应用科学学报

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2019, 37(2): 0-0.

摘要 ( 333 )

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区块链技术在金融方向应用的发展及展望

李博, 郑博, 郭子阳, 王宏志

2019, 37(2): 151-163. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.02.001

摘要 ( 1089 )

PDF (2398KB) ( 339 )

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区块链是一种使用分布式数据库运行，传播并记载信息的价值对等网络.它在近年来的繁荣发展，已经引起国家部门、金融机构、科技企业，以及资本市场的高度重视.区块链技术所具有的去中心化、透明、不可篡改等特性使得价值的传递不再需要中心的信任机构来背书.这些特点值得金融业高度重视，并应用其架构改造现有各类如信息不对称和数据真实性所存在的缺陷和问题.通过解构区块链的核心要素，针对法定货币、跨境支付、数字票据、供应链金融、证券交易等方面，结合最新的研究结果和应用情况进行了详细分析.介绍了区块链对于金融业中信任的重塑，讨论了区块链技术应用前景及未来的发展方向，希望此工作能为未来的有关研究提供相应的参考.

基于区块链和人脸识别的双因子身份认证模型

吕婧淑, 操晓春, 杨培

2019, 37(2): 164-178. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.02.002

摘要 ( 1428 )

PDF (6435KB) ( 369 )

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区块链的核心特征就是去中心化和非实名化，因此区块链技术很适合应用于身份认证的场景.首先，阐述了身份认证和区块链的发展历史和原理；其次，指出了传统身份认证机制中由于中心化存储而存在的安全性问题，并针对问题提出了基于区块链和人脸识别的双因子身份认证模型，对模型的参与方和组件进行了定义及描述，详细介绍了该模型涉及的各操作的具体流程；最后，通过模拟攻击与抵抗分析证明了模型的安全性，通过效率及存储分析证明了模型的可用性.

基于区块链和IPFS技术实现粮食供应链隐私信息保护

范贤丽, 范春晓, 吴岳辛

2019, 37(2): 179-190. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.02.003

摘要 ( 1299 )

PDF (9996KB) ( 356 )

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针对粮食供应链中信息共享时各主体面临的隐私问题，设计与实现了一个基于区块链和星际文件系统（interplanetary fle system，IPFS）技术的隐私保护系统.该系统利用区块链来保存加密隐私信息的哈希值和用户设置的权限访问控制策略，而真正的隐私信息则在加密后存储于IPFS，在实现隐私信息安全存储的同时保障了用户对自身信息的有效掌控.为了实现灵活的权限管理，系统将隐私信息进行了分类；为了提升访问透明度以及鼓励用户共享隐私信息，系统还设计了一种积分方案.

基于区块链技术的社交网络中舆情传播模型

宾晟, 孙更新, 周双

2019, 37(2): 191-202. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.02.004

摘要 ( 1143 )

PDF (5957KB) ( 267 )

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随着区块链技术的产生和发展，出现了利用区块链技术的去中心化共识方式为用户产生的内容进行贡献定价的新型社交网络.基于网络传播和区块链理论，提出针对基于区块链技术的社交网络的舆情传播模型，考虑该类社交网络中由合理量化价值贡献而产生的激励机制对于用户传播信息产生的影响，构建在不同传播行为下的收益-风险矩阵，进而界定传播模型中各状态间的转换过程和转移概率.在实验仿真中，通过对转发概率取值的分析说明了区块链社交网络中的激励机制对信息传播的影响.并且通过收益-风险矩阵的稳定策略对于转发概率的影响，验证了该模型有助于打破网络舆情管理瓶颈，遏制虚假网络舆情传播，实现生态良好的网络舆情传播环境.

区块链的椭圆曲线密码算法侧信道安全分析

万武南, 陈豪, 陈俊, 张仕斌

2019, 37(2): 203-212. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.02.005

摘要 ( 901 )

PDF (6209KB) ( 152 )

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区块链是一种全新的去中心化的分布式计算技术，它利用密码技术保障区块链数据的完整性、匿名性、隐私和不可篡改性，而区块链共识机制的计算效率成为阻碍其发展瓶颈之一，因此区块链硬件化成为趋势.然而，侧信道攻击已成为密码硬件设备主要攻击手段之一，区块链硬件设备将存在侧信道攻击安全威胁.该文针对区块链技术中采用的椭圆曲线密码算法，探讨椭圆曲线标量乘中倍点和倍加运算原子级实现算法，提出了标量乘原子操作运算的功耗特征模型；通过功耗特征模型提出了一种实用的SPA攻击方法，采集一条标量乘功耗曲线可破解密钥；然后从原子级运算操作入手，分析倍点和倍加产生功耗差异本质原因，通过对倍点和倍加运算增加空操作，给出了原子操作级的等功耗防御方案，为区块链硬件设备提供抗侧信道攻击的安全密码技术；最后对未来研究进行了展望.

基于区块链的防护物联网设备DDoS攻击方法

周启惠, 邓祖强, 邹萍, 王秋生, 李艳东, 姜海森

2019, 37(2): 213-223. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.02.006

摘要 ( 1385 )

PDF (5614KB) ( 255 )

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随着物联网设备的普及，利用物联网设备发起的分布式拒绝服务攻击（distributeddenial service，DDoS）愈演愈烈，针对此类问题，提出了一种基于边缘计算和区块链的检测防御架构.在边缘节点依据物联网设备的业务功能特点实现了初步的疑似DDoS异常检测，初步检测结果的共享分析得出DDoS预警，最终对物联网设备发出的DDoS进行过滤.该方案的检测防御分布式部署在攻击源端，可以避免引流及流量清洗造成的高额成本和网络阻塞，并可以在检测到DDoS发生之初在源头进行持续过滤从而阻止攻击流量的上涨.

基于区块链和分层加密的物流隐私保护机制

赵灵奇, 宋宇波, 张克落, 胡爱群, 罗坚

2019, 37(2): 224-234. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.02.007

摘要 ( 1253 )

PDF (2645KB) ( 529 )

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研究了物流环节中用户隐私泄露数据问题.现有的物流隐私保护机制通常由第三方保管用户隐私数据，导致用户缺乏对信息的控制权.结合区块链技术和分层加密技术提出一种新型的物流用户隐私数据保护方案.该方案将区块链和匿名认证相结合设计出一种访问权限管理机制，实现用户对隐私数据访问权限的控制管理，以及隐私数据访问记录的可追溯性；此外该方案提出一种分层加密机制，通过嵌套访问控制树结构实现用户根据数据访问方属性确定其隐私数据的访问权限.安全性分析表明，所提出的物流隐私保护机制可以有效地保证隐私数据的安全性.

基于区块链的防电话骚扰欺诈模型

李娜, 陈福, 毛国君, 朱建明, 黄勇峰

2019, 37(2): 235-243. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.02.008

摘要 ( 1161 )

PDF (5369KB) ( 198 )

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为了防止电话骚扰和诈骗现象的发生，提出了基于区块链的防电话骚扰欺诈模型.该模型具有中心化、透明性、信息不可篡改性、匿名性、历史可追溯性等特点，它将参与者在区块链上进行分工，并用联盟链和混合共识机制算法实现了安全而高效的数据存储和共享.此外，通过对比现有防电话骚扰诈骗研究存在的问题，分析了本模型的优势和影响.

异构联盟系统中基于二层区块链的用户信任协商模型

杨敏, 张仕斌, 张航, 刘宁, 甘波

2019, 37(2): 244-252. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.02.009

摘要 ( 1190 )

PDF (3020KB) ( 298 )

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为打破传统孤立、分散的系统形成的"信息孤岛"效应，确保异构联盟系统中用户相关信息的可信性和安全性，针对异构联盟系统中提出了一种基于二层区块链的用户信任协商模型.该模型借助区块链技术对用户行为数据进行防篡改保护，形成用户行为数据区块链（第1层区块链）；以这些行为数据为基础，计算出用户的信任值，形成用户信任区块链（第2层区块链）.通过仿真实验及安全性分析可知，区块链的特征能够识别出恶意用户和恶意联盟系统.表明该模型能实现用户行为、信任值不可篡改及信任信息在联盟系统成员间协商.

基于光学捕获原理的光波粒二象性演示实验装置

张敏, 刘超, 刘志海, 张羽

2019, 37(2): 253-260. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.02.010

摘要 ( 1210 )

PDF (12099KB) ( 140 )

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首次将光纤光镊技术应用于光的波粒二象性演示实验，实现了光波动性与粒子性的同时演示.基于光学捕获技术，实现了对微粒的三维空间捕获、定位和移动，演示了光的粒子性.基于光束干涉测量技术，实现了对光纤端和捕获粒子表面反射光束干涉信号的记录和检测，演示了光的波动性.该实验装置具有成本低、体积小、集成度较高的优点.

车载异构网络中基于PSRBP的多径TCP路径调度优化

张孟康, 赵海涛, 于洪苏, 茅天奇, 朱洪波

2019, 37(2): 261-270. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.02.011

摘要 ( 929 )

PDF (9850KB) ( 81 )

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车载异构网络使用多路径传输控制协议（multipath transmission control protocol，MPTCP）进行传输时，由于路径差异性会引起接收缓冲区阻塞问题，导致MPTCP传输性能不佳.针对MPTCP接收缓冲区阻塞问题，提出一种基于路径选择和接收缓冲区预测（pathselection and receive buffer prediction，PSRBP）的MPTCP路径调度优化方法.该方法引入吞吐量预测模型，同时引入各条路径和最大吞吐量路径的相似性参数与既定阈值对比分析，从而选择出可以使用MPTCP传输的路径.所提算法通过判断无序包的数量来预测缓冲区阻塞问题，并停止不良路径上的数据传输以提高MPTCP的性能.仿真结果表明，该算法能够提高系统整体的吞吐量，并使网络利用率有所改善.

一种无路由器的两层低功耗无线传感器网络

张雪凡, 刘源, 李洪

2019, 37(2): 271-281. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.02.012

摘要 ( 818 )

PDF (6598KB) ( 79 )

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在能量有限的无线传感器网络中，节点睡眠与节点间的数据快速转发是一对矛盾.星型网络既节能又容易控制，但网络面积太小.该文提出了一种无需专用路由器的节能中转法，将星型网络扩展为内外二层的结构，控制面积是星型的4倍.主要采用了以下措施：1）拓扑结构控制算法将网络节点以控制器为圆心分为内外二层，外层节点以内层节点作为中转点，从而简化了路由，优化了路由能耗；2）节能时序控制.首先，节点从睡眠到苏醒过程中采用了时间分段的顺序，减少了监听时间和消耗的电流；其次，内层节点的短时间监听与外层节点的发送序列协调配合，既实现了常态下的低能耗通信，又解决了应急状态下的快速同步.经测试和仿真结果表明，所提出的二层低功耗无线网络及其控制方法是可行的，节点低功耗和网络延时特性满足设计要求.

利用深度残差网络的高分遥感影像语义分割

李欣, 唐文莉, 杨博

2019, 37(2): 282-290. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.02.013

摘要 ( 1528 )

PDF (10455KB) ( 130 )

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遥感影像分割是影像解译与分析的必要过程，随着深度学习在特征表达上的优势逐步显现，以深度网络为基础模型的影像语义分割已成为自动分割的主要研究趋势.该文提出了一种基于深度残差网络的多尺度语义分割模型，旨在针对小样本遥感影像数据集，提高具有不同尺度分割对象的遥感影像分割精度.首先将深度残差网络以全卷积网络形式进行微调，实现端到端语义分割模型结构构建；然后针对全卷积网络粗糙分割输出的问题，引入Atrous卷积精细化模型上采样过程，进而提高输出标签图精度；最后针对小样本数据进行随机多尺度数据增强，通过样本扩充提高模型分类精度和鲁棒性.试验基于ISPRS 2D Vaihingen语义分割数据集，影像分割结果的分类精度达到89.7%，尤其在小尺度对象上具有较好分割效果.

基于QPCA的彩色图像复制粘贴检测

王金伟, 徐春晖

2019, 37(2): 291-300. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.02.014

摘要 ( 803 )

PDF (7146KB) ( 95 )

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目前，大多数图像取证方法对彩色图像的处理是将其转换为灰度图像，从而导致了彩色图像的颜色信息不能被有效且充分地利用.针对此问题提出一种基于四元数主成分分析（quaternion principal component analysis，QPCA）的复制粘贴篡改检测方法.该方法充分利用了彩色图像的各个颜色通道及它们之间的相关性，能够有效提高篡改区域的识别度.运用基于图像块的检测方法，首先将图像分块后对所有块进行QPCA计算以提取特征，然后用字典排序获取相似块的移位向量，最后根据移位向量频数与阈值的比较确定篡改区域.实验结果表明，所提方法的误检漏检率低于现有方法，检测准确率有较大提高.

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