專題：區塊鏈技術及其物聯網應用

內容導讀

作為現代密碼學、分布式計算、共識機制等技術的綜合應用，區塊鏈技術逐漸受到了社會各界的廣泛關注。區塊鏈技術具有去中心化、開放透明、信息不可篡改、隱私保護等特點，在數字經濟、電子商務、身份認證、社交通信、物聯網（IoT）、數據存證、食品安全等諸多領域有著良好的應用前景。區塊鏈技術由此逐漸成為計算機科學領域的一項新興熱點技術。

快速發展的區塊鏈技術也面臨著巨大的挑戰。首先，區塊鏈作為分布式系統，需要花費一定的計算和通信資源來達成共識，嚴重制約了區塊鏈的運行效率。雖然通過改進共識算法，區塊鏈的處理能力從比特幣每秒處理7次交易，提升到以太坊每秒處理20次交易，乃至到Omniledger每秒處理上千次交易；然而與當前主流支付系統如VISA、支付寶和銀聯等的交易吞吐率相比，現有的區塊鏈方案還遠遠達不到日常的使用需求。其次，區塊鏈在提供安全特性的同時，自身也存在著安全問題。據Carbon Black的調查數據，僅2018年上半年，有價值約11億美元的數字加密貨幣被盜。如何更好地利用區塊鏈技術服務實體經濟，將區塊鏈技術發展與國家信息科技發展結合起來依然是一個亟需解決的重要課題。

本期專題就區塊鏈的技術原理、發展現狀和趨勢、關鍵技術和IoT應用展開討論。在區塊鏈的基礎原理方面，《比特幣生成原理及其特點》介紹了區塊鏈最初的應用——比特幣的生成原理和特色，簡要討論目前區塊鏈技術存在的缺陷；《區塊鏈共識機制研究：典型方案對比》主要介紹了區塊鏈的核心共識算法的主要技術路線和當前的研究現狀，分析了每一類共識機制的優缺點。在區塊鏈中的安全風險方面，《區塊鏈共識機制發展與安全性》著重對共識機制中存在的攻擊威脅和防范策略進行解析；《區塊鏈概念剖析及其在物聯網中的部分應用》分析了IoT場景下幾個典型的區塊鏈項目，并對其中的主要問題和主要方法進行了分析，并指出IoT的數據體量和數據安全問題依舊需要重點考慮。在區塊鏈的應用研究方面，《基于區塊鏈的物聯網密鑰協商協議》提出使用基于身份的Schnorr簽名替換原有的橢圓曲線數字簽名算法（ECDSA）簽名，實現IoT設備間輕量級的身份認證；《區塊鏈技術在物聯網中的身份認證研究》提出了應用于體域網身份認證的區塊鏈系統框架，探討了在IoT平臺中區塊鏈技術可能存在的問題和未來發展方向；《基于區塊鏈的電子數據存證的設計與實現》介紹一種基于區塊鏈的電子數據存證系統，致力于解決電子數據存證存在的安全問題；《一種基于區塊鏈的身份識別技術》基于以太坊的智能合約技術提出一種新型身份識別系統，具有高拓展性、高可靠性、高安全性的特點，支持不同平臺進行統一的身份認證。本期專題論文來自北京航空航天大學、人民大學、復旦大學、武漢大學、中山大學、南京信息工程大學、南京郵電大學、桂林電子科技大學等中國知名高校的區塊鏈研究專家學者，凝聚了他們的研究成果和工作經驗，希望能給讀者提供有益的啟示和參考。在此，對各位作者的大力支持表示衷心感謝。

劉建偉

2018年11月20日