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计算机科学 2018年第02期杂志 文档列表

计算机科学杂志区块链技术

区块链技术在政府部门的应用综述1-7

摘要：随着比特币价值的不断攀升,其背后使用的区块链技术在全球范围内迅速引起了各个行业的广泛关注,同时也引起了各国政府的高度重视。特别是以美国为代表的一些国家在政府和权力机构的支持下,已经开始尝试将此项技术应用于专用信息平台建设、装备物资运转和系统控制等多个方面,认为此项技术的分布式、可追溯、不易篡改等特性能够在匿名数据的收集、数据的完整性校验、智能设备的互联通信等多个方面发挥重要作用。同时,目前也有不少国家政府机构对区块链技术的应用仍然保持谨慎的态度,认为此项技术仍然面临着安全保密、应用的通用性等诸多问题。通过介绍和分析政府部门中区块链技术的应用情况,指出目前该项技术在政府部门应用的过程中面临的挑战。最后,针对这些问题,并结合现在学术界已有的工作提出相应的解决方案。

基于免疫的区块链eclipse攻击的异常检测8-14

摘要：区块链的eclipse攻击具有并发性、隐蔽性的特点,且往往依赖多节点协作完成垄断受害节点网络连接的攻击;相应地,计算机免疫系统具有分布式、自学习和自适应能力强的特点,能够良好地适应区块链多节点P2P分布式网络连接的环境。因此,为了检测区块链是否受到eclipse攻击,提出了一种基于免疫的区块链eclipse攻击的新型检测模型,并且建立了该模型的架构,给出了模型中各要素的形式定义及各模块的执行流程。根据模型进行了仿真实验,结果表明该模型具有较高的准确性和效率。

基于区块链的大数据确权方案15-19

摘要：数据确权一直是大数据交易面临的挑战性之一。传统的确权手段采用提交权属证明和专家评审的模式,但是缺乏技术可信度,且存在潜在的篡改等不可控因素。为解决这些问题,迫切需要操作性强的确权方案。基于区块链技术和数字水印技术,提出了一种新的大数据确权方案。首先,引入审计中心和水印中心,以分离大数据完整性审计和水印生成的职责。其次,基于数据持有性证明技术和抽样技术,实现对大数据完整性的轻量级审计。再次,利用数字水印技术的特殊安全性质,实现对大数据起源的确认。最后,针对整个确权过程中涉及到的证据的完整性和持久性,利用区块链的原生特点实现确权结果与相关证据的强一致性。正确性和安全性分析结果表明,该方案能够为大数据的所有权界定提供新的技术思路和方法。

基于Gossip协议的拜占庭共识算法20-24

摘要：区块链是一种对等网络的分布式账本系统,具备去中心化、不可篡改、安全可信等特点,因此受到了广泛关注。在区块链系统中,典型的拜占庭错误包括操作错误、网络延迟、系统崩溃、恶意攻击等。现有共识算法不仅对区块链中拜占庭节点的容错能力低,而且对区块链系统的可扩展性差。针对这一问题,文中提出了基于Gossip协议的拜占庭共识算法,使系统可以容忍小于一半的节点为拜占庭节点,能够达到XFT共识算法的容错能力。同时,因为采用了统一的数据结构,所以系统具有更好的可扩展性,并且有利于正确节点识别区块链系统中的恶意节点。在该算法中,提案节点随着区块链长度的变化而转移,系统中所有节点都处于对等的地位,从而避免了单点故障问题,进而使得系统具有更好的动态负载均衡的性能。

基于区块链的虚拟电厂模型研究25-31

摘要：新能源技术和互联网技术推动了电力系统由智能电网向能源互联网进化,未来能源互联网将以分布式能源作为主要的一次能源。虚拟电厂技术能够聚合分布式能源并建立虚拟电力资源交易,逐步成为分布式能源高渗透情况下的核心并网技术。针对以实时电价为驱动的未来能源互联网,结合区块链这一安全、透明、去中心化的分布式计算范式,建立基于区块链的虚拟电厂模型,通过区块链的激励机制将虚拟电厂协调控制手段和分布式能源独立并网行为有机联动,从而实现高效的分布式调度计算。仿真实验表明,所提模型满足能源互联网中分布式能源高渗透率、高自由度、高交易频率、高响应速度的并网需求。

基于区块链的信息物理融合系统的信息安全保护框架32-39

摘要：信息物理融合系统（Cyber-Physical System,CPS）受到了学术界的广泛关注,其面临的安全性问题及防护措施也日益成为领域研究热点。通过梳理现阶段国内外关于CPS安全问题及其防护措施的研究成果发现,基于整体多层次统筹以及分布式架构的防护措施成为了当前的研究导向,这与区块链技术的整体性分布式架构特征相一致。在区块链分布式拓扑结构及其信息安全特性的基础上,提出了融合区块链技术与CPS的防护思想,论证了结合二者的可能性,并构建了实现二者深入融合的BCCPS框架机制。重点介绍了BCCPS框架在基础层级和集成层级两个层面上的具体构造情况。最后,从信息安全的保密性、完整性、可用性、可追溯性4个维度论证了BCCPS框架的安全性。该研究为建立安全、健壮的CPS提供了新思路。

基于双链架构的医药商业资源公有区块链40-47

摘要：区块链技术是一种去中心化的共享总账系统和计算范式。作为一种核心的底层支撑技术,它与分布式经济系统有极高的契合度。基于公共服务平台的医药商业资源分布式调度模式是解决当前医药商业行业＂散、小、乱、弱＂局面的综合性解决方案,在聚合分散性资源和按需调度方面发挥着重要作用。针对公共服务平台当前存在的一些关键问题,提出了一种基于双链架构的医药商业资源公有区块链,重点研究了公有区块链的双链结构及其存储方式、隐私保护、资源寻租与匹配机制和共识算法等问题。研究结果表明,基于双链架构的医药商业资源公有区块链能够兼顾交易信息的开放性、安全性和企业信息的隐私性,自适应地完成资源的寻租和匹配,并大幅提高公共服务平台的公信力和系统的整体效率。

基于区块链的远程证明模型48-52

摘要：远程证明是构建可信网络的核心。但是,当前的远程证明模型仅面向有中心的网络,存在网关中心化、决策单点化的问题,并不适用于去中心的场景。针对去中心分布式网络环境中计算节点无法进行远程证明的问题,借鉴区块链的思想,提出了一种基于区块链的远程证明模型（Remote Attestation Based on blockchain,RABBC）,并重点描述了模型框架、区块链核心结构和协议过程。分析表明,RABBC具有去中心化、可追溯、匿名、不可篡改的安全特性,并具备较高的效率。

基于聚合签名的共识算法优化方案53-56

摘要：随着比特币以及以太坊、超级账本等系统的兴起,区块链技术受到越来越多的关注。区块链是众多技术结合的产物,共识算法在区块链中起着至关重要的作用,共识算法的优劣直接影响着区块链系统的优劣。针对不同特点的区块链系统,采取的共识算法也不相同,不同的共识算法各有优劣。目前,效率问题是区块链中共识算法面临的主要问题之一。为了提高区块链系统中共识算法的运行效率,首先介绍了区块链中共识算法的各种潜在的优化方案,然后以联盟链中常用的PBFT共识算法的改进算法dBFT为研究对象,结合聚合签名技术以及双线性映射技术对dBFT的共识过程进行优化,并与原方案进行比较。优化后的聚合dBFT共识算法可以有效降低区块链系统中签名的空间复杂度。

基于区块链技术的动态数据存储安全机制研究57-62

摘要：为解决攻击者对动态数据的篡改、伪造等潜在安全问题,提出了一种基于区块链技术的动态数据安全存储方案。首先,给出了动态数据存储安全问题的数学模型;其次,分析了共识终端最大化自身收益的局部行为与保障动态数据存储系统安全性和有效性整体目标的一致性;再次,设计了适用于动态数据存储安全的共识机制、实例系统所有权状态转移函数和动态数据存储体系结构;最后,分析了系统随机状态模型下动态数据存储区块链的质量特性和生长特性。分析结果表明,在核准加入方式下,该方案能够有效杜绝攻击者对＂动态数据账本＂的非授权改动,有效地提高了动态数据的可信度。

计算机科学杂志2017年中国计算机学会人工智能会议

基于SAC的特征选择算法63-68

摘要：特征选择通过移除不相关和冗余的特征来提高学习算法的性能。基于进化算法在求解优化问题时表现出的优越性能,提出FSSAC特征选择方法。新的初始化策略和评估函数使得SAC能将特征选择作为离散空间搜索问题来解决,利用特征子集的准确率指导SAC的采样阶段。在实验阶段,FSSAC结合SVM,J48和KNN分类器,通过UCI数据集完成验证,并与FSFOA,HGAFS,PSO等算法进行了比较。实验结果表明,FSSAC可以提高分类器的分类准确率,且具有良好的泛化性能。除此之外,对FSSAC和其他算法在特征空间维度缩减情况方面做了对比。

一种改进的microRNA预测模型集成方法69-75

摘要：现有的microRNA预测方法往往存在数据集类不平衡和适用物种单一的问题。针对以上问题,所做主要工作如下：1）提出基于序列熵的分层采样算法,该算法可在保持样本总体分布的基础上,采样生成正样本和负样本数量平衡的训练集;2）提出基于信噪比和相关性的特征选择,用于缩小训练集规模,以达到提高训练速度的目的;3）提出DS-GA算法,用于缩短SVM分类器参数的优化时间,达到减少过拟合的目的;4）结合集成学习的思想,经采样、特征选择、分类器参数优化3个步骤,建立了一种物种间通用的microRNA预测模型。实验表明,该模型有效解决了类不平衡问题,且不局限于单一物种,对混合物种的测试集预测取得了较好效果。

具有社区结构的无标度网络生成算法76-83

摘要：近年来,生成图模型在复杂网络研究中的作用越来越重要。图的生成过程对于研究疾病的蔓延和信息的传播具有重大意义,同时图模型的生成也有助于更深入地研究复杂网络的特性。为了能够生成既符合真实网络特征又具有结构多样性的复杂网络,提出了一种具有社区结构的可调节聚集系数和模块性的无标度网络生成算法——TCMSN（Scale Free Network with Tunable Clustering Coefficient and Modularity）。通过调节混合参数可以调节生成网络的模块性,通过调节社区内连边的概率和混合参数可以对网络聚集系数进行调节。TCMSN采用了合理的连边策略,在不破坏网络结构多样性的情况下,能尽可能维持网络的无标度特性。人工构造数据和真实网络数据的对比实验结果表明,TCMSN算法能够生成可调节聚集系数和模块性的无标度网络模型,且能够生成最接近真实网络社区结构特征的网络模型。

基于短空时变化的鲁棒视频哈希算法84-89

摘要：针对互联网相似视频内容检测问题,提出了基于短空时变化的鲁棒视频哈希算法。特征提取和特征量化是该算法的两个关键步骤。在特征提取中,与现有基于时空信息融合的特征提取方法相比,该算法的创新性在于充分利用相邻帧之间局部空域信息的短时变化（简称＂短空时变化＂）来提取特征。该算法首先构造视频内接球,并以球心为起点对内接球进行划分,获取一系列内接球环,从而捕捉相邻帧的空域信息的短时变化,然后将球环非负矩阵分解系数作为视频内容进行特征表示;在特征量化中,该算法采用改进的曼哈顿量化策略将视频特征映射成二进制的哈希序列,更好地保留了原空间中的近邻关系,提高了量化的准确度。实验结果表明,该算法具有良好的性能。

广义的鉴别局部中值保持投影及人脸识别90-93

摘要：针对鉴别的局部中值保持投影（DLMPP）在小样本情况下面临的类内散布矩阵奇异的问题,提出了广义的鉴别局部中值保持投影（GDLMPP）算法。GDLMPP首先将样本等价映射到一个低维子空间,然后在此子空间求解最佳投影矩阵,从而有效解决了小样本问题,并从理论上验证了当类内散布矩阵非奇异时,GDLMPP等价于DLMPP。最后,通过在ORL及AR库上的实验验证了算法的有效性。

一种基于差异系数的稀疏度自适应图像去噪算法94-97

摘要：基于压缩感知的K-means Singular Value Decomposition（K-SVD）图像去噪算法具有良好的自适应性和细节恢复能力,但需事先给定稀疏度K。该方法的去噪效果会受到图像稀疏度的影响。另外,训练初始系数时用到的追踪类算法中通过向量内积值的大小评定图像分量间相关度的方法,因存在大值噪声点,容易造成假相关,从而影响去噪效果。提出基于差异系数的稀疏度自适应K-SVD去噪算法,通过引入差异系数来平衡因噪声点造成的假相关问题,同时使用相关度均值作为阈值来自适应地产生稀疏度K,避免因给定不恰当的稀疏度而影响去噪效果的问题。在USC标准库上的实验结果表明,所提算法在去噪效果方面有一定的优越性。

一种动态调整惯性权重的粒子群优化算法98-102

摘要：针对粒子收敛速度慢、搜索精度不高和算法性能在很大程度上依赖于参数的选取等缺点,提出了一种非线性指数惯性权重粒子群优化算法（Exponential Inertia Weight in Particle Swarm Optimization,EIW-PSO）。在每次迭代的过程中,采用粒子最大适应值和最小适应值的指数函数来动态调整算法中的惯性权重,更有利于算法在寻优过程中跳出局部最优;同时,引入随机因子以确保种群的多样性,使粒子更快地收敛到全局最优位置。为了验证该算法的寻优性能,通过8个基准测试函数将标准PSO、线性递减惯性权重LDIW-PSO、均值自适应惯性权重MAW-PSO在不同维度和种群规模下进行测试比较。实验结果表明,提出的EIW-PSO算法具有更快的收敛速度和更高的求解精度。

用户频繁通信关系的并行挖掘算法研究103-108

摘要：随着移动通信技术和互联网的飞速发展,移动通信设备已经成为大多数人随身携带的工具,这些设备之间因互相通信而产生的数据构成了通信网络。文中提出了一种针对海量通信数据的频繁通信子图并行挖掘算法PMFCS。该算法在频繁项目集挖掘思想和子图连接规则的基础上,利用并行计算框架Spark将所有的图以边为单位分布到各个计算节点,在各个节点统计1阶候选频繁子图,再通过汇总候选子图得到1阶频繁子图。PMFCS算法通过迭代地连接k-1阶子图和1阶子图生成k阶候选子图,再计算k阶候选子图的频繁度,直至k阶频繁子图集合为空集。实验结果表明,该算法可以快速、有效地解决频繁通信关系的挖掘问题。