基于区块链与物联网融合的粮食供应链溯源系统研究与实现

这是一篇关于区块链,物联网,供应链溯源,预言机,跨链的论文, 主要内容为粮食安全关系国计民生,溯源是保障粮安全的重要手段。区块链因其具有不可篡改、群体共识、全程可追溯等特点而广泛应用于存证确权、商品溯源、协同共享等应用场景。区块链特有的属性和优势与粮食供应链溯源场景面临的痛点需求十分契合,基于区块链构建粮食供应链溯源系统已成为主流选择。然而当前基于区块链的溯源系统仍存在一些问题:(1)数据源头的可信性问题。区块链能够保障链上数据的真实可信,却无法解决数据源头的造假问题。(2)全链条的溯源信息难以实现完整映射与串联,供应链各环节信息记录标准不一,难以统一,无法形成一个完整的全链条溯源链(3)跨组织的协作问题,溯源流程涉及多方、多行业、多主体参与,业务逻辑复杂,溯源成本高、效率低。(4)溯源信息的公开与企业商业数据的隐私保护需求相冲突。本文设计并实现了一个基于区块链与物联网融合的粮食供应链溯源系统(Blockchain and IOT based Food supply chain Traceability System,BIFTS),具有以下创新点:(1)提出区块链与物联网融合的解决方案,将物联网数据作为区块链溯源信息的数据源,设计了物联网数据安全可信上链的预言机机制,保障粮食供应链溯源信息的数据来源真实可信。(2)结合粮食供应链多环节、多主体参与的特点,设计并实现了多链融合的溯源架构,使用联盟链记录企业间的流转信息,使用私有链记录企业内部流转信息,设计了溯源ID的映射关系,通过多链“接力”的方式记录全链条流转过程,实现了粮食供应链全链条的链上追溯。(3)设计并实现了基于公证人机制的轻量化联盟链和私有链跨链访问协议,使用TLS(Transport Layer Security)证书与身份证书双层验证方案,保障粮食供应链溯源信息在不同区块链网络、不同主体间的安全可信流转。本文基于Hyperledger Fabric与以太坊私有链构建了BIFTS,BIFTS能够支持粮食供应链企业间开展业务、各级主管部门进行溯源协作与信息共享同时支持消费者发起粮食产品的溯源查询。系统将来自物联网采集传输的信息作为区块链上信息的数据源,减少人为干预,保障了全链条溯信息的真实可信,设计了预言机机制与跨链访问控制方案,并采用分层系统架构和模块化设计,对各层级进行解耦的同时实现高效管理。通过这样的设计真正实现了粮食供应链场景全链条的可信追溯。最后对BIFTS进行搭建与测试,实验结果显示MBFST在压力测试中查询TPS最高可达1000以上,使用溯源ID的富查询TPS可达200以上,信息上链时延测试中平均时延稳定在0.2-0.3s。与现有的溯源系统进行对比分析,BIFTS具有较高的可靠性与较好的性能。

基于区块链跨链技术的国际贸易汇款原型系统的设计与实现

这是一篇关于区块链,异构,跨链,国际贸易,汇款系统的论文, 主要内容为区块链跨链技术能够让价值跨过区块链与区块链之间的障碍,使得原本存储在特定区块链上的价值转换为另一条链上的价值,从而实现价值的流通,是区块链研究领域目前主要的研究方向之一。国际贸易汇款结算涉及至少两个参与国家,多个参与方,过程需要经过多个参与方之间信息的流转,时间长、流程多、信息不透明、数据孤岛、数据保护隐私等问题成为该领域发展的瓶颈。由于区块链跨链技术在隐私保护、访问控制、可溯源性等方面具有较好的技术优势,因此可以应用于国际贸易汇款系统中,解决当前的业务需求,对区块链跨链技术在国际贸易汇款的应用研究具有重要的实际意义。因此本文结合当前国际贸易汇款过程中的痛点,发挥区块链跨链技术的优势,研究异构区块链间的数据迁移机制,在此基础上开发实现了基于区块链跨链技术的国际贸易汇款原型系统。首先,针对异构区块链之间存在信息孤岛、各自为政,区块链系统之间无法进行价值快速流通,生态无法对接,体系无法增长的问题,本文重点研究分析了区块链架构,并且提出了一种基于预言机的异构区块链数据迁移机制,研究面向跨链互操作性的数据迁移机制,重点围绕异构区块链间的交互规则设计,消息传递以及数据迁移机制。链上部分将通过预言机系统合约定义跨链数据交互格式,业务合约只需要调用预言机系统合约中定义的功能即可发送跨链请求;链下部分将定义监听节点与跟随节点之间的数据交互格式和数据交互流程,通过链下分布式存储实现跨链请求的高效存储和传输,以实现区块链之间的互联互通。其次,本文在基于预言机的异构区块链数据迁移机制的基础上,结合国际贸易汇款系统的特点,设计并实现了一个基于区块链跨链技术的国际贸易汇款原型系统。本文首先从业务流程和功能需求两个方面对系统需求进行了拆解,随后对系统的整体架构和模块设计进行了介绍,之后逐一对数据模块、机制模块和交互逻辑模块的设计和实现进行详细介绍,最后对系统进行后台和功能测试。结合提出的基于预言机的异构区块链数据迁移机制和区块链跨链技术,保障数据迁移过程中的安全性。综上所述,本文提出了一种基于预言机的异构区块链数据迁移机制,并且将所设计的数据迁移机制应用到系统中,设计并实现了一个基于区块链跨链技术的国际贸易汇款原型系统。

基于区块链跨链技术的水产品交易模型研究

这是一篇关于水产品供应链,区块链,跨链,交易流程,智能合约的论文, 主要内容为水产品是指海洋和淡水渔业养殖或捕捞的水产动植物产品及其加工产品,受到了越来越多的关注。水产品的生产、流通和消费形成了一条完整的供应链。水产品供应链从水产品养殖、捕捞开始,经过加工、交易、物流、销售等环节,最终到达消费者的餐桌。在整个水产品供应链中,涉及到多个环节的参与者,如养殖企业、加工企业、物流公司、批发商、零售商、消费者等。然而,传统的水产品供应链存在一些问题。由于信息不对称和不透明,消费者难以了解水产品的来源、质量和安全性。同时,一些不法分子可能利用信息不对称,进行假冒伪劣、欺诈等行为。此外,传统供应链流程繁琐,管理成本高,难以保障水产品的品质和安全性。近年来,随着区块链技术的发展和应用,基于区块链的水产品供应链也得到了越来越多的关注和应用。区块链技术可以实现去中心化、可追溯、不可篡改等特点,提高了水产品供应链的透明度、溯源能力、交易效率以及信息的可信度和安全性,从而更好地保障了水产品的品质和安全性。基于区块链的水产品供应链相比传统供应链,确实有很多优点,但同时也存在一些不足。基于区块链的水产品供应链中的单链结构在保证交易的去中心化、安全性等方面具有优势,但同时也存在着扩展性不足、数据存储量大、安全性不足和治理难度大等不足之处。为解决现有水产品供应链中各企业环节的区块链间信息孤岛的问题以及实现各企业间的安全交易,提出了基于区块链跨链技术的水产品交易模型。本文所做的主要研究如下:(1)通过查阅相关水产品供应链文献分别对传统供应链和基于区块链技术的水产品供应链的国内外研究现状进行了阐述;对传统水产品供应链中的信息与交易流向进行分析,并结合供应链中的具体业务将信息分为产品信息和交易信息;从技术发展和应用场景的角度对基于区块链技术的水产品供应链进行分析,将跨链技术引入到水产品供应链中能够解决当前基于区块链技术的水产品供应链系统存在的问题。(2)针对当前基于区块链的水产品供应链在交易中存在的问题,根据水产品跨链交易的功能需求,设计了水产品跨链交易的模型架构。在分析水产品供应链交易业务流程的基础上,设计了跨链路由以实现供应链中个环节之间的跨链交易,并详细描述了跨链路由中的各模块的功能。(3)基于水产品跨链交易模型架构,构建了基于跨链技术的水产品交易模型。在此模型中,供应链中各环节只需将各自的区块链接入模型便可实现跨链交易。根据水产品供应链中的实际业务和交易流向,在模型的基础上设计了跨链交易的流程,并开发了基于模型和跨链交易流程的智能合约。(4)在HyperLedger Fabric平台上实现了水产品跨链交易模型的原型系统。以Hyperledger Fabric多通道方案来模拟供应链中各个环节中原区块链网络与接入模型的交易链的关系。基于上述的研究,进行模型中各个模块的功能和智能合约的开发,以实现水产品跨链模型系统的功能需求,同时设计了系统界面最终实现整个基于区块链跨链技术的水产品交易模型系统。最后对系统的功能进行测试满足设计需求,使用Caliper性能测试工具对系统进行测试。系统性能测试结果表明,平均交易成功率为99%左右,而平均交易延迟为0.2 s左右。综上所述,本文在分析水产品供应链交易业务流程的基础上,针对水产品跨链交易的功能需求,构建了基于跨链技术的水产品交易模型;基于此模型设计跨链交易流程及相应的智能合约,实现水产品供应链中各个环节企业之间的跨链交易;最后,利用HyperLedger Fabric平台实现了水产品跨链交易模型系统,对系统的性能测试结果也表明,所提出的水产品跨链交易模型既能满足现有水产品供应链在区块链链上交易的需求,也保证了跨链交易的可行性。

基于联盟链和跨链技术的医保报销系统的设计与实现

这是一篇关于医保报销,区块链,跨链,Hyperledger Fabric,中间件的论文, 主要内容为随着我国基本医疗保险的全面普及,居民医疗需求也日益增加。“低水平、覆盖广”是我国医疗保障体系的两个主要特点,而医保报销是医疗保障体系中至关重要的一个环节,其涉及到国家医保基金的使用,与每个居民的日常生活息息相关。由于医保基金的收支规模不断增大,医保基金使用的监管也成为我国医疗保障监管工作的重中之重,监管部门对于违规使用医保基金的取证来源难以追溯,对于证据的真实性也难以鉴别。同时,传统的医保报销信息系统存在数据库中心化、业务流程中人员参与度高和数据易被篡改等问题。区块链技术的诞生与发展,在一定程度上有助于解决上述问题。考虑区块链的去中心化、不可篡改和智能合约自动执行相关操作等技术特点,为建立我国医保报销系统提供了一个新的可取思路。区块链还可以在保持单链优势的基础上提供跨链操作,契合了未来全国医保统筹结算的发展趋势。本文还针对如何在实现跨链的同时不影响区块链本身性能的问题,提出了一个在应用层的跨链解决方案。采用分层思想,把区块链层作为底层独立开,将跨链请求与非跨链请求数据格式进行统一并设计相应的跨链交互流程,通过提出的CCR(Cross Chian Response)消息确认机制来保证跨链交易的原子性。本文设计实现一个跨链中间件,成功在不影响区块链本身性能的基础上实现了两条区块链间的互操作。本文在分析当下医保报销中存在的问题之后,结合区块链的相关技术特点,使用联盟链Hyperledger Fabric框架设计并开发了一个医保报销系统,同时针对跨链问题提出了一个基于中间件的跨链解决方案,其可以很好的支持部署在不同城市之间医保报销系统区块链之间的互操作。本文具体工作如下:(1)分析当下医疗保险报销中存在的问题,指出其中医保基金监管和传统医保报销信息系统中的不足。凭借区块链技术的优势,提出将区块链技术应用到医保报销系统当中来,为医保报销提供便利的同时,去中心化保证医疗医保数据安全,可追溯和不可篡改为医保基金使用监管提供可靠数据来源,跨链互操作可以满足医保统筹结算的需求。(2)研究当下比较成熟的区块链开发技术,综合各自优缺点进行技术选型,选用Hyperledger Fabric联盟链框架进行开发并研究其网络架构、账本存储结构、交易流程、共识服务和链码(智能合约)等知识,根据需求完成区块链部分的系统设计与开发。(3)针对区块链系统之间存在数据隔离、信息孤岛,无法形成区块链之间互联互通的问题,并考虑目前区块链技术在吞吐量方面的瓶颈,提出一种在应用层实现跨链的解决方案。该方案将跨链转移至应用层进行实现,设计统一链间通信数据格式与跨链流程,基于此设计实现一个跨链中间件来满足区块链间的互操作需求,在保证各自链上数据在安全且跨链交易真实有效与交易原子性的前提下,实现不同链间的数据共享与同步。(4)为了解决传统医保报销信息系统数据存储中心化、数据无法防篡改等问题,本文实现一个基于联盟链和跨链技术的医保报销系统,将电子处方和报销记录上链存储,实现电子处方可溯源,报销凭证不可篡改和支持临时异地就医跨链报销等功能。完成系统需求分析,对系统进行详细设计与实现。采用基于面向对象的方法,通过用例驱动去捕获需求,得到相应的需求分析产物。前端采用Vue.js框架,后端采用Gin Web框架,区块链层采用Hyperledger Fabric联盟链来进行医保报销系统的开发。本文着重设计Fabric区块链网络的结构设计,包括组织与节点的设置方案。对链码(智能合约)进行开发,实现智能合约存储数据的模型和相应实现业务逻辑的处理方法。通过Fabric SDK(Software Development Kit)来调用链码访问区块链账本。在上述工作的基础上,搭建区块链网络,部署链码,实现医保报销系统的主要功能并对其进行测试。本文实现的基于联盟链的医保报销系统,相较于传统的医保报销系统,实现了数据的不可篡改与去中心化存储,为区块链技术在我国医保报销领域的应用提供了一定的参考价值;同时本文设计实现的支持可跨链中间件可以满足不同区块链系统之间的互操作需求,为基于应用层的跨链解决方案提供了一个新的思路。

基于联盟链和跨链技术的医保报销系统的设计与实现

这是一篇关于医保报销,区块链,跨链,Hyperledger Fabric,中间件的论文, 主要内容为随着我国基本医疗保险的全面普及,居民医疗需求也日益增加。“低水平、覆盖广”是我国医疗保障体系的两个主要特点,而医保报销是医疗保障体系中至关重要的一个环节,其涉及到国家医保基金的使用,与每个居民的日常生活息息相关。由于医保基金的收支规模不断增大,医保基金使用的监管也成为我国医疗保障监管工作的重中之重,监管部门对于违规使用医保基金的取证来源难以追溯,对于证据的真实性也难以鉴别。同时,传统的医保报销信息系统存在数据库中心化、业务流程中人员参与度高和数据易被篡改等问题。区块链技术的诞生与发展,在一定程度上有助于解决上述问题。考虑区块链的去中心化、不可篡改和智能合约自动执行相关操作等技术特点,为建立我国医保报销系统提供了一个新的可取思路。区块链还可以在保持单链优势的基础上提供跨链操作,契合了未来全国医保统筹结算的发展趋势。本文还针对如何在实现跨链的同时不影响区块链本身性能的问题,提出了一个在应用层的跨链解决方案。采用分层思想,把区块链层作为底层独立开,将跨链请求与非跨链请求数据格式进行统一并设计相应的跨链交互流程,通过提出的CCR(Cross Chian Response)消息确认机制来保证跨链交易的原子性。本文设计实现一个跨链中间件,成功在不影响区块链本身性能的基础上实现了两条区块链间的互操作。本文在分析当下医保报销中存在的问题之后,结合区块链的相关技术特点,使用联盟链Hyperledger Fabric框架设计并开发了一个医保报销系统,同时针对跨链问题提出了一个基于中间件的跨链解决方案,其可以很好的支持部署在不同城市之间医保报销系统区块链之间的互操作。本文具体工作如下:(1)分析当下医疗保险报销中存在的问题,指出其中医保基金监管和传统医保报销信息系统中的不足。凭借区块链技术的优势,提出将区块链技术应用到医保报销系统当中来,为医保报销提供便利的同时,去中心化保证医疗医保数据安全,可追溯和不可篡改为医保基金使用监管提供可靠数据来源,跨链互操作可以满足医保统筹结算的需求。(2)研究当下比较成熟的区块链开发技术,综合各自优缺点进行技术选型,选用Hyperledger Fabric联盟链框架进行开发并研究其网络架构、账本存储结构、交易流程、共识服务和链码(智能合约)等知识,根据需求完成区块链部分的系统设计与开发。(3)针对区块链系统之间存在数据隔离、信息孤岛,无法形成区块链之间互联互通的问题,并考虑目前区块链技术在吞吐量方面的瓶颈,提出一种在应用层实现跨链的解决方案。该方案将跨链转移至应用层进行实现,设计统一链间通信数据格式与跨链流程,基于此设计实现一个跨链中间件来满足区块链间的互操作需求,在保证各自链上数据在安全且跨链交易真实有效与交易原子性的前提下,实现不同链间的数据共享与同步。(4)为了解决传统医保报销信息系统数据存储中心化、数据无法防篡改等问题,本文实现一个基于联盟链和跨链技术的医保报销系统,将电子处方和报销记录上链存储,实现电子处方可溯源,报销凭证不可篡改和支持临时异地就医跨链报销等功能。完成系统需求分析,对系统进行详细设计与实现。采用基于面向对象的方法,通过用例驱动去捕获需求,得到相应的需求分析产物。前端采用Vue.js框架,后端采用Gin Web框架,区块链层采用Hyperledger Fabric联盟链来进行医保报销系统的开发。本文着重设计Fabric区块链网络的结构设计,包括组织与节点的设置方案。对链码(智能合约)进行开发,实现智能合约存储数据的模型和相应实现业务逻辑的处理方法。通过Fabric SDK(Software Development Kit)来调用链码访问区块链账本。在上述工作的基础上,搭建区块链网络,部署链码,实现医保报销系统的主要功能并对其进行测试。本文实现的基于联盟链的医保报销系统,相较于传统的医保报销系统,实现了数据的不可篡改与去中心化存储,为区块链技术在我国医保报销领域的应用提供了一定的参考价值;同时本文设计实现的支持可跨链中间件可以满足不同区块链系统之间的互操作需求,为基于应用层的跨链解决方案提供了一个新的思路。

多域环境下基于区块链的访问控制关键技术研究

这是一篇关于多域,数据共享,区块链,访问控制,跨链,信任管理的论文, 主要内容为随着大数据、云计算、物联网等信息技术的快速发展,多域环境下安全数据共享逐渐成为人们关注的焦点,而访问控制技术是对数据资源实施保护的关键技术之一。本文针对传统访问控制技术在多域环境下部署时易受单点故障、访问控制判决缺乏透明性和访问行为难以审计等问题,将区块链技术与访问控制技术相结合,实现在多域环境下可信执行、可追溯、自主授权、细粒度、可扩展的跨域访问控制。本文的主要工作和创新点如下:(1)针对现有的基于区块链的访问控制机制无法满足多域环境下域间隐私性和扩展性需求,提出一种基于多链架构的跨域访问控制方案MC-CDAC。设计基于多区块链的跨域访问控制架构,通过在各安全域内部署基于ABAC模型的访问控制链,即将域内和域间的访问决策下放至各域内访问控制链,支持域内自主授权,实现细粒度、可追溯的访问控制,通过中继链链通各安全域内的异构访问控制链,实现跨域访问请求响应的转发与记录;设计支持跨域访问控制的智能合约,通过在域内和域间访问控制流程中引入域内策略决策合约、策略管理合约、属性权威合约、信任评估合约和域间中介合约,实现域内、域间无需第三方接入的可信跨域访问控制流程。实验证明,MC-CDAC支持去中心化授权,支持透明权限判决,支持动态和细粒度的访问控制,同时对比单链架构,MC-CDAC在扩展性和并发性方面优势明显,最后通过FSM证明MC-CDAC方案是安全的。(2)针对多链架构下基于区块链的跨域访问控制过程中控制信息的安全交互问题,提出一种结合中继链和改进哈希时间锁定协议的跨链数据交换方法。提出基于中继链的跨链数据转发机制,满足对异构链平台的兼容性需求;通过设计基于中继链智能合约的跨域转发流程和基于SPV的跨链数据验证算法,满足安全域内平行链对跨链数据的验证需求,保证跨链的可审计性和可验证性;提出集成非交互式Schnorr零知识证明的安全哈希时间锁定协议SHTLC,通过在数据交换前进行身份验证,在保证跨链交易原子性的前提下拒绝未验证身份的跨链资产访问请求,解决恶意用户短时间发送的大量跨链请求带来的通道拥堵问题。实验证明,本方法实现了异构区块链平台的跨链数据交换,满足区块链平台的跨链吞吐量需求,同时集成非交互式Schnorr协议有效抵御恶意用户短时间内的大量跨链请求,最后对整体方法进行安全性分析,结果证明SHTLC安全性和跨链数据的可追溯性和不可伪造性。(3)针对基于区块链的跨域访问控制系统下合法实体的恶意行为所带来的安全隐患,提出一种基于行为信任的动态信任评估方法。设计基于行为信任的链上实体信任评估算法,通过链上不可篡改的实体访问记录实现客观、可信的信任评估;设计一种利用信任值作为ABAC中动态属性,支持对不同访问行为进行惩罚的访问控制流程,有效抵御恶意攻击行为带来的影响,实现对访问控制的动态安全保证。实验证明,提出的方法可以有效限制恶意实体在访问控制系统的访问权限,集成信任评估的访问控制方法在判决效率方面无明显影响,可以有效满足访问控制系统的动态安全需求。

区块链在跨境供应链中的应用研究

这是一篇关于供应链,超级账本,两级证书,国密算法,跨链的论文, 主要内容为随着“一带一路”沿线国家和地区之间的贸易往来日益密切,跨境电商在跨境供应链的支持下已崛起为市场经济的重要增长引擎。供应链是由核心企业和消费者共同打造的商品流通过程中的网络链条结构,其中不仅包括生产商、监管机构、经销商和消费者等多种角色实体,同时还涵盖货物流、资金流和信息流等各类数据。因此,提高供应链整体效益的关键在于整合复杂的数据流,实现在多个不完全信任彼此的参与方之间的安全数据共享,以及促进供应链中多方的安全协同合作。近年来,区块链技术所具有的去中心化、不可篡改、共识机制、透明性与可追溯性、智能合约和数据安全等特点为上述跨境供应链中存在的问题提供了优秀的解决方案。虽然基于区块链技术的供应链解决了传统供应链的信任问题,但由于跨境供应链所处的场景不同也形成了新的问题:一方面,区块链应用的隐私保护在不同地区有不同的要求;另一方面,由于不同区块链网络底层架构与业务逻辑的不同导致区块供应链呈现多维异构性,形成了新的“区块链生态孤岛”。为了解决上述问题,本文的研究内容如下:1.提出面向跨境供应链的隐私保护方案:针对区块链应用国内推行需要适配国密算法以及Fabric官方两级证书存在缺陷等问题,首先设计了Fabric交易证书改进方法,用于优化交易证书生成算法以及简化证书结构,其次研究Fabric国密模块嵌入方法,以应对国密局监管要求和市场应用性能需求,通过实验对改进前后的算法进行对比分析,证明了隐私保护方案有着更高的效率与一致的安全性。2.提出面向跨境供应链的跨链互操作方案:针对不同国家地区自建区块链网络之间的联通协作问题,首先提出了一个跨链互操作性模型,该模型包括区块链网络、自动代理、中继组织三个模块以实现异构区块链网络协作联通,其次基于所提模型设计具备访问控制和身份认证的区块链注册机制和跨链数据流通机制,以保证跨链事务的安全可信执行,经过实验分析,跨链互操作方案在具备访问控制与身份认证功能的基础上能够有效的联通异构区块链系统。。3.构建基于区块链的跨境供应链系统原型:基于目前跨境供应链行业的研究现状,在提出的隐私保护方案和跨链互操作方案的基础上,根据国家标准和供应链场景要求构建区块供应链系统,该研究为利用区块链技术解决传统供应链存在的问题提供了一种新的思路与实践。