基于区块链智能合约的仓单交易平台研究与实现

摘要

2008年，中本聪发表题为“比特币:一种点对点的电子现金系统”的白皮书，比特币的问世，宣告了区块链技术的诞生。区块链技术具有去中心化、可追溯、不可篡改等特性，迅速引起了各行各业的关注，尤其是银行、证券、互联网金融等行业。区块链技术的出现，触发了智能合约的应用，为智能合约提供了可信的执行环境。智能合约是存储在区块链中的可自动执行的代码，能够直接控制数字资产的交易，合约失效前任何参与方都无法控制和篡改。因此，将区块链和智能合约技术应用于场外仓单交易业务中，具有较高的研究意义和实用价值。
　　本文对以太坊区块链平台进行研究，针对以太坊中不符合场外仓单交易业务的机制进行改进，利用智能合约实现仓单交易业务，最终实现基于区块链智能合约的仓单交易系统。本文的主要研究内容有:
　　(1)以以太坊架构为基础，深入研究区块链相关技术。对以太坊中交易、区块等数据结构以及目前流行的共识机制进行深入研究，探讨了以太坊智能合约的部署和交互机制。
　　(2)研究场外仓单交易业务规则和流程，利用智能合约技术设计实现仓单交易业务合约。结合实际业务场景，实现角色权限控制、节点准入准出等具有特定功能的系统合约。最后对业务合约进行安全性验证。
　　(3)对以太坊中不符合仓单交易业务的模块进行改进和优化。场外交易系统中，仓单交易数据只允许少量节点有记账权，而以太坊POW共识机制为防止51％攻击，需要大量节点参与且消耗大量算力。因此，本文使用PBFT共识算法替换以太坊POW共识算法。另外，PBFT共识算法不需要挖矿就能保证全网安全运行，天然适用于仓单交易系统，但是由于以太坊虚拟机的特殊性，以太坊中任何可编程资源必须消耗Gas。因此，对以太坊进行改进，去掉以太币，保留gas机制。
　　(4)在上述研究基础上，实现基于区块链智能合约的仓单交易业务系统。首先，对改进后的以太坊区块链进行总体设计;其次，根据总体设计对系统中关键模块进行详细设计并实现;最后，实现业务合约，并对区块链节点和业务合约进行部署，实现仓单交易系统并对系统进行测试。实验表明利用智能合约实现的仓单业务具有较高的安全性和可行性，仓单交易执行结果具有较高的一致性。

目录

声明

摘要

图目录

表目录

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内外区块链研究现状

1．2．2 国内外智能合约研究现状

1．3 论文工作概述

1．4 论文组织结构

2 区块链相关技术

2．1 以太坊技术架构

2．1．1 交易结构

2．1．2 区块结构

2．1．3 链式结构

2．1．4 Merkle Patricia

2．2 共识机制

2．2．1 POW

2．2．2 POS

2．2．3 PBFT

2．3 智能合约

2．3．1 智能合约介绍

2．3．2 比特币脚本

2．3．3 以太坊智能合约

2．4 本章小结

3 智能合约设计

3．1 仓单交易

3．2 智能合约执行机制

3．2．1 智能合约部署

3．2．2 智能合约交互

3．3 智能合约设计

3．3．1 系统合约

3．3．2 库合约

3．3．3 业务合约

3．4 智能合约安全性验证

3．4．1 智能合约的安全性分析

3．4．2 智能合约验证

3．4．3 验证结果及分析

3．5 本章小结

4 仓单交易平台设计与实现

4．1 总体设计

4．2 关键模块设计

4．2．1 去币设计

4．2．2 共识算法

4．2．3 节点管理

4．2．4 密钥管理

4．3 仓单交易平台实现

4．3．1 智能合约实现

4．3．2 仓单交易系统的实现与测试

4．4 本章小结

5 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 研究展望

参考文献

致谢

个人简历、在校期间发表的学术论文与研究成果