区块链技术及其在信息安全领域的研究进展-刘敖迪 , 杜学绘 , 王娜 , 李少卓.pdf
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软件学报 ISSN 1000-9825, CODEN RUXUEW E-mail: jos@iscas.ac.cn
Journal of Software,2018,29(7):20922115 [doi: 10.13328/j.cnki.jos.005589] http://www.jos.org.cn
©中国科学院软件研究所版权所有. Tel: +86-10-62562563
区块链技术及其在信息安全领域的研究进展
刘敖迪
1,2
,
杜学绘
1,2
,
王
娜
1,2
,
李少卓
1,2
1
(信息工程大学,河南 郑州 450001)
2
(河南省信息安全重点实验室,河南 郑州 450001)
通讯作者: 杜学绘, E-mail: dxh37139@sina.co m
摘 要: 区块链是一种源于数字加密货币比特币的分布式总账技术,其发展引起了产业界与学术界的广泛关注.
区块链具有去中心化、去信任、匿名、数据不可篡改等优势,突破了传统基于中心式技术的局限,具有广阔的发展
前景.介绍了区块链技术在信息安全领域的研究现状和进展.首先,从区块链的基础框架、关键技术、技术特点、应
用模式、应用领域这 5 个方面介绍了区块链的基本理论与模型;然后,从区块链在当前信息安全领域研究现状的角
度出发,综述了区块链应用于认证技术、访问控制技术、数据保护技术的研究进展,并对比了各类研究的特点;最
后,分析了区块链技术的应用挑战,对区块链在信息安全领域的发展进行了总结与展望,希望对未来进一步的研究工
作有一定的参考价值.
关键词: 区块链;信息安全;认证技术;访问控制;数据保护
中图法分类号: TP309
中文引用格式: 刘敖迪,杜学绘,王娜,李少卓.区块链技术及其在信息安全领域的研究进展.软件学报,2018,29(7):20922115.
http://www.jos.org.cn/1000-9825/5589.htm
英文引用格式: Liu AD, Du XH, Wang N, Li SZ. Research progress of blockchain technology and its application in information
security. Ruan Jian Xue Bao/Journal of Software, 2018,29(7):20922115 (in Chinese). http://www.jos.org.cn/1000-9825/5589.
htm
Research Progress of Blockchain Technology and Its Application in Information Security
LIU Ao-Di
1,2
, DU Xue-Hui
1,2
, WANG Na
1,2
, LI Shao-Zhuo
1,2
1
(Information Engineering University, Zhengzhou 450001, China)
2
(He’nan Province Key Laboratory of Information Security, Zhengzhou 450001, China)
Abstra ct : Blockchain is a distributed public ledger technology that originates from the digital cryptocurrency, bitcoin. Its development
has attracted wide attention in industry and academia fields. Blockchain has the advantages of de-centralization, trustworthiness,
anonymity and immutability. It br eaks through the limitation of tr adit ional center-based technology and has broad development prospect.
This paper introduces the research progress of blockchain technology and its application in the field of information security. Firstly, the
basic theory and model of blockchain are introduced from five aspects: Basic framework, key technology, technical feature, and
application mode and area. Secondly, from th e perspective of current research situation of blo ckchain in the field of information security,
this paper summarizes the research progress of blockchain in authentication technology, access control technology and data protection
technology, and compares the characteristics of various researches. Finally, the application challenges of blockchain technology are
基金项目: 国家重点研发计划(2016YFB0501901); 国家高技术研究发展计划(863)(2015AA016006); 国家自然科学基金
(61502531); 河南省自然科学基金(162300410334)
Foundation item: National Key Research and Development Program of China (2016YFB0501901); National High Technology
Research and Development Program of China (863) (2015AA016006); National Natural Science Foundation of China (61502531);
Natural Science Foundation of He’nan Provin ce, China (1 62300410334)
收稿时间: 2017-11-20; 修改时间: 2018-03-17; 采用时间: 2018-04-21; jos 在线出版时间: 2 018-04-27
CNKI 网络优先出版: 2018-04-27 14:58:41, http://kns.cnki.net/kcms/d etail/11.2560.TP.20180427.1458.012.html
刘敖迪 等:区块链技术及其在信息安全领域的研究进展
2093
analyzed, and the development outlook of blockchain in the field of information security is highlighted. This study intends to provide
certain reference value for future research work.
Key words: blockchain; information s ecurity; auth entication t echnolog y; access control; data prot ection
区块链技术
[1]
作为比特币、以太坊等数字加密货币
[2]
的核心技术,能够有效解决数字货币长期所面临的拜
占庭将军问题
[3,4]
和双重支付问题
[5,6]
.近年来,得到了各领域研究人员的广泛关注.传统社会的信任是建立在可
信第三方、基于信用“背书”的信任机制下,由权威的第三方机构(如银行)来提供社会的信任支撑.因此,在没有第
三方中心的条件下,直接在两个陌生实体间建立信任是很困难的事情,而区块链能够通过分布式节点的验证和
共识机制解决去中心化系统节点间信任建立的问题,实现了去中心化、分布式的信任建立机制.从而在信息传
输的同时完成价值的转移,能够实现当前网络架构由“信息互联网”向“价值互联网“的重大转变.基于区块链技
术,比特币是人类第一次实现在没有任何中介机构参与下,完成了双方可以互信的转账行为,这是对传统信任领
域的一次重大突破.
区块链技术最早于 2008 年中本聪发表的论文《Bitcoin: A peer-to-peer electronic cash system》
[7]
中有所阐
述.在比特币被提出的早期并没有引起人们足够的重视,但是随着比特币网络多年来的稳定运行与发展,使得比
特币在全球流行起来.并且,使得比特币的底层技术区块链逐渐引起了产业界的广泛关注.国际权威杂志《经济
学人》、《哈佛商业周刊》、《福克斯杂志》等相继报道区块链技术将改变世界.麦肯锡研究报告指出,区块链技
术是继蒸汽机、电力、信息和互联网科技之后,目前最有潜力触发第 5 轮颠覆性革命浪潮的核心技术.创业公
司 R3 联合全球 42 家顶级银行成立区块链联盟从事相关领域技术研究.2016 年 7 月,区块链技术到达 Gartn er
技术成熟度曲线的顶端,即过高期望峰值期.2017 年 9 月,澳大利亚、英国等多国将区块链纳入国家数字经济战
略.剑桥大学同期研究表明:67%的国家中央银行及 86%的其他公共部门机构正在对区块链相关技术进行直接
试验.2017 年 9 月,国务院印发《国家技术转移体系建设方案》中指出要加快区块链科技成果的转移转化.2017
年 10 月,Gartner 公司将区块链技术列为 2018 年十大重大战略科技之一,并预测到 2020 年,银行产业将因使用
基于区块链的数字加密货币获得超过 10 亿美元的价值.
(a) 相关年份论文发表数量及比例 (b) 不同研究方向论文数据
Fig.1 Paper retrieve results in Web of Science
图 1 Web of Science 检索结果
早期,人们更关注于比特币等数字加密货币自身的金融功能,将更多的研究精力放到应用区块链技术在金
融领域产生突破性变革上.但是,随着人们对区块链技术本质和特点的深入认识,发现区块链技术不单适用于比
特币等数字加密货币领域,作为一种创新的技术框架,更能在任何需要建立分布式、点对点信任关系的领域有
所作为,实现颠覆性的技术效果,应用于社会、生活的多个方面,改变人们传统的工作、生活习惯.区块链作为一
项技术手段最早由产业界推动其研究与发展,近几年才真正引起学术界的广泛关注.如图 1 所示,在 Web of
Science 数据库中,以 blockchain 为主题进行检索,截止到 2017 年 10 月共有 235 项检索结果,可以看出近 5 年来
关于区块链技术的研究论文数量增长迅速,相关领域涵盖计算机科学、电子商务、数字医疗、环境科学等多个
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