# 20180908 2018-2019-2 《密碼與安全新技術專題》第9周做業

20180908 2018-2019-2 《密碼與安全新技術專題》第9周做業

課程：《密碼與安全新技術專題》

班級： 1892
姓名： 楊晨曦
學號：20189208
上課教師：張健毅
上課日期：2019年4月23日

1.本次講座的學習總結

目錄：

1、區塊鏈

2、區塊鏈技術

3、區塊鏈與將來

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1、區塊鏈

比特幣(Bitcoin)的特色：

• 數字貨幣。
• 不依託於任何國家或組織而利用計算機技術獨立發行。
• 經過P2P分佈式技術實現，無中心點。
• 全部人都可自由的參與。ISIS,在線毒品交易市場等，反政府、無政府組織、勒索軟件
• 總量有限，不可再生。貨幣自然是金銀
• 自己機制開源，能夠被山寨。傳銷

如何交易：

每一位全部者（A）利用他的私鑰對前一次交易T1和下一位全部者（B）的公鑰（俗稱：地址）簽署一個隨機散列的數字簽名，A將此數據簽名製做爲交易單T2並將其（交易單T2)廣播全網，電子貨幣就發送給了下一位全部者。

交易要點：

• 交易發起者的私鑰：私鑰爲我的所知，他人無從知曉。
• 前一次交易：前一次交易數聽說明了該次交易的貨幣的來源（這部分貨幣是怎麼到當前發起人這裏來的）。
• 下一位全部者的公鑰：即交易接收方的地址，此數聽說明了當前交易的目標是誰。
• 數字簽名：發起方將前一次交易數據和接收方公鑰鏈接起來並對其求Hash值x，再利用本身的私鑰對x加密，便獲得了這份數字簽名。

交易單：
記錄一筆交易的具體信息，好比付款人（交易發起方的公鑰）、收款人（交易接收方的公鑰）、付款金額（上一筆交易信息）、付款人簽名（加密後的Hash值）等。

比特幣網絡中，數據以文件的形式被永久記錄，稱之爲區塊(Block)
比特幣體系的設計要求：
Block應由那些最誠實最勤勞的節點產生，於是引入工做量證實(Proof Of Work,POW)機制。比特幣體系傾向於認爲：一個節點在提供信息以前付出了巨大的工做量，那麼他多是誠實的機率比較高（他提供的Block中數據最有可能沒有問題，固然不管如何其餘節點也是會對其進行檢查的）。
挖礦過程：
反覆去嘗試尋找一個隨機數（又稱「幸運數」），使得將最後一個Block的hash值、當前世界中還沒有被加入到任何Block的交易單、隨機數三部分組織起來送入SHA256算法計算出散列值X（256位），若是X知足必定條件（好比前20位均爲0），那麼該節點初步得到建立Block的權利。
Block鏈分支：
       某一節點若收到多個針對同一前續Block的後續臨時Block，則該節點會在本地Block鏈上創建分支，網絡會根據下列原則選舉出Best Chain：

• 不一樣高度的分支，老是接受最高（即最長）的那條分支
• 相同高度的，接受難度最大的
• 高度相同且難度一致的，接受時間最先的
• 若全部均相同，則按照從網絡接受的順序
• 等待Block Chain高度增一，則從新選擇Best Chain

2、區塊鏈技術

區塊鏈技術的4個基本性質：

• 點對點對等網絡
• 數據可驗證
• 共識機制
• 獎勵合做的制度設計

3、區塊鏈與將來

區塊鏈技術發展的三個階段（領域）：
貨幣→合約→治理

• 貨幣：
  貨幣的發行機制
  貨幣的分配機制
  貨幣的幣值調節機制

• 合約：
  股權
  債權
  博彩
  證券與金融合約
  防僞······

• 治理：
  身份認證
  健康管理
  公證、見證
  人工智能
  司法仲裁
  去中心化自治組織
  投票

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2.學習中遇到的問題及解決

• 問題1：各類區塊鏈的區別對比？
• 問題1解決方案：

公鏈
公鏈是公共區塊鏈的簡稱，目前公鏈做爲區塊鏈的基礎設施不斷建設中，任何人均可讀取的、任何人都能發送交易且交易能得到有效確認的、任何人都能參與其中共識過程的區塊鏈——共識過程決定哪一個區塊可被添加到區塊鏈中。
公鏈主要採起了工做量證實機制（POW）、權益證實機制(POS)、股份受權證實機制（DPOS）等方式，並將挖礦獎勵和加密數字計算結合了起來，經過創建一個平等的原則，就是每一個人均可以經過計算工做俗稱挖礦，從而得到與工做量成正比的經濟獎勵，一般這些區塊鏈在擁有大量的節點後會被認爲是徹底去中心化的。

• 特色：
  1.開源系統：整個系統運做規則公開透明；
  2.去中心化：在公有鏈中程序開發者無權干涉用戶；
  3.人人可參與：擁有足夠技術能力的人均可以參與；
  4.匿名：任何交易都是能夠查詢到，惟獨隱匿其背後的主人；
  在Tokenview官網就能夠看到如今主流的八大公有鏈：BTC, ETH, BTH,ETC,EOS等

私鏈
私鏈是徹底私有區塊鏈的簡稱，指其寫入權限僅在一個組織或者少數人手裏的區塊鏈。其讀取權限或者對外開放，或者被任意程度地進行了限制，相關的應用包括數據庫管理、審計、甚至一個公司，儘管在有些狀況下但願它能有公共的可審計性，但在不少的情形下，因爲中心化其公共的可讀性並不是是必須的。

• 特色：
  1.交易速度快：少許的節點也都具備很高的信任度，並不須要每一個節點來驗證一個交易。其交易速度能夠比任何其餘的區塊鏈都快，甚至接近了並非一個區塊鏈的中心化常規數據庫的速度。

1. 隱私性好：私有鏈使得在那個區塊鏈上的數據隱私政策有保障，並且這個數據不會公開地被擁有網絡鏈接的任何人得到。
   3 .交易成本低:交易成本大幅下降,私有鏈上進行交易手續費能夠說很是廉價。

聯盟鏈:
聯盟鏈是聯盟區塊鏈的簡稱，是指其共識過程受到預選節點控制的區塊鏈，由於其具備聯盟性，因此其開放程度和去中心化程度是有所限制的，其參與者是被提早篩選出來或者直接指定的，其交易數據的讀取權限多是公開的，也可能像寫入權限同樣只限於系統的參與者。

• 特性：

1. 交易成本較低：交易只需被幾個受信的高算力節點驗證就能夠了，而無需全網確認，計算成本較低；
2. 節點容易鏈接：如果出了問題，聯盟鏈能夠迅速經過人工干預來修復，並容許使用共識算法減小區塊時間，從而更快完成交易；
   3.靈活性較強：運行聯盟區塊鏈的共同體的公司能夠很容易地修改該區塊鏈的規則，還原交易、修改餘額等。

• 問題2：產生一個比特幣的完整過程是怎樣的？
• 問題2解決方案：一個Block被建立後，這個Block裏初始就有錢(歸建立這個Block者全部）
  第0個 – 第21萬個Block,每一個Block裏有50個比特幣
  第21萬-第42萬個Block，每一個Block裏有25個比特幣(2016年)
  依次遞減，最後比特幣全網中只會有2100萬個比特幣一個Block被建立後，這個Block裏初始就有錢(歸建立這個Block者全部）
  第0個 – 第21萬個Block,每一個Block裏有50個比特幣
  第21萬-第42萬個Block，每一個Block裏有25個比特幣(2016年)
  依次遞減，最後比特幣全網中只會有2100萬個比特幣

3.本次講座的學習感悟、思考等）

目前,區塊鏈技術的研究和應用已經從數字貨幣領域逐漸進入金融、教育、醫療、公共服務等領域,正在國內外掀起一股探索研究的熱潮。然而,現有研究大多集中在簡單的概念性問題,對區塊鏈還缺少一個系統的認知框架。

4.Blockchain最新研究現狀

根據老師上課內容，選擇其中一個研究方向或者研究點，查閱2018年至少5篇頂級會議/期刊論文，概述下當前最新研究進展（要求給出論文的題目、頂級期刊或會議名稱、做者等信息，而後介紹相關研究進展）。

1、論工做區塊鏈證實的安全性和性能

諸如比特幣和250個相似的替代幣之類的加密貨幣在其核心處體現了區塊鏈協議 - 一種用於計算節點的分佈式網絡的機制，以週期性地就一組新交易達成一致。 
設計安全的區塊鏈協議依賴於安全方面的開放性挑戰:即設計一種可被拜占庭或任意惡意節點操縱的高度可擴展協議協議。
比特幣的blockchain協商協議表現出安全性，但不能擴展. 在本文中，咱們提出了一種新的分佈式協議協議，用於無權限的區塊鏈，稱爲ELASTICO。 ELASTICO對可用於挖掘的計算幾乎線性地縮放事務率：網絡中的計算能力越大，每單位時間選擇的事務塊的數量越多。 

2、Hyperledger結構：用於許可區塊鏈的分佈式操做系統

區塊鏈技術正在風靡全球。公共區塊鏈（如比特幣和以太坊）可實現安全的對等應用，如加密貨幣或智能合約。他們的安全性和性能獲得了充分研究本文涉及最近設計的具備更強安全性（信任）假設和性能要求的私有區塊鏈系統。這些系統的目標和目的是破壞迄今已實現了數據庫系統之上，對於考試PLE銀行，網絡鏈接和南斯交易應用的應用程序。私人blockchains多個平臺正在積極開發和FINE調整。然而，有一個明顯缺少一個系統的框架與雙FFerent系統能夠分析和相互比較的。這樣的框架可用於評估區塊鏈做爲另外一個分佈式數據處理平臺的可行性，同時幫助開發人員識別瓶頸並相應地改進他們的平臺。在本文中，咱們首先描述BLOCKBENCH，爲分析民營blockchains的第一個評價框架。它做爲一個雙FFerent平臺比較公平的方法，使的雙FFerent系統設計選擇更深刻的瞭解。任何私有區塊鏈均可以經過簡單的API集成到BLOCKBENCH，並針對基於真實和合成智能合約的工做負載進行基準測試。BLOCKBENCH在吞吐量，延遲，可擴展性和容錯性方面衡量總體和份量性能。接下來，咱們使用BLOCKBENCH對三個主要的私有區塊鏈進行綜合評估：以太坊，奇偶校驗和HyperledgerFabric。結果代表，這些系統仍遠未取代傳統數據處理工做負載中的當前數據庫系統。此外，在性能上其在blockchain的軟件棧的二FFerent層歸因於設計選擇這三個系統之間的間隙。咱們已經發布BLOCKBENCH供公衆使用。

3、區塊鏈超越比特幣

BLOCKCHAIN技術做爲比特幣等加密貨幣的基礎引發了人們的關注，但其功能遠遠超出了這一範圍，使現有技術應用獲得極大改進，以及之前從未實際應用的新應用。 區塊鏈也稱爲分佈式分類賬技術，預計將完全改變工業和商業，並在全球範圍內推進經濟變革，由於它是不可變的，透明的，從新定義信任，實現安全，快速，可信和透明的公共或私人解決方案。 它可使發展中國家的人民具備公認的身份，資產全部權和金融包容性; 它能夠避免重演2008年的金融危機，支持有效的醫療保健計劃，改善供應鏈，並可能清理鑽石交易等高價值業務中的不道德行爲。 與互聯網同樣，區塊鏈是一個開放的全球基礎設施，容許公司和我的進行交易以削減中間人，下降交易成本和經過第三方工做的時間。 該技術基於分佈式帳本結構和共識流程。 該結構容許在網絡上的分佈式計算機之間建立和共享數字交易總賬。 分類賬不禁一箇中央機構或公司擁有或控制，而且能夠由網絡上的全部用戶查看。 當用戶想要將事務添加到分類賬時，交易數據由網絡上的其餘計算機使用加密算法進行加密和驗證。 若是大多數計算機之間達成共識，那麼交易是有效的，一個新的數據塊被添加到鏈中並由網絡上的全部人共享。
事務是安全的，可信的，可審計的和不可變的。 他們還避免須要大量的，一般是重複的文檔，第三方干預和補救。 Blockchains能夠是公共和 unpermissioned，容許任何人使用它們（比特幣是一個很好的例子）或私人並將相關權限，建立知名參加工做，也許是一個封閉的羣體，在特定行業或供應鏈。

4、開放區塊鏈的安全分片協議

 Fabric也是第一個運行分佈式應用程序的區塊鏈系統，它是標準的,通用的程序設計語言，沒有對本地加密貨幣的系統依賴。 這與現有的區塊鏈平臺造成了鮮明的對比，後者須要將「智能合約」寫入特定領域的語言中,而後才能進行特定的語言管理 。經過對行業 - 標準同一性管理的整合，能夠實現對成員資格的承認。爲了實現這種靈活性，經過簡單的區塊鏈設計和嚴格的區塊鏈，以及不肯定性，資源消耗和性能攻擊。 本文描述了Fabric，它的體系結構，各類設計決策背後的基本原理，其最重要的實現方面,對於我的或者課堂使用的部分工做的許可，對於我的的課堂使用狀況進行了分析。

5、BLOCKBENCH：分析私有區塊鏈的框

目前blockchain平臺，特別是近期權限的系統，具備結構上的限制：智能合同順序運行，全部節點執行全部的智能合同，達成共識的協議是硬編碼，信任模型是靜態的，不靈活的，和非肯定性的SMART-合同執行帶來嚴重問題。克服這些限制是用於提升blockchains，如CON組fi保密性和一致性，以及它們的非功能特性，如性能和可伸縮性的兩個功能性質的關鍵。咱們在許可區塊鏈的上下文中討論了這些限制，包括HyperledgerFabric區塊鏈平臺的早期版本，以及HyperledgerFabric架構的從新設計如何解決這些問題。

參考資料

• 論工做區塊鏈證實的安全性和性能
• Hyperledger結構：用於許可區塊鏈的分佈式操做系統
• 區塊鏈超越比特幣
• 開放區塊鏈的安全分片協議
• BLOCKBENCH：分析私有區塊鏈的框架