高效区块链关键技术及应用研究

概括：

随着计算机技术的飞速发展，社会已进入信息化、大数据时代。为了保障社会的稳定和人们生活的便利，数据安全、数据共享、数据防篡改等问题一直是研究的重点。解决这些问题的传统集中式方法存在技术和成本困难。比如数据记录在中心节点，容易造成篡改、伪造、泄露等问题，而且随着节点数量的增加，数据的使用成本也会增加。越来越高。去中心化区块链技术的出现为解决这些问题带来了机遇。区块链技术使用密码学来加密数据并编写由自动脚本代码组成的智能合约。它具有用于运营和经济激励的分布式基本框架。在节点不需要添加第三方信任的分布式系统中，实现使用密码学来保证点对点交易的信用、协调和协作。因此，区块链自出现以来，就受到了广泛的关注和研究，并以爆炸式的发展速度应用于社会的各个领域。同时，针对区块链的恶意攻击现象也有所增加，使得区块链面临数据损坏、篡改、泄露等风险，并且随着数据和应用的增加，区块链的效率也会随之提升. 还需要改进区块链的关键技术，那么如何提高区块链的安全性能和运行效率，提高区块链的运行效率一直是研究的重点。本文在区块链基本框架的基础上，研究了基于聚合签名和分片的区块链性能提升技术、基于FPGA的哈希算法优化等关键技术，以及天文大数据处理和入侵中的区块链等关键技术。检测。中的应用问题。以及天文大数据处理和入侵检测中的区块链。中的应用问题。以及天文大数据处理和入侵检测中的区块链。中的应用问题。

论文的主要创新工作包括以下几个方面：一是针对区块链面临的可扩展性挑战，提出了一种基于分片、聚合签名和密码彩票的新型公链系统。在这个区块链系统中，交易吞吐率可以随着分片数量的增加而增加，共识签名的长度是一个常数。同时，共识代表的产生由可验证的随机函数控制，可以有效解决中心化共识问题。此外，对区块链系统的性能进行了分析，并与其他分片技术相比，证明其具有更可靠的安全性。其次，鉴于区块链中哈希函数的计算效率相对较低，影响区块链整体计算效率，甚至导致区块链存在潜在安全风险的问题，提出了一种基于FPGA的区块链哈希函数。加速优化算法。通过将区块链与FPGA加速卡相结合，实现了流水线哈希算法，优化了通信设施和网络数据传输效率，提高了哈希函数的计算性能。同时，多重哈希选择轻量级哈希算法，改变哈希算法的结构，保证数据信息的安全。实验结果表明，该方案不仅提高了区块链的安全性，而且提高了数据处理的效率。此外，当多个签名消息聚合为一个签名时，出现签名验证的行为时，单靠CPU是无法满足性能要求的。提出了一种基于FPGA的聚合签名共识方案。为了提高计算性能，利用FPGA的并行性和寄存器多的特点加速了签名验证操作。该方案不仅减少了签名的存储空间，节省了网络带宽资源区块链的关键技术，还减少了签名验证的工作量。同时，使用 PFGA 的可重构特性提高了签名验证的运行效率，从而提高了区块链系统的性能。单靠 CPU 无法满足性能要求。提出了一种基于FPGA的聚合签名共识方案。为了提高计算性能，利用FPGA的并行性和寄存器多的特点加速了签名验证操作。该方案不仅减少了签名的存储空间，节省了网络带宽资源，还减少了签名验证的工作量。同时，使用 PFGA 的可重构特性提高了签名验证的运行效率，从而提高了区块链系统的性能。单靠 CPU 无法满足性能要求。提出了一种基于FPGA的聚合签名共识方案。为了提高计算性能，利用FPGA的并行性和寄存器多的特点加速了签名验证操作。该方案不仅减少了签名的存储空间，节省了网络带宽资源，还减少了签名验证的工作量。同时，使用 PFGA 的可重构特性提高了签名验证的运行效率，从而提高了区块链系统的性能。FPGA的并行性和多寄存器的特点加速了签名验证操作。该方案不仅减少了签名的存储空间，节省了网络带宽资源，还减少了签名验证的工作量。同时，使用 PFGA 的可重构特性提高了签名验证的运行效率，从而提高了区块链系统的性能。FPGA的并行性和多寄存器的特点加速了签名验证操作。该方案不仅减少了签名的存储空间，节省了网络带宽资源，还减少了签名验证的工作量。同时，使用 PFGA 的可重构特性提高了签名验证的运行效率，从而提高了区块链系统的性能。

第三，针对SKA天文大数据处理的安全性、不可篡改、可追溯性和共享性，提出了一种基于区块链的SKA数据处理方案。基于区块链的去中心化和分布式共识确保了数据处理的完整性、可靠性和真实性。并采用智能合约、同态哈希、安全容器、聚合签名和单向加密通道，保证方案的智能、安全和高性能。第四，针对特征库不能在用户间共享的问题，网络恶意入侵的单用户检测对大规模特征库依赖较大，检测效率低，导致单用户检测质量低于全网最高检测质量。区块链技术提出了去中心化、去信任、防篡改、防伪、可溯源的入侵检测系统，提出用户可以通过P2P网络传输的方式在全网共享签名库。该方法不仅可以达到单个用户的检测质量高于全网最高检测质量的目的，而且可以使现网最高检测质量远大于原网最高检测质量。网络。

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