20189218 2018-2019-2 《密码与安全新技术专题》第X周作业
课程：《密码与安全新技术专题》
班级： 1892
姓名： 冯乾 学号： 20189218 上课教师：张健毅 上课日期：2019年4月27日 必修/选修： 选修1.本次讲座的学习总结
区块链
狭义来讲，区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。
广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式。
区块链的架构模型
一般说来，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区块以及相关的数据加密和时间戳等基础数据和基本算法；网络层则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等；共识层主要封装网络节点的各类共识算法；激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来，主要包括经济激励的发行机制和分配机制等；合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础；应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。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和灵活可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新点。
比特币
有观点认为，比特币的问世是人们憎恨商品经济中国家主权货币超发、以及货币政策干预、向往礼物经济中社区共识货币自主的结果；比特币的汇率是全球投资者增加或者减少的反应；而比特币的底层技术区块链可应用在各行各业。
通常，首字母大写的“Bitcoin”是指其所使用的比特币技术与网络，而首字母小写的“bitcoin”才是指货币本身。比特币也是区块链支付系统和虚拟计价工具，由于其采用密码技术来控制货币的生产和转移，而没有中央的发行机构，无法任意增发，交易在全球网络中运行，有特殊的隐秘性，加上不必经过第三方金融机构，因此得到越来越广泛的应用，也成了非法交易的介质。用户利用个人计算机和智能手机中的加密钱包软件，无需任何银行、信用卡、在线支付公司等中介机构，可随时随地在网络上直接交换物品、服务。 根据剑桥大学2017年的研究，全球有多达580万个加密钱包活跃用户，其中大多数使用比特币。同时，有观点认为，比特币技术得到了广泛的认可和使用，使人类迎来了区块链时代。
作为记账系统，比特币不依赖中央机构发行新钱、维护交易，而是由区块链完成，用数字加密算法、全网抵御51%算力攻击保证资产与交易的安全。交易记录以被全体网络计算机收录维护，每笔交易的有效性都必须经过区块链检验确认。
作为记账单位，比特币的最小单位是 0.00000001 （一亿分之一）比特币，称为“1聪”。如有必要，也可以修改协议将其分割为更小的单位，以保证其流通方便，区块回报每产出21万个区块减半一次，大约4年，最近一次减半在2016年7月9日，而此种收敛等比数列的和必然是有限的，到2140年时，将不再有新的比特币产生，最终流通中的比特币将总是略低于2100万个。截至2018年3月，比特币供应量约1700万个，实际的流通量还会因为私钥丢失等因素更加减少。
比特币中的区块链
新增的数据块总能链接到上一个区块，即整条区块链的尾部。比特币点对点网络将所有的交易历史都存储在“区块链”（blockchain）中，所以区块链可以看作记录着比特币交易的账本。区块链是一群分散的客户端节点，并由所有参与者组成的分布式数据库，是对所有比特币交易历史的记录。中本聪预计，当数据量增大之后，用户端希望这些数据并不全部存储自己的节点中。为了实现这一目标，他采用引入散列函数机制。这样客户端将能够自动剔除掉那些自己永远用不到的部分，比方说极为早期的一些比特币交易记录。中本聪创造了比特币系统的第一个区块，即“创世区块”，并附有一句“The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks”，而这句是当天泰晤士报的头版文章标题。
确认一项交易的过程，是由解决一系列计算难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为某个有限值的情况下，需要运算一定的时间才能解决，这就使得攻击者无法重写、修改交易历史，除非他能够拥有相对比特币点对点网络系统更强大的计算能力，从而能以更快的速度产生区块链（称为"51%攻击"）。工作量证明机制的难度由系统自动调节，所以新区块的生成平均需时10分钟。整个比特币点对点网络的节点都会自动检测交易和区块的有效性，并忽略任何违背规则的交易和区块，比如那些产生错误数量的区块，或多次发送同一份额比特币的交易行为。
参与处理区块的客户端可以得到一定量新发行的比特币，以及相关的交易手续费。为了得到这些新产生的比特币，参与处理区块的用户端需要付出大量的时间和计算力（为此社会有专业挖矿机替代计算机等其他低配的网络设备），这个过程非常类似于挖矿，因此中本聪将数据处理者命名为“矿工”，将数据处理活动称之为“挖矿”。这些新产生出来的比特币可以报偿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作提供保障。 有鉴于此，其他类似竞争币（Altcoin）都是用了相同的理念去处理端间交易数据，只是在工作量证明机制上进行调整，如采用权益证明（Proof of Stake）和Scrypt算法等。
2.学习中遇到的问题及解决
- 问题1：各国对待比特币的态度。
- 问题1解决方案：搜索得知，亚洲地区，日本对于加密货币市场最开放，友善，而香港，台湾，新加坡，泰国，南韩，澳洲及菲律宾居于中间，然而中国大陆，印尼则最严格。详见
- 问题2：我国对区块链技术的态度。
- 问题2解决方案：国家互联网信息办公室2019年1月10日发布《区块链信息服务管理规定》。
3.本次讲座的学习感悟、思考等
技术改变世界，绝不是一句空话。
编程作为一种技术，可以说是改变世界中成本最低的一种方式。 但技术永远是双刃剑，像区块链技术可以大大方便人们的生活，却也为不法分子的违法活动提供了方便。 作为技术的开发者或持有者，我们要坚守道德底线，帮助技术在对社会有益的方向发挥作用。4.区块链应用最新研究现状
作为比特币的底层技术，区块链其实有很多应用方向，那么近年区块链在应用方面有哪些发展呢？本文接下来将通过2018年以来五篇高引用的区块链相关论文介绍区块链的发展状况。
本文发表于Future Generation Computer Systems, 2018 - Elsevier，被引次数：146.
作者信息：- Minhaj AhmadKhan
- Bahauddin Zakariya University Multan, Pakistan
- KhaledSalah
- Khalifa University of Science, Technology & Research, Sharjah, United Arab Emirates
今天的物联网设备不安全是无可争辩的。 这主要是由于物联网设备中的资源受限，标准不成熟以及缺乏安全的硬件和软件设计，开发和部署。 由于物联网中资源的多样性，确定用于保护物联网层的强大全球机制的努力也受到阻碍。本文根据高级，中级和低级IoT层对这些问题进行分类，简洁地讨论了文献中提出的在不同层面利用物联网安全性的机制。 还提供了对IoT中的攻击及其可能解决方案的参数分析。 本文考虑攻击的影响并将它们对应到文献中提出的可能的解决方案。 本文还讨论了如何使用区块链来解决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，以便提供可靠，高效和可扩展的物联网安全解决方案。
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：- Nurzhan Zhumabekuly Aitzhan
- Department of Electrical Engineering and Computer Science
- Masdar Institute of Science and Technology
- Abu Dhabi, UAE
- Davor Svetinovic
- Department of Computer Science
- Khalifa University of Science and Technology
- Masdar Institute, Center on Cyber-Physical Systems, Masdar City, P.O. Box 54224, Abu Dhabi, United Arab Emirates
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性和隐私性相关的问题提出了严峻的挑战。 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。 本文使用区块链技术，多重签名和匿名加密消息流实现了分散式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。 本文进行了案例研究，以便在引出的安全和隐私要求的范围内执行安全性分析和性能评估。
本文发表于The Review of Financial Studies, 2019，被引次数：84
作者信息：- Lin William Cong
- University of Chicago Booth School of Business
- Zhiguo He
- Professor of Finance, University of Chicago, Booth School of Business; and NBER
区块链技术提供了分散的共识，并可能通过智能合约扩大合同空间。 同时，产生分散的共识需要分发必然会改变信息环境的信息。 本文分析了权力下放与共识质量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减轻信息不对称并改善福利和消费者剩余，但在共识产生期间分发信息可能会鼓励更多的勾结。 一般而言，区块链维持市场均衡，具有更广泛的经济结果。 本文进一步讨论针对区块链应用的反垄断政策的含义。
本文发表于Intelligent Systems in Accounting, Finance and Management，被引次数：106
作者信息：- Henry M. Kim
- Associate Professor, Schulich School of Business, York University
- Marek Laskowski
- Adjunct Professor, York University
大数据时代的一个有趣的问题是确定信息出处。 对于今天在复杂的，组织间的，通常是国际跨越的供应链中生产和运输的物品，往往无法对实物商品的出处进行细致的评估（例如，跟踪药品成分或证明奢侈品的真实性）。 最近对物联网和区块链技术的采用为更好的供应链起源提供了希望。 本文对区块链做出研究，因为区块链的许多实用用例都是用于物源跟踪。 本文也对应用本体感兴趣，因为已经在使用本体进行了一些关于知识来源，可追溯性和食物来源的工作。 本文提出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，并将其一些表示转换为执行起源跟踪并在以太坊区块链平台上执行可追溯性约束的智能合约。
本文发表于Comput Sci Res Dev (2018) ，被引次数：94
作者信息：- Benedikt Notheisen
- Karlsruhe Institute of Technology
- Esther Mengelkamp
- Research Assistant, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
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。在当地能源市场，消费者和消费者可以在现场进行贸易，直接在其社区内生产可再生能源，以分散的方式在当地平衡生产和消费。本文提供了100个住宅家庭之间的本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，即私人区块链，强调了当地能源市场的分散性。因此，本文为能源消费者和消费者提供了一个分散的市场平台，用于交易本地能源，而无需中央中介。此外，本文对区块链技术作为当地能源市场的主要信息和通信技术的市场机制和技术评估的研究议程进行了初步的经济评估。
