基於模型檢測的區塊鏈安全研究
❶ 區塊鏈是什麼
區塊鏈是分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密演算法等計算機技術的新型應用模式。
區塊鏈（Blockchain）是比特幣的一個重要概念，它本質上是一個去中心化的資料庫，同時作為比特幣的底層技術，是一串使用密碼學方法相關聯產生的數據塊，每一個數據塊中包含了一次比特幣網路交易的信息，用於驗證其信息的有效性（防偽）和生成下一個區塊。
可以用區塊鏈的一些領域可以是：
▪智能合約
▪證券交易
▪電子商務
▪物聯網
▪ 社交通訊
▪文件存儲
▪存在性證明
▪身份驗證
▪股權眾籌
我們可以把區塊鏈的發展類比互聯網本身的發展，未來會在internet上形成一個比如叫做finance-internet的東西，而這個東西就是基於區塊鏈，它的前驅就是bitcoin，即傳統金融從私有鏈、行業鏈出發（區域網），bitcoin系列從公有鏈（廣域網）出發，都表達了同一種概念——數字資產（DigitalAsset），最終向一個中間平衡點收斂。
區塊鏈的進化方式是：
▪ 區塊鏈1.0——數字貨幣
▪ 區塊鏈2.0——數字資產與智能合約
▪ 區塊鏈3.0——各種行業分布式應用落地
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簡介：區塊鏈是一個信息技術領域的術語。從本質上講，它是一個共享資料庫，存儲於其中的數據或信息，具有「不可偽造」「全程留痕」「可以追溯」「公開透明」「集體維護」等特徵。基於這些特徵，區塊鏈技術奠定了堅實的「信任「基礎，創造了可靠的「合作」機制，具有廣闊的運用前景。
❸ 區塊鏈的模型架構是什麼
區塊鏈技術不是單一的創新技術，而是多種技術整合創新的結果，其本質是一個弱中心的、自信任的底層架構技術。與傳統的互聯網技術相比，它的技術原理與模型架構是一次重大革新。在這里，我們將就區塊鏈的基本技術模型進行剖析。
模型圖
區塊鏈技術模型自下而上包括數據層、網路層、共識層、激勵層、合約層和應用層。每一層分別具備一項核心功能，不同層級之間相互配合，共同構建一個去中心的價值傳輸體系
數據層是區塊鏈最底層的釋術架構，應用了公私鑰相結合的非對稱加密技術，利用散列函數確保信息不被篡改，還採用了鏈式結構、時間戳技術、梅克爾（Merkle)樹等技術對數據區塊進行處理，讓新舊區塊之間相互鏈接，相互驗證，是區塊鏈安全穩定運行的基礎。
鏈喬教育在線旗下學碩創新區塊鏈技術工作站是中國教育部學校規劃建設發展中心開展的「智慧學習工場2020-學碩創新工作站 」唯一獲準的「區塊鏈技術專業」試點工作站。專業站立足為學生提供多樣化成長路徑，推進專業學位研究生產學研結合培養模式改革，構建應用型、復合型人才培養體系。
❹ 胡凱教授的區塊鏈研究有什麼
胡凱教授做的研究主要有：
數字經濟和區塊鏈技術：是國內最早從事區塊鏈技術的研究學者之一，提出並發展了智能合約工程（SCE）、法律代碼科技、驗證即服務（VaaS）等理論方法，在數字經濟與區塊鏈結合、數字經濟園區規劃和咨詢、區塊鏈數字治理、區塊鏈可擴展性、多鏈互聯和區塊鏈形式化驗證技術等方面具有深入研究和專利性成果。主持研發了北航區塊鏈（TrustChain）系列產品，包括了自主知識產權的各形態區塊鏈系統、瀏覽器、監控器、部署工具和區塊鏈大數據管理系統（OpenData）。
分布式並行計算和網路：長期從事復雜計算環境下的集群計算系統、高性能計算、航空航天電子匯流排，以及天地一體化網路信息技術研究等，提出和研究了基於狼群的可重組多集群計算理論並應用於實踐,研發了多個應用軟體系統。
形式化設計與驗證方法：與法國圖盧茲計算機研究所（IRIT）和法國自動化所（INRIA）密切合作，創建中法形式化方法聯合研究實驗室，研究基於模型驅動的形式化設計與驗證方法，提出基於AADL和同步語言Signal的多項創新擴展技術，研發了多個模型轉換、驗證和自動代碼生成工具。
近年來在國內外重要學術期刊會議上發表SCI/EI檢索等論文60餘篇，主編《網路計算新技術》（416頁，科學出版社2001年出版），合作完成國家級「十一五」規劃權威教材《分布式計算系統導論》（490餘頁，清華大學出版社2014年出版,獲校2016年教材一等獎，已被十餘所重點大學教材採用）。先後主持和參與多項國家自然基金、國家重點研發項目、863重大項目、軍口863項目、國家核高基項目、航空航天基金，以及多項航空航天領域重要工程項目。獲得國家發明專利和軟著等30餘項，2015年獲航空基金五年成就獎，2018年牽頭「天地一體化信息系統設計驗證與模擬」獲產學研學會二等創新成果獎。
❺ 區塊鏈有哪些安全軟肋
區塊鏈有哪些安全軟肋
區塊鏈是比特幣中的核心技術，在無法建立信任關系的互聯網上，區塊鏈技術依靠密碼學和巧妙的分布式演算法，無需藉助任何第三方中心機構的介入，用數學的方法使參與者達成共識，保證交易記錄的存在性、合約的有效性以及身份的不可抵賴性。
區塊鏈技術常被人們提及的特性是去中心化、共識機制等，由區塊鏈引申出來的虛擬數字貨幣是目前全球最火爆的項目之一，正在成就出新的一批億萬級富豪。像幣安交易平台，成立短短幾個月，就被國際知名機構評級市值達400億美金，成為了最富有的一批數字貨幣創業先驅者。但是自從有數字貨幣交易所至今，交易所被攻擊、資金被盜事件層出不窮，且部分數字貨幣交易所被黑客攻擊損失慘重，甚至倒閉。
一、 令人震驚的數字貨幣交易所被攻擊事件
從最早的比特幣，到後來的萊特幣、以太幣，目前已有幾百種數字貨幣。隨著價格的攀升，各種數字貨幣系統被攻擊、數字貨幣被盜事件不斷增加，被盜金額也是一路飆升。讓我們來回顧一下令人震驚的數字貨幣被攻擊、被盜事件。
2014年2月24日，當時世界最大的比特幣交易所運營商Mt.Gox宣布其交易平台的85萬個比特幣已經被盜一空，承擔著超過80%的比特幣交易所的Mt.Gox由於無法彌補客戶損失而申請破產保護。
經分析，原因大致為Mt.Gox存在單點故障結構這種嚴重的錯誤，被黑客用於發起DDoS攻擊：
比特幣提現環節的簽名被黑客篡改並先於正常的請求進入比特幣網路，結果偽造的請求可以提現成功，而正常的提現請求在交易平台中出現異常並顯示為失敗，此時黑客實際上已經拿到提現的比特幣了，但是他繼續在Mt.Gox平台請求重復提現，Mt.Gox在沒有進行事務一致性校驗（對賬）的情況下，重復支付了等額的比特幣，導致交易平台的比特幣被竊取。
2016年8月4日，最大的美元比特幣交易平台Bitfinex發布公告稱，網站發現安全漏洞，導致近12萬枚比特幣被盜，總價值約為7500萬美元。
2018年1月26日，日本的一家大型數字貨幣交易平台Coincheck系統遭遇黑客攻擊，導致時價580億日元、約合5.3億美元的數字貨幣「新經幣」被盜，這是史上最大的數字貨幣盜竊案。
2018年3月7日，世界第二大數字貨幣交易所幣安（Binance）被黑客攻擊的消息讓幣圈徹夜難眠，黑客竟然玩起了經濟學，買空賣空「炒幣」割韭菜。根據幣安公告，黑客的攻擊過程包括：
1) 在長時間里，利用第三方釣魚網站偷盜用戶的賬號登錄信息。黑客通過使用Unicode字元冒充正規Binance網址域名里的部分字母對用戶實施網頁釣魚攻擊。
2) 黑客獲得賬號後，自動創建交易API，之後便靜默潛伏。
3) 3月7日黑客通過盜取的API Key，利用買空賣空的方式，將VIA幣值直接拉暴100多倍，比特幣大跌10%，以全球總計1700萬個比特幣計算，比特幣一夜丟了170億美元。
二、黑客攻擊為什麼能屢屢得手
基於區塊鏈的數字貨幣其火熱行情讓黑客們垂涎不已，被盜金額不斷刷新紀錄，盜竊事件的發生也引發了人們對數字貨幣安全的擔憂，人們不禁要問：區塊鏈技術安全嗎？
隨著人們對區塊鏈技術的研究與應用，區塊鏈系統除了其所屬信息系統會面臨病毒、木馬等惡意程序威脅及大規模DDoS攻擊外，還將由於其特性而面臨獨有的安全挑戰。
1. 演算法實現安全
由於區塊鏈大量應用了各種密碼學技術，屬於演算法高度密集工程，在實現上比較容易出現問題。歷史上有過此類先例，比如NSA對RSA演算法實現埋入缺陷，使其能夠輕松破解別人的加密信息。一旦爆發這種級別的漏洞，可以說構成區塊鏈整個大廈的地基將不再安全，後果極其可怕。之前就發生過由於比特幣隨機數產生器出現問題所導致的比特幣被盜事件，理論上，在簽名過程中兩次使用同一個隨機數，就能推導出私鑰。
2. 共識機制安全
當前的區塊鏈技術中已經出現了多種共識演算法機制，最常見的有PoW、PoS、DPos。但這些共識機制是否能實現並保障真正的安全，需要更嚴格的證明和時間的考驗。
3. 區塊鏈使用安全
區塊鏈技術一大特點就是不可逆、不可偽造，但前提是私鑰是安全的。私鑰是用戶生成並保管的，理論上沒有第三方參與。私鑰一旦丟失，便無法對賬戶的資產做任何操作。一旦被黑客拿到，就能轉移數字貨幣。
4. 系統設計安全
像Mt.Gox平台由於在業務設計上存在單點故障，所以其系統容易遭受DoS攻擊。目前區塊鏈是去中心化的，而交易所是中心化的。中心化的交易所，除了要防止技術盜竊外，還得管理好人，防止人為盜竊。
總體來說，從安全性分析的角度，區塊鏈面臨著演算法實現、共識機制、使用及設計上挑戰，同時黑客通過利用系統安全漏洞、業務設計缺陷也可達成攻擊目的。目前，黑客攻擊已經在對區塊鏈系統安全性造成越來越大的影響。
三、如何保證區塊鏈的安全
為了保證區塊鏈系統安全，建議參照NIST的網路安全框架，從戰略層面、一個企業或者組織的網路安全風險管理的整個生命周期的角度出發構建識別、保護、檢測、響應和恢復5個核心組成部分，來感知、阻斷區塊鏈風險和威脅。
除此之外，根據區塊鏈技術自身特點重點關注演算法、共識機制、使用及設計上的安全。
針對演算法實現安全性：一方面選擇採用新的、本身經得起考驗的密碼技術，如國密公鑰演算法SM2等。另一方面對核心演算法代碼進行嚴格、完整測試的同時進行源碼混淆，增加黑客逆向攻擊的難度和成本。
針對共識演算法安全性：PoW中使用防ASIC雜湊函數，使用更有效的共識演算法和策略。
針對使用安全性：對私鑰的生成、存儲進行保護，敏感數據加密存儲。
針對設計安全性：一方面要保證設計的功能盡量完善，如採用私鑰白盒簽名技術，防止病毒、木馬在系統運行過程中提取私鑰；設計私鑰泄露追蹤功能，盡可能減少私鑰泄露後的損失。另一方面，應對某些關鍵業務設計去中心化，防止單點故障攻擊。
❻ 區塊鏈技術框架有哪些
當前主流的區塊鏈架構包含六個層級：網路層、數據層、共識層、激勵層、合約層和應用層。圖中將數據層和網路層的位置進行了對調，主要用途將在下一節中詳述。
網路層：區塊鏈網路本質是一個P2P（Peer-to-peer點對點）的網路，網路中的資源和服務分散在所有節點上，信息的傳輸和服務的實現都直接在節點之間進行，可以無需中間環節和伺服器的介入。每一個節點既接收信息，也產生信息，節點之間通過維護一個共同的區塊鏈來同步信息，當一個節點創造出新的區塊後便以廣播的形式通知其他節點，其他節點收到信息後對該區塊進行驗證，並在該區塊的基礎上去創建新的區塊，從而達到全網共同維護一個底層賬本的作用。所以網路層會涉及到P2P網路，傳播機制，驗證機制等的設計，顯而易見，這些設計都能影響到區塊信息的確認速度，網路層可以作為區塊鏈技術可擴展方案中的一個研究方向；
數據層：區塊鏈的底層數據是一個區塊+鏈表的數據結構，它包括數據區塊、鏈式結構、時間戳、哈希函數、Merkle樹、非對稱加密等設計。其中數據區塊、鏈式結構都可作為區塊鏈技術可擴展方案對數據層研究時的改進方向。
共識層：它是讓高度分散的節點對區塊數據的有效性達到快速共識的基礎，主要的共識機制有POW（Proof Of Work工作量證明機制），POS（Proof of Stake權益證明機制），DPOS（Delegated Proof of Stake委託權益證明機制）和PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance實用拜占庭容錯）等，它們一直是區塊鏈技術可擴展方案中的重頭戲。
激勵層：它是大家常說的挖礦機制，用來設計一定的經濟激勵模型，鼓勵節點來參與區塊鏈的安全驗證工作，包括發行機制，分配機制的設計等。這個層級的改進貌似與區塊鏈可擴展並無直接聯系。
合約層：主要是指各種腳本代碼、演算法機制以及智能合約等。第一代區塊鏈嚴格講這一層是缺失的，所以它們只能進行交易，而無法用於其他的領域或是進行其他的邏輯處理，合約層的出現，使得在其他領域使用區塊鏈成為了現實，以太坊中這部分包括了EVM(以太坊虛擬機)和智能合約兩部分。這個層級的改進貌似給區塊鏈可擴展提供了潛在的新方向，但結構上來看貌似並無直接聯系
應用層：它是區塊鏈的展示層，包括各種應用場景和案例。如以太坊使用的是truffle和web3-js.區塊鏈的應用層可以是移動端，web端，或是是融合進現有的伺服器，把當前的業務伺服器當成應用層。這個層級的改進貌似也給區塊鏈可擴展提供了潛在的新方向，但結構上來看貌似並無直接聯系。
鏈喬教育在線旗下學碩創新區塊鏈技術工作站是中國教育部學校規劃建設發展中心開展的「智慧學習工場2020-學碩創新工作站 」唯一獲準的「區塊鏈技術專業」試點工作站。專業站立足為學生提供多樣化成長路徑，推進專業學位研究生產學研結合培養模式改革，構建應用型、復合型人才培養體系。
❼ 區塊鏈使用安全如何來保證呢
區塊鏈本身解決的就是陌生人之間大規模協作問題，即陌生人在不需要彼此信任的情況下就可以相互協作。那麼如何保證陌生人之間的信任來實現彼此的共識機制呢？中心化的系統利用的是可信的第三方背書，比如銀行，銀行在老百姓看來是可靠的值得信任的機構，老百姓可以信賴銀行，由銀行解決現實中的糾紛問題。但是，去中心化的區塊鏈是如何保證信任的呢？
實際上，區塊鏈是利用現代密碼學的基礎原理來確保其安全機制的。密碼學和安全領域所涉及的知識體系十分繁雜，我這里只介紹與區塊鏈相關的密碼學基礎知識，包括Hash演算法、加密演算法、信息摘要和數字簽名、零知識證明、量子密碼學等。您可以通過這節課來了解運用密碼學技術下的區塊鏈如何保證其機密性、完整性、認證性和不可抵賴性。
基礎課程第七課 區塊鏈安全基礎知識
一、哈希演算法（Hash演算法）
哈希函數（Hash），又稱為散列函數。哈希函數：Hash(原始信息) = 摘要信息，哈希函數能將任意長度的二進制明文串映射為較短的（一般是固定長度的）二進制串（Hash值）。
一個好的哈希演算法具備以下4個特點:
1、 一一對應：同樣的明文輸入和哈希演算法，總能得到相同的摘要信息輸出。
2、 輸入敏感：明文輸入哪怕發生任何最微小的變化，新產生的摘要信息都會發生較大變化，與原來的輸出差異巨大。
3、 易於驗證：明文輸入和哈希演算法都是公開的，任何人都可以自行計算，輸出的哈希值是否正確。
4、 不可逆：如果只有輸出的哈希值，由哈希演算法是絕對無法反推出明文的。
5、 沖突避免：很難找到兩段內容不同的明文，而它們的Hash值一致（發生碰撞）。
舉例說明：
Hash(張三借給李四10萬，借期6個月) = 123456789012
賬本上記錄了123456789012這樣一條記錄。
可以看出哈希函數有4個作用：
簡化信息
很好理解，哈希後的信息變短了。
標識信息
可以使用123456789012來標識原始信息，摘要信息也稱為原始信息的id。
隱匿信息
賬本是123456789012這樣一條記錄，原始信息被隱匿。
驗證信息
假如李四在還款時欺騙說，張三隻借給李四5萬，雙方可以用哈希取值後與之前記錄的哈希值123456789012來驗證原始信息
Hash（張三借給李四5萬，借期6個月）=987654321098
987654321098與123456789012完全不同，則證明李四說謊了，則成功的保證了信息的不可篡改性。
常見的Hash演算法包括MD4、MD5、SHA系列演算法，現在主流領域使用的基本都是SHA系列演算法。SHA（Secure Hash Algorithm）並非一個演算法，而是一組hash演算法。最初是SHA-1系列，現在主流應用的是SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512演算法（通稱SHA-2），最近也提出了SHA-3相關演算法，如以太坊所使用的KECCAK-256就是屬於這種演算法。
MD5是一個非常經典的Hash演算法，不過可惜的是它和SHA-1演算法都已經被破解，被業內認為其安全性不足以應用於商業場景，一般推薦至少是SHA2-256或者更安全的演算法。
哈希演算法在區塊鏈中得到廣泛使用，例如區塊中，後一個區塊均會包含前一個區塊的哈希值，並且以後一個區塊的內容+前一個區塊的哈希值共同計算後一個區塊的哈希值，保證了鏈的連續性和不可篡改性。
二、加解密演算法
加解密演算法是密碼學的核心技術，從設計理念上可以分為兩大基礎類型：對稱加密演算法與非對稱加密演算法。根據加解密過程中所使用的密鑰是否相同來加以區分，兩種模式適用於不同的需求，恰好形成互補關系，有時也可以組合使用，形成混合加密機制。
對稱加密演算法（symmetric cryptography,又稱公共密鑰加密，common-key cryptography），加解密的密鑰都是相同的，其優勢是計算效率高，加密強度高；其缺點是需要提前共享密鑰，容易泄露丟失密鑰。常見的演算法有DES、3DES、AES等。
非對稱加密演算法（asymmetric cryptography，又稱公鑰加密，public-key cryptography），與加解密的密鑰是不同的，其優勢是無需提前共享密鑰；其缺點在於計算效率低，只能加密篇幅較短的內容。常見的演算法有RSA、SM2、ElGamal和橢圓曲線系列演算法等。 對稱加密演算法，適用於大量數據的加解密過程；不能用於簽名場景：並且往往需要提前分發好密鑰。非對稱加密演算法一般適用於簽名場景或密鑰協商，但是不適於大量數據的加解密。
三、信息摘要和數字簽名
顧名思義，信息摘要是對信息內容進行Hash運算，獲取唯一的摘要值來替代原始完整的信息內容。信息摘要是Hash演算法最重要的一個用途。利用Hash函數的抗碰撞性特點，信息摘要可以解決內容未被篡改過的問題。
數字簽名與在紙質合同上簽名確認合同內容和證明身份類似，數字簽名基於非對稱加密，既可以用於證明某數字內容的完整性，同時又可以確認來源（或不可抵賴）。
我們對數字簽名有兩個特性要求，使其與我們對手寫簽名的預期一致。第一，只有你自己可以製作本人的簽名，但是任何看到它的人都可以驗證其有效性；第二，我們希望簽名只與某一特定文件有關，而不支持其他文件。這些都可以通過我們上面的非對稱加密演算法來實現數字簽名。
在實踐中，我們一般都是對信息的哈希值進行簽名，而不是對信息本身進行簽名，這是由非對稱加密演算法的效率所決定的。相對應於區塊鏈中，則是對哈希指針進行簽名，如果用這種方式，前面的是整個結構，而非僅僅哈希指針本身。
四 、零知識證明（Zero Knowledge proof）
零知識證明是指證明者在不向驗證者提供任何額外信息的前提下，使驗證者相信某個論斷是正確的。
零知識證明一般滿足三個條件：
1、 完整性（Complteness）：真實的證明可以讓驗證者成功驗證；
2、 可靠性（Soundness）：虛假的證明無法讓驗證者通過驗證；
3、 零知識（Zero-Knowledge）：如果得到證明，無法從證明過程中獲知證明信息之外的任何信息。
五、量子密碼學（Quantum cryptography）
隨著量子計算和量子通信的研究受到越來越多的關注，未來量子密碼學將對密碼學信息安全產生巨大沖擊。
量子計算的核心原理就是利用量子比特可以同時處於多個相干疊加態，理論上可以通過少量量子比特來表達大量信息，同時進行處理，大大提高計算速度。
這樣的話，目前的大量加密演算法，從理論上來說都是不可靠的，是可被破解的，那麼使得加密演算法不得不升級換代，否則就會被量子計算所攻破。
眾所周知，量子計算現在還僅停留在理論階段，距離大規模商用還有較遠的距離。不過新一代的加密演算法，都要考慮到這種情況存在的可能性。