专题 | 区块链技术与应用研究
随着区块链技术的持续创新和商业应用的不断拓展，区块链正在深刻影响金融、电信、交通与物流、能源、医疗健康、法律、制造业等传统行业的转型升级与价值再造，并在未来的数字经济浪潮中扮演更重要的角色。区块链从技术层面上保证在链式账本中所存储的数据无法被恶意篡改，特别适合用于解决多方业务协作场景中为维护信用而导致的成本居高不下的问题。本专题从区块链技术、应用发展等方面进行梳理盘点，希冀能够让大家更全面更深刻了解区块链的发展态势。
1、区块链军事化应用研究进展
4月12日，美国国会研究服务处（CRS）发布《区块链：新型应用来源》报告，对区块链技术及最新进展加以概述，介绍其在供应链管理、身份管理、资产跟踪等方面的应用，旨在进一步扩大区块链技术在社会、军事、经济等领域的应用及影响。
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2、基于区块链的军事数据安全治理框架
军事数据是战争指挥决策的重要支撑。由于采集手段受限、共享交换渠道不畅、共享意识不强等因素，数据建设面临数据积累不足、数据孤岛、数据质量不高以及数据安全管控薄弱等问题与挑战。通过在数据采集、共享交换、综合处理、数据应用等数据全生命周期中，引入区块链技术，建立了基于区块链的军事数据安全治理架构，设计了数据可信采报、数据安全共享交换、数据访问控制及数据行为存证等关键技术，并针对军事数据安全治理提出了思考和建议。
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3、基于区块链的数据共享访问控制模型
在大数据时代，不同企业或者部门间迫切需要进行数据共享。针对共享数据如何进行细粒 度控制、数据的追溯和机密性保护等问题，提出了基于区块链的数据共享访问控制模型。本模型首 先采用区块链技术保证数据溯源和不可篡改；其次使用联盟链的智能合约机制，进行粗粒度的访问 控制，减少并过滤区块链的恶意攻击；最后基于改进的权重属性基加密机制对数据进行细粒度的控 制与和机密性保护，并减少数据加解密时间开销。通过安全性分析和实验仿真结果表明，该模型很好地解决了数据共享问题。
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4、基于区块链的隐私保护数据共享
区块链是近年来出现了一项分布式共识技术，基于区块链共识协议结合智能合约技术可实现去中心化的数据共享。隐私保护是数据共享中的关键特性，原生区块链没有解决隐私保护问 题。利用数字摘要匹配算法提出了一种数据共享协议，该协议通过数字摘要空间的信息匹配，可在保护数据隐私的情况下实现数据的受控共享。基于协议的运行逻辑，分析了协议执行的正确性，参与双方可实现数据交换共享。针对数据共享中的面临的安全威胁，给出了安全性分析。
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5、区块链的应用：安全威胁与解决策略
区块链技术具有去中心化、可追溯性和去信任化等特性，已被广泛应用于诸多领域。然而，人们往往忽略区块链自身的安全问题，较少有相关问题研究及解决方案的成果。文章着重剖析区块链所受安全威胁问题并提出其安全保护措施，从技术风险、内容风险等不同视角阐释区块链所受的安全攻击，在多个层面给出了区块链的安全保护机制，尤其对日蚀攻击防御中IP地址信用评价模型进行了思索。最后，从技术和监管两个方面，对区块链技术的发展进行了展望。
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6、未来已来：区块链技术在智慧法院建设中的运用前景探析
区块链技术降低司法成本同时，也面临困境。作为继云计算、大数据、移动互联网等信息技术后的又一技术创新，区块链技术是一种利用分布式节点共识算法来验证、存储、更新数据的去中心化计算范式，具有去中心化、去信任化、匿名化、难以篡改等特性。区块链技术在司法领域内的运用，是现代科技发展与智慧法院建设需要的必然产物。
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7、基于区块链的工业数据交互可信验证研究与应用
随着工业物联网逐步走向成熟，数据成为整个生产流程中的关键因素。数据驱动 的工业系统从终端和其他业务系统收集数据，加以分析和优化，在提升效率的同时减少劳 动力。想要做出可靠的生产和业务决策，系统内部和跨系统工业数据的完整性和一致性显 得尤为重要。区块链和分布式账本技术拥有以分布式方式来维护数据的加密完整性和不可 抵赖性，因此，利用区块链对工业系统进行数据问责验证是很自然的。在工业物联网场景 中，对于跨系统的数据问责有着迫切需求，现有的部分方法没有解决集成复杂性和细粒度 一致性问题，通过引入区块链进行产品库存验证的解决方案，最终在基于真实数据的实现 原型上进行了实验。
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8、全球加速区块链技术发展，筑网络安全未来
2020年2月7日, 澳大利亚政府发布了“国家区块链路线图”， 此次发布的区块链路线图意义深远，旨在使澳大利亚成为区块链产业的全球领导者。路线图提出，区块链技术带来的巨大机遇，不仅是在金融领域，还包括供应链、物流、农业、可信凭证和智能合约等领域。这是继欧盟和德国外，又一国家将区块链技术发展提升到战略的高度。
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9、基于区块链的去中心化数字身份研究及验证
随着数字化活动的普及，数字身份作为数字化活动的基础显得尤为重要。传统的中心化身份管理系统存在诸多弊端，如数字身份的拥有者没有实际的控制自己的身份，存在着身份信息容易泄露及滥用的风险。区块链技术的各种优点，正好可以解决中心化数字身份存在的问题。因此，在分析数字身份由中心化到去中心化转型的必要性后，重点研究基于区块链的分布式数字身份技术，以某单位新入职员工入职流程为例，建立去中心化数字身份模型，并搭建区块链基础网络，对模型进行身份验证。
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10、总体国家安全观视角下的区块链与国家安全
区块链作为一项战略性前沿技术，与国家安全关系密切。总体国家安全观是我国新时代国家安全工作的根本遵循，在此框架下梳理区块链在军事安全、社会安全、经济安全等国家安全领域的应用，分析区块链为国家安全带来的挑战，并研究如何利用区块链赋能我国国家安全工作，将帮助我们全面、辩证地对待区块链与国家安全的关系。
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11、区块链技术及其军事应用
当前，区块链技术已成为与人工智能、量子信息、物联网同等重要， 并可能产生颠覆性影响的新一代信息技术，是一座未探明储量的金矿。同其他新兴技术产生后必然应用于军事领域一样，近年来世界发达国家军队纷纷探索区块链的军事应用，以期在新一轮军事革命大潮中占据先机。
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12、美军“战场物联网”及其区块链保证技术的研究进展
据2020年美军相关网站的最新报道，美国陆军和海军正在研究如何将更多的物联网设备引入作战领域，海军正在努力开发自己的航海物联网舰队，陆军正将物联网技术带入战场。“战场物联网（IoBT）”一词开始越来越多地出现在了相关新闻报道及学术期刊及会议录中。当前，美军有关军种都在独立推进相关IoBT项目，但是他们也都面临着巨大的挑战，其中，最大的挑战就是如何应对IoBT带来的各种网络安全威胁和风险。
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13、区块链技术在网络信任中的应用
随着网络应用的蓬勃发展，网络信任问题日益突出，网络信任体系的建立迫在眉睫。通过分析网络信任体系的现状和区块链技术的应用情况，指出现有网络信任体系中存在的问题，提出了利用区块链安全可信、分布共享、去中心化等特点解决信任体系有中心认证架构的弊端以及实现网络实体信用评价，为信任评估和动态授权提供了有力支撑。通过区块链技术在网络信任中的综合应用，改进完善现有网络信任运行规则，促进新的网络信任体系建立。
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14、区块链在网络信任体系中的应用研究
信息技术飞速发展，在不断改变人们生产生活方式的同时，也带来了日益严峻的网络安全问题。如何在网络实体间建立信任关系，是信息安全领域需要解决的重点问题。作为网络安全的基石，网络信任体系衍生出公钥基础设施、标识密码等多种技术。当前，区块链技术以不可篡改、不可伪造、可追溯等特点备受各界关注，在金融、政务、司法等领域广泛应用，也为网络信任体系的构建提供了新的思路。深入分析区块链技术在网络信任体系建设中的应用潜力，有望为新一代网络信任体系的建设提供参考借鉴，具有重要的研究价值与实践意义。
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15、各国重视区块链技术在网络安全中的应用
2019年3月5日，跨国计算机巨头IBM公司提交了两项新的区块链专利申请，一项专利是IBM目前正寻求通过区块链技术维护网络安全，另一项专利则专注于使用该技术的数据库管理功能。从网络安全的角度来讲，近几年，各个领域都成为黑客攻击的重点。同时，各国也都在重视区块链技术在网络安全中的运用，仅仅2018年，75%的CEO和董事会成员都将网络安全和技术收购视为他们的首要任务。除了商界巨头之外，不少平民大众也在考虑采用基于区块链的网络安全解决方案。
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16、区块链权益证明共识机制综述
自区块链技术被提出以来，共识机制作为其核心部分之一受到广泛关注。在众多共识机制中，根据节点权益情况以竞争记账权的权益证明共识机制有着较低能耗和较高性能等特点。为深入研究这一共识机制，第一，阐述了权益证明的主要原理；第二，将权益证明机制按照区块链系统结构划分为基于链结构和图结构的权益证明共识机制，并分别介绍了Ouroboros、Algorand、Tendermint、Casper 和LaKSA 这 5 种基于权益证明的共识机制的特点、共识、性能与安全性；第三，分析了权益证明共识机制面临的安全威胁，如无利害关系攻击、研磨攻击、长程攻击、变节攻击和 51% 攻击，给出应对措施；第四，总结了权益证明目前的发展现状，并对未来发展提出了展望。
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17、一种基于区块链的身份认证方法
零信任理念的提出和发展，提高了网络信息系统数据访问的可控性和可信性，有效增强了系统数据的安全性。但是，总不信任，永远验证的设计原则，也给用户进行数据访问带来了巨大的挑战，特别是在广域、异地身份验证情况下，严重影响用户访问数据的效率。针对广域、海量用户的身份认证需求，提出了一种基于区块链的身份认证方法，利用区块链技术的不可抵赖性，构造相应的用户身份注册、认证、更新方法，实现广域、海量用户的无中心化身份认证能力，提升网络信息系统身份认证效率，从而为零信任环境下的数据访问提供可靠保障。
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18、基于区块链技术的数据交换安全性研究
随着区块链技术的飞速发展，区块链由第一阶段1.0的可编程货币逐渐发展至3.0版本的可编程社会。区块链的关键是去中心化和降低信任成本，防伪造和可追踪性，为解决大数据问题提供了一种思路。基于此，提出了一种基于区块链技术的可扩展性隐私保护数据共享方案来研究和解决数据交换系统的安全问题。方案中使用Paillier算法加密用户数据，整个Paillier密码体系的时间基本都很短，但是效率很高。该方案的内部安全分析显示，系统具有超强的安全性。
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19、基于区块链边缘计算下的多维资源管理系统
随着6G和物联网的飞速发展，大量的终端设备连接到网络。如何满足不同终端设备的计算、实时性和安全等需求已经成为一个难题。在边缘计算场景下，将计算密集型任务划分为延迟敏感和延迟容忍两种。针对这两种任务，提出了边缘计算下依靠边缘云资源的不同卸载策略，并分析了不同策略的时间成本和能耗成本。由于边缘云更容易受到恶意攻击，因此提出了一种基于区块链的架构来调度和管理系统多维资源，以确保更可靠地完成计算任务。
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20、系统论视域下“区块链+5G”生物安全战略分析
区块链的数据安全性和5G的高传输速率，既实现了生物数据追溯管理，又可防止信息数据被恶意篡改，在生物空间架起可靠的桥梁。因此，首先阐述生物安全建设的重要性和目前呈现的不足；其次，从系统论的视角出发，基于5G、区块链技术以及生物安全体系进行融合度分析，探索构造过程可记录、风险可预警以及源头可溯源的生物数据治理生态的可行性；最后，设计多源数据共享架构，采用联盟链方式构筑生物数据安全体系。通过系统性能的对比分析，技术改进和机制设计实现了响应速度快和数据安全性高等目的，可为完善生物体系安全监管提供技术参考。
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21、基于区块链的数据共享解决方案
基于区块链的数据共享有助于推进跨地域、跨系统、跨主体之间的数据共享，让数据提供方放心、数据监管方省心、数据使用方小心，真正促进数据价值流动，实现数字政府。通过分析现有数据共享政策及应用需求，提出基于区块链的数据共享解决方案，从数据发布、数据共享访问控制、数据评价等多个维度设计智能协议，并对相关协议进行了测试验证，给出了实验数据。此外，也从技术维度分析了基于区块链的数据共享解决方案的发展趋势，为后续研究和系统建设指明了方向。
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22、区块链的应用：安全威胁与解决策略
区块链技术具有去中心化、可追溯性和去信任化等特性，已被广泛应用于诸多领域。然而，人们往往忽略区块链自身的安全问题，较少有相关问题研究及解决方案的成果。文章着重剖析区块链所受安全威胁问题并提出其安全保护措施，从技术风险、内容风险等不同视角阐释区块链所受的安全攻击，在多个层面给出了区块链的安全保护机制，尤其对日蚀攻击防御中 IP 地址信用评价模型进行了思索。最后，从技术和监管两个方面，对区块链技术的发展进行了展望。
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23、公检法基于区块链和大数据共建证据链
电子设备跟人们的生活密切相关，电子数据已经被列为八大证据之一。电子数据通常采用集中存储的方式，容易被篡改和破坏，难于保证数据的真实性。而且公安局、检察院和法院对于电子证据走线下投递的模式，工作效率低且过程中存在不安全的因素。为此，基于区块链技术和边缘存储技术，在公安局、检察院、法院之间打造一个联盟链，利用区块链的多方存证、不可篡改、可追溯、不可抵赖、CA认证、数字签名和边缘存储的去中心化分布式存储、就近存取、弹性扩容等特点，实现电子证据的上链和存证，提高工作效率和保障数据安全。
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24、区块链在数字金融技术体系中的发展与挑战
数字金融是国家数字经济战略中的核心内容，持续创新是数字金融技术体系的本质属性。区块链作为数字金融技术体系中的核心技术之一，是我国数字金融领域重点应用和关注的技术方向。从数字金融的需求和问题导向出发，未来需要重点关注和突破区块链技术7个方面的挑战，包括区块链体系架构、隐私保护、监管和审计、信息安全、核心模块和技术、标准、与其他技术的融合创新等。突破这些挑战将有助于区块链技术与数字金融应用创新相互驱动融合，形成区块链技术创新研究和应用创新的双循环生态，助力国家数字经济健康快速发展。
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25、霍炜：政务数据资源共享是区块链技术自主创新的主战场
数字政府建设的重点和难点在于推进跨层级、跨地域、跨系统、跨部门、跨业务的政务数据有序共享和协同服务。区块链是一种分布式数据存储及处理技术，是密码技术与分布式技术的创新融合，以去中心化方式形成一种新的“信任”机制，基于密码技术解决身份和数据可信，基于分布式技术解决多方协同，从而打破数据流通和业务协作壁垒。以数字政府建设为契机，推动政务服务领域区块链应用，有效解决数据有序共享、安全交互、可信协同、依法监管等问题；同时，政务服务领域可为区块链技术自主创新提供初始市场和先验机会，通过政务领域区块链规模应用，加速区块链技术迭代创新，助力推动信息领域关键核心技术突破。密码技术是区块链技术的核心基础支撑，要加强政务服务领域区块链密码应用与安全性评估，确保密码应用合规正确有效。政务服务领域不能一个应用建一条链，防止形成新的“区块链信息孤岛”。
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26、基于区块链的人员信息管理系统设计
近几年，国内外数据泄露事件时有发生，国家对信息安全的重视程度也是空前强大。特 别是公检法司领域，特定人员的信息管理也越来越受到社会的关注。因为他们的数据信息一旦被 泄露或篡改，后果将不堪设想。针对公检法司领域特定人员的信息安全问题，结合区块链技术， 提出一种基于区块链的人员信息管理系统。把智能终端采集的人员信息和重要的个人信息放在区 块链中进行存储，和传统的中心化的信息存储系统相比，提高了数据的可信度和防篡改能力。
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27、基于区块链的隐私保护交集算法
隐私保护交集算法（Private Set Intersection，PSI）可以在保护参与双隐私的情况下实现数据交集部分的计算，是数据共享领域一种重要的应用场景。传统的PSI算法需要依赖不经意传输等较为复杂的密码算法，无法实现对大数据集合的有效计算。依赖云计算中心辅助的算法效率较高，但它的安全性依赖于对计算中心的信任。因此，提出了一种基于区块链的隐私保护交集算法BPSI，可避免对云计算中心信任的假设，同时提供较高的计算效率。
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28、基于区块链的隐私保护数据共享
区块链是近年来出现了一项分布式共识技术，基于区块链共识协议结合智能合约技术可实现去中心化的数据共享。隐私保护是数据共享中的关键特性，原生区块链没有解决隐私保护问 题。利用数字摘要匹配算法提出了一种数据共享协议，该协议通过数字摘要空间的信息匹配，可在保护数据隐私的情况下实现数据的受控共享。基于协议的运行逻辑，分析了协议执行的正确性， 参与双方可实现数据交换共享。针对数据共享中的面临的安全威胁，给出了安全性分析。
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29、中国区块链产业全景图
2008年到2020年，我国区块链行业已经形成了具有一定影响力的，包含上、中、下游的区块链产业链条。产业链上游主要包括硬件基础设施和底层技术平台层，该层包括矿机、芯片等硬件企业，以及基础协议、底层基础平台等企业；中游企业聚焦于区块链通用应用及技术扩展平台，包括智能合约、信息安全、数据服务、分布式存储等企业；下游企业聚焦于服务最终的用户，根据最终用户的需要定制各种不同种类的区块链行业应用，主要面向金融、供应链管理、医疗、能源等领域。
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30、区块链智能合约安全威胁实时防御框架法
区块链是当前炙手可热的技术，其不可篡改、不可伪造、不可抵赖、可追溯、无需第三方可信机构、支持智能合约等特性，为包括医疗、物流、电商、金融、教育等行业赋能。近年来，区块链安全尤其是区块链智能合约安全事件层出不穷。因此，在线监测区块链安全威胁，并对安全威胁做出处置，具有重大研究意义和实用价值。深入研究智能合约运行时信息获取、智能合约虚拟机插桩等技术，提出了一种针对区块链安全威胁的实时防御框架，并利用该框架，以重入攻击、整数溢出攻击为威胁示例开展防御逻辑分析，以期能对该框架的应用提供思路。
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