络中，当某一节点拥有５１％的处理能力时，ＰｏＷ算法是脆弱的１４８１。因此，只??要总计算能力为ｎ彡２／＋１，其中／是单个恶意节点占用的计算能力，ＰｏＷ算法就具备了??容错性。在使用ＰｏＷ算法的区块链中，如比特币和以太坊，延迟了区块决策的“终结??性”。因此，在５１％的攻击事件中，区块链可以回滚到过去的区块高度。一旦区块“完??成”便不可逆转。在比特币和以太坊中，交易在６次确认后最终确定，６个确认在比特??币中花费６０分钟，在以太坊中花费２分钟ｔ４９］。??（２）?ＰＯＳ??ＰｏＳ算法旨在削减ＰｏＷ算法造成的电力消耗１５气作为ＰｏＷ箅法的替代方案，ＰｏＳ??中的验证者必须证明代币数量的所有权。人们认为，拥有较多代币的节点不太可能攻击??网络。ＰｏＳ算法中的“验证者”即为ＰｏＷ算法中的术语“矿工”。在ＰｏＳ算法中，验证??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于区块链技术的智能配售电交易平台架构设计[J]. 韩冬,张程正浩,孙伟卿,张巍,杨文威,肖敏. 电力系统自动化. 2019(07)
[2]基于区块链的RFID大数据安全溯源模型[J]. 刘耀宗,刘云恒. 计算机科学. 2018(S2)
[3]基于区块链技术的跨域认证方案[J]. 马晓婷,马文平,刘小雪. 电子学报. 2018(11)
[4]基于区块链和同态加密的电子健康记录隐私保护方案[J]. 徐文玉,吴磊,阎允雪. 计算机研究与发展. 2018(10)
[5]基于区块链的智能物件认证技术方案设计[J]. 段琼琼,项定华,史红周. 信息网络安全. 2018(09)
[6]基于联盟区块链的分布式能源交易认证模型[J]. 佘维,杨晓宇,胡跃,刘琦,刘炜. 中国科学技术大学学报. 2018(04)
[7]无线传感器网络的研究进展[J]. 李建中,高宏. 计算机研究与发展. 2008(01)
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