轻量级区块链架构及应用研究

【摘要】：区块链是来源于比特币系统的一种全新的去中心化架构,通过密码学算法、点对点通信网络、共识算法、加密数据存储和智能合约五大核心技术,解决了中心化架构系统交易成本高、数据存储不安全、多方难以互信的问题。近些年,各国政府对区块链技术越来越重视,区块链技术发展迅猛,区块链由完全去中心化逐渐发展为现在的多中心化架构,即联盟链架构,在互联网、数据存证、跨境汇款等领域均有了落地应用,而现有区块链架构在一些节点结构不对等、功能不一的场景中仍然难以适用。本文在研究现有区块链架构特点的基础之上,基于节点不对等的垂直结构型应用场景提出一种轻量级区块链架构(LBA,lightweight blockchain architecture),这种架构适用于节点数量少而角色分明的轻量级应用场景。并以轻量级区块链框架为基础提出一种身份管理系统,解决了现在各类垂直结构型应用场景中多账号难以管理的问题。本文主要工作如下:(1)研究比特币和以太坊为代表的公有链架构,以及超级账本为代表的联盟链架构,对比总结各区块链架构的特点、适用场景和不足之处。(2)基于节点呈垂直结构的应用场景,提出一种新的轻量级区块链架构,该架构结合场景特点,通过对数据层、共识方案、节点组网、合约机制四个方面进行优化,以提升区块链在该类型场景下的性能,并通过实验验证了有效性。(3)基于现有区块链架构,针对现有中心化信任下用户多身份管理难的问题,提出一种基于区块链的身份托管模型。在该模型中,首先将用户账户数据经椭圆曲线加密算法签名存储到区块链,保障用户数据的安全性,然后设计了用户信息上链和获取的智能合约,用户在登录系统的时候通过秘钥即可获取不同的账户信息,完成登录过程,解决了用户在不同系统需要记住多个账户的问题。本文通过仿真实验和实际应用验证了提出的LBA架构的有效性,为区块链的创新发展及应用提供了借鉴。