区块链技术应用与探究张旭1，王宇涵2，李丛煊1，陈立佳1（1.北华航天工业学院电子与控制工程学院，河北廊坊065000；2.北华航天工业学院计算机与遥感信息技术学院，河北廊坊065000）摘要院区块链技术是比特币的底层技术，具有去中心化、可追溯、安全等特点，是一种多方参与、集体维护、持续增长的分布式数据库系统，可在无信任的节点之间达成共识，目前被各行业所重视和研究。通过对区块链技术的解析，对目前区块链的落地应用、研究进展进行讨论，介绍了区块链中较为重要的共识算法。提出了存在的问题，为未来研究提供参考方向。关键词院区块链；比特币；共识算法；非对称加密；分布式数据库现金系统曳[1]将区块链带入人们的视野遥区块链的本质是2008年袁中本聪的文章叶比特币院一个P2P电子了在计量认证尧市场交易尧协同组织尧能源金融不同环节中发挥的作用遥文献[4]提出了平行区块链的概念框架尧基础理论和研究方法体系遥文献[5]分布式共享账本袁账本中的每一页就是一个区块袁每个区块记录了交易信息袁区块首尾衔接袁紧密相连袁形成链状结构遥数据由所有节点共同维护袁每个参与维护的节点都能获得一份完整的数据拷贝遥所有节点共同维护一条不断增长的链袁可追溯袁不可篡改记录遥解决中心化带来的高成本尧低效率和数据存储不安全等问题遥就区块链框架下电力CPS的数据获取方式开展探索研究遥文献[6]针对区块链应用中的小额交易等待时间过长的问题袁提出一种区块链小额实时交易策略遥首先介绍了区块链的应用及研究进展袁以交易过程为例袁分析区块链中的各种技术袁最后对存在的问题进行展望遥11.1区块链应用区块链应用及研究进展2司法区块链院2018年6月28日袁杭州互联网法院2.1区块链的分类区块链技术原理区块链可分为公有链尧私有链尧联盟链遥公有链院在一起纠纷案中首次认可区块链技术存证袁同年9月袁最高人民法院正式承认区块链证据在法律纠纷中的约束力[2]遥在互联网中袁电子数据在存储设备中被伪造尧篡改尧丢失等问题袁区块链技术凭借其公开透明尧去中心但可以成为保障司法公平的盾牌遥区块链+物联网院2018年野双十一冶袁阿里巴巴和京东都采用区块链技术对跨境商品信息进行数据上链袁保证产品在供应链的每个环节的数据不可篡改袁为产品注册唯一野身份证冶遥同样袁物流行业也可以将快递信息进行上链袁快递下单时间尧中转站尧签收时间均可追溯且不可篡改袁避免快递中途掉包等问题遥虽然可以保证链上信息无法篡改袁但是数据真实性却是另一个需要思考的问题遥1.2区块链的研究进展学者在各个领域对于区块链的研究正方兴未艾遥文化的存储等特点解决遥区块链技术虽然不能取代司法袁公有链是最早的尧完全公开的区块链袁也是目前应用最广的区块链袁各大虚拟货币如瑞波币尧莱特币尧比特币现金均基于公有链遥公有链的节点运行在互联网上袁世界上任何一台可以连接互联网的设备均可以对公有链进行读写袁公有链相较于其他两种链具有延迟高袁成本高袁效率低的劣势遥私有链院私有链具有封闭性和排他性袁应用于组织的区块链袁记账权仅在个人或机构手中袁因其节点信任程度高袁所以交易速度快袁成本大幅降低袁仅适合内部交易遥联盟链院联盟链是半封闭的区块链袁可应用于群组内部袁由多个机构共同参与管理袁可指定多名记账人袁每个机构管理一个或多个节点袁新节点的加入需要得到授权许可遥2.2区块链的架构模型数据层尧网络层尧共识层尧激励层尧合约层和应用层组成区块链基础架构[7]遥数据层封装了交易数据尧时收稿日期：2019-07-132019.10献[3]对区块链在能源互联网的应用进行归纳分析袁阐述15间戳等基本数据和算法袁每个区块都会盖上时间戳袁这样就能形成时间上有序的链表袁信息更改的难度随时间变长而增加遥网络层为P2P网络袁P2P网络各节点地位对等袁用户多袁抗攻击性强袁若单个节点宕机或者遭到攻击袁不会对整个系统产生影响遥共识层封装网络节点的各种共识算法遥激励层为参与记账的节点提供奖励遥合约层封装各类智能合约遥区块包括两部分要要要区块头和区块体遥区块头占区块的前80个字节袁主要有4字节版本号渊Version冤尧32字节前一区块哈希尧32字节本区块的默克尔根[1]渊Merkle-root冤尧区块目标哈希值4字节时间戳渊Bits冤尧4字节随机数渊Timestamp冤尧(Nonce)遥4字节当前区块体包含记录在默克尔树上的交易信息遥2.3区块链中每个节点地位均等共识算法袁都承担着验证尧记录尧传播数据的职责袁因此各节点间需要达成高效共识袁存储数据同步遥共识层封装了区块链的共识算法袁一个优秀的分布式系统应解决不同节点上数据的一致性和准确性袁具备抵御双花攻击[8]方式的能力袁同时也应考虑到拜占庭将军问题尧女巫攻击[9]等常见攻击袁比特币区块链采取的方案是PoW共识机制袁在此基础上诞生了比特币这一激励机制袁在拜占庭问题中给忠诚将军奖励袁背叛者则没有奖励袁在今后的研究中可加入惩罚机制遥在此介绍常用的共识机制以及各自优缺点遥ofWork冤量来争取记账权的方案PoW渊Proof渊工作量证明袁每个矿工在对交易数据进行袁俗称挖矿冤是根据工作哈希的同时不断进行哈希计算袁根据难度值,求解一个随机数渊Nonce冤袁得到结果后全网进行验证遥这种方式完全去中心化袁需要50%以上的算力才能篡改数据袁成本高昂遥但缺点明显袁资源浪费袁矿池的算力集中遥PoS渊ProofofStake冤数量以及存在的时间来决定记账权渊权益证明机制冤袁是根绝钱包中货币可通过分配的利息获益遥这种方式降低了PoW的资源浪费袁但记账权掌握在富有的记账人手中遥DpoS渊DelegatedProofofStake冤证明机制冤是基于PoS衍生出的方案袁类似于董事会投渊股份授权票袁社区内成员投票选出得票数前101位进入董事会进行记账等操作袁也可投票踢出董事会成员袁对不负责的成员进行惩罚3区块链存在的问题遥作为一个新兴的技术袁存在着各种因素限制其发162019.10展袁除上文提到的共识算法方面的问题袁区块数据的不断增加导致存储容量变大袁针对此问题袁任艳丽等[10]基于空间证明的共识机制提出了可删除的区块链袁在多数节点达成共识后袁可删除失效数据遥目前学者正为解决容量问题提供新思路袁但在实现以及优化上仍需不断改进遥国家互联网信息办公室已要求区块链信息服务供应者进行备案袁体现国家对区块链从法律层面的重视袁但在未来的发展中仍要进一步完善法律法规袁出台新政策4袁结语将区块链技术引入正轨遥介绍了区块链的实际应用以及研究进展袁对区块链进行分类袁重点介绍共识算法袁包括目前流行的几种共识以及学者对其进行的改进袁对区块链存在的问题进行说明并提出未来发展方向遥一个新技术将经历高潮期尧泡沫期尧稳定期袁区块链技术也是如此遥随着比特币的到来袁区块链技术已经成为学术界研究的重点课题遥在加密货币尧金融领域取得成功应用后袁是否可以在更加广阔的领域应用区块链技术袁作者认为在保险尧供应链尧资产追踪等方面有较好前景遥参考文献[1]system.NakamotoWhiteS.Bitcoin:Paper,2008.Apeer-to-peerelectroniccash[2]最高人民法院关于互联网法院审理案件若干问题的规定[J].中国信息安全,2018,(9):28-31.[3]张宁网中的区块链技术,王毅,康重庆:研究框架与典型应用初探,程将南,贺大玮.能源互联[J].中国电机工程学报,2016,36(15):4011-4023.[4]袁勇析[J],.王飞跃自动化学报.平行区块链,2017,:43概念(10)尧:方法与内涵解1703-1712.[5]杨挺息物理融合系统数据区块链生成算法,赵俊杰,张卫欣,赵英杰,盆海波[J]..电力信电力自动化设备,2018,38(10):74-80.[6]佘维区块链小额实时交易策略,刘琦,杨晓宇,胡跃[J],刘炜.工程科学与技术.基于DCPN的,[7]2018,自动化学报袁勇,50王飞跃(04),2016,.:135-143.区块链技术发展现状与展望42(04):481-494.[J].[8]alsLamportproblemL,Shostak[J].ACMR,TransactionsPeaseM.Theon.Byzantinegener鄄(下转第32页)流程文件依据标定控制代码表编排袁控制代码表形式参如表1所示遥控制代码表包含序号尧控制信息尧控制代码尧输入参数等信息袁每种代码代表一种指令遥可以根据标定流程的需求袁对控制代码表进行排列组合形成不同的标定流程文件袁以灵活实现不同的标定流程和路径编排遥表1控制代码表序号1.2.3.4.5.噎噎噎控制/信息名称标定开始转台通信检查数据采集转台控制噎噎惯组自检控制代码3211211622数据码1//时间/数据码2///角速率/数据码3///加速度/是则继续流程袁若否则重复指令袁直到重复次数超过指定值袁则认为指令执行未成功袁同时停止标定流程尧报错遥录袁如转台位置值尧惯性测量单元参数数值遥渊3冤通过日志文件对标定流程中的关键信息进行记6结语提出了一种用于激光捷联惯组的系统级标定软件设计及实现遥软件基于VxWroks实时操作系统实现袁通过运用多任务处理机制完成了对转台和激光捷联惯组的协同控制袁通过设计控制流程文件实现对不同标定流程的灵活适用袁通过消息队列尧内存共享等任务间通信方法实现了数据的可靠传输和存储遥经试验验证和实践应用表明袁该软件操作简单袁仅通过点击按钮就可以启动对激光捷联惯组的自动标定袁中间无需任何操作曰运行可靠袁可以同时完成对转台和激光捷联惯组数据的接收解析尧对激光捷联惯组的标定解算尧以及对原始数据和过程数据的存储曰灵活高效袁仅通过调整标定流程文件即可实现对不同标定流程的验证遥参考文献[1]ZhengZ袁GaoY袁HeK援SystematiccalibrationmethodforFOGinertialmeasurementunits[J]援AdvancedMaterials砸esearch袁2013,(662):717-720援角位置标定结束33///5.3任务间通信各任务之间的数据交互通过不同机制实现遥惯性测量单元及转台数据处理任务得到数据通过全局变量的形式与标定流程控制任务共享袁任何任务使用全局变量时需要通过互斥量对全局变量进行保护袁使用完毕后释放互斥量遥而惯性测量单元数据处理任务的数据是通过消息队列发送给标定解算任务和数据存储任务的袁当进行矩阵阶次高尧运算量大的标定解算时袁消息队列可以为标定解算提供一定得缓冲时间袁因而可以避免解算速度和存储速度不够快造成的数据丢失遥5.4可靠性发明提供的方法还对标定流程的实现进行了可靠性渊1冤在标定流程的开始阶段对转台和惯组进行通信[2]周章华,邱宏波,李延援用低精度双轴转台对捷联报,2010,18(4):503-507援[3]谢波,秦永元,万彦辉援激光陀螺捷联惯导系统多(2):157-162援惯导进行系统级标定的方法[J]援中国惯性技术学位置标定方法[J]援中国惯性技术学报,2011,19设计遥具体设计如下院检测曰若通信检测通过则继续进行标定流程袁若否则停止标定流程袁并报错遥渊2冤对标定流程中指令是否正确执行进行判断袁若(上接第16页)[9]DouceurJR.Thesybilattack[C].Internationalwork鄄shoponpeer-to-peersystems.Springer,Berlin,Hei鄄delberg,2002:251-260.[4]王金刚,苏琪.VxWorksBSP开发人员指南[M].北京院清华大学出版社,2003.机械工业出版社,2003.[5]罗国庆.VxWorks与嵌入式软件开发[M].北京院[10]任艳丽,徐丹婷,张新鹏,谷大武.基于门限环签名的可删除区块链[J/OL].通信学报,2019:1-12.322019.10
