區塊鏈應用環境下安全保護關鍵技術研究

◆彭勁杰 龍若蘭

區塊鏈應用環境下安全保護關鍵技術研究

◆彭勁杰 龍若蘭

(湖南省委黨校 湖南 410006)

區塊鏈作為一種先進的計算機技術，已經成為繼大數據、云計算、人工智能后的又一重大發明，成為了當前信息世界的重要組成內容。區塊鏈應用領域廣泛，以比特幣等數字貨幣為代表，覆蓋了金融、物流、政法、科研、教育等各個領域，因此也吸引了更多的科研機構對其進行研究。目前，許多區塊鏈學者及應用企業聯合構建了安全保護架構，引入了P2P網絡技術、分布式賬本技術、非對稱加密解密技術、共識機制技術、智能合約技術實現區塊鏈信息保護，能夠實現區塊鏈信息一致性、隱私性、不可否認性、數據完整性保護，進一步提高了區塊鏈應用性能，可以在各個領域得到推廣。

區塊鏈；分布式賬本技術；共識機制；非對稱加密解密

0 引言

區塊鏈是計算機發展到一定階段的產物，其采用分布式數據存儲、共享機制、點對點傳輸、加密算法等計算機技術，利用數學方法和技術手段成功地解決了電子存儲數據被單一控制方修改的問題，從而可以集合所有的參與方建立一個信任機制[1]。一般來說，區塊鏈就是一個公共臺賬，所有參與方都可以共同維護這個臺賬，并且監督這個臺賬的運行，使用者可以在臺賬上寫入記錄，同時寫入者的身份、操作時間都會保存在臺賬上。臺賬上的數據信息不可以被修改或刪除，這些數據信息可以被所有參與者實時查閱，不可修改給參與方構建了一個信任平臺[2]。區塊鏈的智能合約功能可以加入自動控制器，控制參與者寫入的內容，也可以控制參與者不能寫入的內容，按照約定自動化地記錄寫入數據。另外，自動控制器的所有部件都是透明的，可以被所有的參與者審查，整個控制器的信息可以利用互聯網進行傳輸，效率也非常高。區塊鏈誕生之后，其可以有效地解決“互聯網+”時代信任問題，已經成功地應用在比特幣電子貨幣體系中，系統的代碼是開源的，體系設計也是完備的，因此受到全球金融機構、政府部門的高度關注，目前瑞銀、摩根大通、高盛、巴克萊銀行等數百家金融機構組建了區塊鏈聯盟，研究區塊鏈技術理論，制定區塊鏈在金融信息化中的應用標準，促進區塊鏈的發展、創新和壯大[3]。

1 區塊鏈應用安全現狀及存在問題分析

區塊鏈作為一種先進的計算機技術，已經在物流運輸、商品生產、金融證券、娛樂游戲、智能旅游等多個方面得到廣泛應用，取得了顯著的應用成效，為各領域的信息化、智能化和共享化提供了一種嶄新的思路，但是也存在一定的安全問題[4]。

1.1共識算法攻擊

區塊鏈技術的最大優點是去中心化，每一個網絡節點都可以維護自己擁有的區塊鏈賬本備份，并且可以由網絡中的共識節點執行共識算法，這樣就可以共享記錄賬本，網絡中正確的區塊鏈賬本就是大多數節點共同維護的賬本。目前，工作量證明算法的51%的算力屬于攻擊，如果某一個區塊鏈組織掌握超過51%的算力，此時他們就會將工作的區塊鏈轉移到非法區塊鏈上，這樣就會導致全網節點在非法區塊鏈上工作。由于比特幣使用的工作量證明算法的安全性依賴于網絡工作節點消耗的計算力，傳統意義上51%的算力攻擊是無法達到的，但是隨著GPU、CPU等高速處理器件利用礦池的形式集成在一起，此時區塊鏈的某個節點就可以達到51%的算力，因此51%的算力攻擊威脅始終存在，對于區塊鏈的應用始終是一個安全威脅。

1.2隱私泄露

目前，區塊鏈的重要應用領域為金融銀行，比如以比特幣為代表的數字貨幣等，區塊鏈對于網絡中的每一個節點都是透明的，任何一個節點都可以獲得區塊鏈中相關數據信息，因此為了保護區塊鏈的隱私，比特幣使用非對稱加密算法、隨機數生成一個地址，這樣就可以代替使用者的真實身份信息。這些方法雖然看起來能夠保護用戶的隱私信息，但是這些地址信息與真實世界的聯系比較緊密，因此就會導致隱私泄露。

1.3哈希碰撞

區塊鏈按照哈希算法生成的數值連接在一起，哈希值是區塊鏈的唯一標識，具有不可篡改的特性，如果構造出一個具有相同哈希值，但內容不同的數據區塊，則可以在數據區塊上進行嚴重的篡改，因此一旦足夠多的節點共同實施哈希值篡改，就會造成難以區分數據區塊，無法更好地利用區塊鏈。

1.4區塊鏈編程漏洞

區塊鏈技術通常采用數學方法建立一個雙方信任關系，因此在區塊鏈應用過程中，程序員需要編寫非常復雜的應用程序，但是在數學邏輯以及編程語言方面都不是完美的，不存在無懈可擊的算法，因此區塊鏈編程具有較大的漏洞和威脅。

2 區塊鏈應用環境下安全保護關鍵技術

目前，為了保證區塊鏈的安全應用，人們引入了許多的安全保護技術，包括P2P網絡技術、共識機制技術、非對稱加解密技術等，這樣就可以保護區塊鏈數據完整性，保護使用者的隱私性，實現區塊鏈數據的全網一致性和不可否認性[5]。

2.1 P2P網絡技術

P2P網絡是區塊鏈穩定運行的關鍵技術，具有去中心、容錯性強、負載均衡和隱私保護等特點。區塊鏈網絡按照P2P的安全要求，選擇和設計最小世界模型，按照節點選擇是否記賬劃分節點類型，劃分為非記賬節點和候選記賬節點，非記賬節點實現交易活動驗證；候選記賬節點可以記錄隱私信息。P2P網絡經過改進，已經發展到了第三代結構化P2P網絡模式，可以快速地定位問題，取消泛洪算法，有效減少消息發送量，降低區塊鏈的算力攻擊發生概率。

2.2非對稱加密技術

非對稱加密是區塊鏈應用安全的重要保障，非對稱加密技術包含兩個關鍵密鑰，分別是公鑰和私鑰。系統按照Base58轉換算法或SHA256哈希算法生成一個私鑰，私鑰是一串長度固定的字符串，然后可以利用另外一個算法根據私鑰生成公鑰，公鑰的生成過程具有不可逆性，同時SHA256哈希生成的私鑰數量為2256個，因此當前的區塊鏈算力很難破解。非對稱加密技術在區塊鏈中的應用主要包括數據加密和數字簽名。

2.3共識機制技術

共識機制是區塊鏈應用的關鍵技術之一，其可以決定區塊鏈網絡中的記賬節點、并對交易信息進行確認，確保區塊鏈數據一致性。共識機制引入了工作量證明、權益證明、股份授權證明等理論。工作量證明可以解決區塊鏈中計算困難問題，將結算耗費的代價作為新加入塊憑證和獲得的激勵收益。權益證明可以代替工作量證明，由最高權益節點實現，完成新塊加入。股份授權證明可以從權益證明中選擇某些代表，從代表塊中獲取收益。共識機制可以使區塊鏈網絡中的節點參與安全防御，這樣就可以有效抵御網絡中的攻擊，保障網絡的安全性。同時，任何網絡攻擊者都需要付出最高的代價獲取區塊，這樣就可以保證攻擊區塊鏈代價較高，降低了非法人員攻擊的概率。

3 結束語

區塊鏈是一種計算機信息技術，因此引用過程難免也會面臨著黑客、木馬和病毒的攻擊，這些安全問題是動態的、實時的，因此區塊鏈安全防御不僅要采用共識機制、P2P網絡技術、非對稱加解密技術等技術，同時還可以引入密鑰管理技術、密文訪問控制技術、防DDOS攻擊技術等，避免密鑰丟失導致財產受損，進一步推動區塊鏈的普及和發展。

[1]蔡蕙敏.基于區塊鏈技術的應用及管理對策研究[J].網絡安全技術與應用，2017.

[2]何渝君，龔國成.區塊鏈技術在物聯網安全相關領域的研究[J].電信工程技術與標準化，2017.

[3]趙闊，邢永恒.區塊鏈技術驅動下的物聯網安全研究綜述[J].信息網絡安全，2017.

[4]何蒲，于戈，張巖峰等.區塊鏈技術與應用前瞻綜述[J].計算機科學，2017.

[5]吳振宇.區塊鏈技術的特點以及應用方法分析[J].網絡安全技術與應用，2017.