20189218 2018-2019-2 《密码学与安全新技术专题》第9周作业

20189218 2018-2019-2 《密码学与安全新技术专题》第X周作业

课程：《关键词与安全新技术专题》

等级：1892

姓名：冯倩

学号：20189218

班主任：张建义

上课日期：2019年4月27日

必修/选修：选修

一、本讲区块链学习总结

从狭义上讲，区块链是一种链式数据结构，将数据块按时间顺序有序组合，并通过密码学保证不可篡改、不可伪造的分布式账本。

从广义上讲2100万个比特币怎么算出来的，区块链技术是利用区块链数据结构对数据进行验证和存储，利用分布式节点共识算法产生和更新数据，利用密码学保证数据传输和访问的安全，利用自动化脚本来构建新的分布式基础设施和计算通过由代码组成的智能合约来编程和操​​作数据的方法。

区块链架构模型

一般来说，区块链系统由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。 其中，数据层封装了底层数据块和相关数据加密、时间戳等基础数据和基础算法； 网络层包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制； 共识层主要封装了网络节点的各种共识算法； 激励层将经济因素融入区块链技术体系，主要包括经济激励的发行机制和分配机制； 合约层主要封装各种脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础； 应用层封装了区块链的各种应用场景和案例。 在该模型中，基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识算力的经济激励、灵活可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新。

比特币

有观点认为，比特币的出现是人们对商品经济中国家主权货币过度发行、货币政策干预、对礼物经济中社区共识货币自治的向往的结果； 比特币的汇率是对全球投资者增减的反应； 比特币的底层技术区块链可以应用于各个行业。

通常，大写的“Bitcoin”是指其使用的比特币技术和网络，而小写的“bitcoin”是指货币本身。 比特币也是一种区块链支付系统和虚拟定价工具。 由于它采用密码技术控制货币的生产和转移，没有中央发行机构，不能随意发行。 交易在全球网络中运行，具有特殊的保密性。 再加上不需要经过第三方金融机构，所以被越来越广泛的使用，也成为了非法交易的媒介。 用户在个人电脑和智能手机上使用加密钱包软件，无需任何银行、信用卡、在线支付公司等中介机构，可以随时随地在互联网上直接兑换商品和服务。 根据剑桥大学 2017 年的一项研究，全球加密钱包的活跃用户多达 580 万，其中大部分使用比特币。 同时，有观点认为，比特币技术得到广泛认可和使用，为人类开启了区块链时代。

比特币作为一种记账体系，发行新货币和维持交易并不依赖于中央权威，而是由区块链完成的。 采用数字加密算法，全网抵御51%算力攻击，确保资产和交易安全。 交易记录由所有网络计算机记录和维护，每笔交易的有效性必须通过区块链进行验证和确认。

作为记账单位，比特币的最小单位是0.00000001（亿分之一）比特币，称为“1聪”。 如有必要，还可以修改协议，将其划分为更小的单元，以保证其流通的便利性。 区块奖励每产生 210,000 个区块减半，大约 4 年，上一次减半是在 2016 年 7 月。但是，这种收敛的几何级数的总和必须是有限的。 到 2140 年，不再有新的比特币产生，最终流通的比特币数量将始终略低于 2100 万枚。 截至2018年3月，比特币的供应量约为1700万枚，实际流通量将因私钥丢失等因素进一步减少。

比特币中的区块链

新添加的数据块总是可以链接到前一个块，这是整个区块链的末端。 比特币点对点网络将所有的交易历史都存储在“区块链”中，因此区块链可以看作是记录比特币交易的账本。 区块链是一组去中心化的客户端节点和所有参与者组成的分布式数据库，是所有比特币交易历史的记录。 中本聪预测，当数据量增加时，客户端希望不是所有的数据都存储在自己的节点中。 为了达到这个目的，他采用了引入哈希函数的机制。 这样，客户端就可以自动删除那些永远不会用到的部分，比如一些非常早期的比特币交易记录。 中本聪创造了比特币系统的第一个区块“创世区块”2100万个比特币怎么算出来的，上面写着“The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks”，这是《The Times》头版文章的标题次。

确认交易的过程是通过解决一系列计算问题的工作量证明机制来实现的。 工作量证明机制要求计算机的计算能力是一定的有限值，需要一定的时间才能解决，这使得攻击者无法重写和修改交易历史，除非他可以有一个相对比特币的点对点网络系统。 强大的计算能力，可以更快的速度生成区块链（称为“51% 攻击”）。 工作量证明机制的难度由系统自动调整，因此新区块的生成平均需要10分钟。 整个比特币点对点网络的节点会自动检查交易和区块的有效性，忽略任何违反规则的交易和区块，比如生成错误数量的区块，或者发送相同份额的比特币多次。

参与处理区块的客户可以获得一定数量的新发行的比特币和相关的交易手续费。 为了获得这些新产生的比特币，参与处理区块的客户端需要花费大量的时间和计算能力（为此，社会上有专业的矿机来代替电脑等低配置的网络设备），这过程与挖矿非常相似，因此，中本聪将数据处理者称为“矿工”，将数据处理活动称为“挖矿”。 这些新产生的比特币可以奖励系统中的数据处理者，他们的计算工作为比特币点对点网络的正常运行提供了保障。 鉴于此，其他类似的山寨币（Altcoins）使用相同的概念来处理终端之间的交易数据，只是调整了工作量证明机制，例如使用股权证明（Proof of Stake）和Scrypt算法。

二、学习中遇到的问题及解决方法 三、本次讲座的学习感悟与思考

科技改变世界绝不是一句空话。

作为一门技术，编程可以说是改变世界成本最低的方式。

但技术永远是一把双刃剑。 区块链技术可以极大地方便人们的生活，但也为不法分子的违法活动提供了便利。

作为技术的开发者或持有者，我们必须坚守道德底线，让技术朝着有利于社会的方向发挥作用。

4. 区块链应用最新研究现状

区块链作为比特币的底层技术，其实有很多应用方向，那么区块链应用近几年有哪些发展呢？ 接下来，本文将通过2018年以来5篇高被引区块链相关论文介绍区块链的发展现状。

物联网安全：回顾、区块链解决方案和开放挑战

本文发表于 Future Generation Computer Systems, 2018 - Elsevier，引用：146。

作者信息：

哈立德萨拉赫

毫无疑问，今天的物联网设备是不安全的。 这主要是由于资源限制、标准不成熟以及物联网设备中缺乏安全的硬件和软件设计、开发和部署。 物联网资源的多样性也阻碍了确定用于保护物联网层的稳健全球机制的努力。 本文根据高级、中级和低级物联网层对这些问题进行分类，并简要讨论了文献中提出的在不同级别利用物联网安全性的机制。 还提供了物联网攻击的参数分析及其可能的解决方案。 本文考虑了攻击的影响并将其映射到文献中提出的可能解决方案。 本文还讨论了如何使用区块链来处理和解决一些最相关的物联网安全问题。 本文还概述并确定了研究界需要解决的未来和开放研究问题和挑战，以提供可靠、高效和可扩展的物联网安全解决方案。

通过多重签名、区块链和匿名消息流实现分散式能源交易的安全性和隐私性

本文发表于 IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing ( Volume: 15 , Issue: 5 , Sept.-Oct. 1 2018)，被引次数：188

作者信息：

达沃尔·斯维蒂诺维奇

配备双向通信流的智能电网有望提供更复杂的消耗监控和能源交易。 但这对与消费和交易数据的安全和隐私相关的问题提出了严峻挑战。 本文解决了在不依赖可信第三方的情况下在分散式智能电网能源交易中提供交易安全性的问题。 本文实现了一个使用区块链技术、多重签名和匿名加密消息流的去中心化能源交易系统的概念验证，使同行能够匿名协商能源价格并安全地执行交易。 本文介绍了一个案例研究，以便在引发的安全和隐私要求范围内执行安全分析和性能评估。

区块链颠覆和智能合约

本文发表于 The Review of Financial Studies，2019，引用：84

作者信息：

何志国

区块链技术提供分散的共识，并通过智能合约潜在地扩展合约空间。 同时，产生分散的共识需要分发信息，这必然会改变信息环境。 本文分析了去中心化与共识质量之间的关系，以及区块链的典型特征如何重塑竞争格局。 智能合约可以通过加强进入和竞争来缓解信息不对称并改善福利和消费者剩余，但在共识生成过程中分发信息可能会鼓励更多的共谋。 总的来说，区块链维持市场平衡，具有更广泛的经济影响。 本文进一步讨论反垄断政策对区块链应用的影响。

面向供应链来源的本体驱动区块链设计

本文发表于 Intelligent Systems in Accounting, Finance and Management，被引次数：106

作者信息：

马雷克·拉斯科斯基

大数据时代的一个有趣问题是确定信息的来源。 对于当今在复杂的、组织间的、通常是国际跨越的供应链中生产和运输的物品，通常不可能对实物商品的来源进行精细评估（例如，跟踪药物成分或证明奢侈品的真实性）。 最近采用的物联网和区块链技术为更好的供应链起源带来了希望。 本文研究区块链，因为它的许多实际用例都用于来源跟踪。 本文还对应用本体感兴趣，因为一些关于知识来源、可追溯性和食品来源的工作已经在使用本体进行。 本文介绍了为什么本体可以为区块链设计做出贡献的案例。 为了支持这种情况，本文分析了可追溯性本体，并将其某些表示形式转换为智能合约，以执行来源追踪并在以太坊区块链平台上实施可追溯性约束。

基于区块链的智能电网：迈向可持续的地方能源市场

本文发表于Comput Sci Res Dev (2018)，被引次数：94

作者信息：

埃丝特·门格尔坎普

能源系统中越来越多的可再生能源需要新的市场方法来定价和分配。 在当地的能源市场，消费者和消费者可以就地交易，直接在社区内生产可再生能源，并以分散的方式在当地平衡生产和消费。 本文提供了 100 户当地能源市场的综合概念、市场设计和模拟。 本文的方法基于分布式信息和通信技术，即私有区块链，强调本地能源市场的去中心化性质。 因此，本文为能源消费者和消费者提供了一个去中心化的市场平台，可以在不需要中央中介的情况下交易本地能源。 此外，本文还对区块链技术作为当地能源市场主要 ICT 的市场机制和技术评估的研究议程进行了初步经济评估。

参考