1.1 题目

基于区块链的身份认证系统的设计与实现

1.2 背景及意义

区块链技术是一种去中心化、去信任化的分布式数据库技术方案。在存储过程中，区块链上的所有节点都参与存储，在记录过程中系统集体记录、共同维护，在密码学技术的支持下，区块链可以生成一套记录时间有先后、不可篡改、可信任的数据库。区块链技术具有去中心化、开放性、可靠性、安全可信、匿名性的特点。一般来说，区块链系统整体上由数据层、网络层（封装了区块链的组网模式、消息传播协议、数据验证机制等因素）、共识层（保证分布式账本所有节点所存储信息的准确性和一致性）、合约层（封装了区块链系统运行中需要的各类脚本代码、算法以及由此产生的各类智能合约）和应用层这五个部分结构组成。

区块链技术在2008年随着比特币的出现而逐渐出现在人们的视野之中，经过十年左右的发展，区块链技术也在逐渐进步，由于其分布式高冗余存储、时序数据、数据不可篡改和伪造等特性，使区块链技术不仅限于数字货币领域，目前主要是应用于金融服务、征信和权重管理、投资管理、资源共享、物联网与供应链、公共网络服务、选举投票、社会公益8个场景，但在应用过程中，每个场景又存在着一些问题需要改进，这也使得区块链技术在不断地更新改善，随着其越来越完善，终将会成为生活中不可或缺的一种技术。

1.3 国内外研究现状

区块链技术最早起源于2008年，由中本聪（Satoshi Nakamoto）在比特币中提出。随着比特币的流行和价格暴涨，区块链技术引起了人们的关注，成为了国内外的一个研究热点。比特币在过去这些年的快速发展，也印证了区块链这种技术在无需借助第三方可心中介结构下，互不信任的多方可以实现可信对等的价值传输。2013年23月，Buterin提出了以太坊平台。2015年Linux基金会发起了推进区块链数字技术和交易验证的开源项目超级账本，其目标是让成员共同合作，共建开放平台，满足各类客户的需求。经过这些年的发展，虽然还有人对区块链技术存在着质疑，但是其在各种应用领域中的作用让人们产生了一种普遍认同的观点，即区块链技术是下一代云计算的雏形，有望像互联网一样彻底重塑人类社会活动形态，并实现由目前的信息互联网向价值互联网的转变。

区块链技术使用的分布式数据库存储技术也带来了相应的问题，分布式网络的核心问题是如何高效地达成共识，而区块链网络可以看做是一个通过点对点传输协议连接起来的共享账本，其比分布式数据库更加分散，每一个参与者都可以上传记录信息，因此，谁拥有更新记录的权利且哪一条记录可信便成了Lamport等于1982年提出的共识问题，目前有着几种较为常见的共识协议。

PoW是比特币的区块链所使用的共识机制，通过添加一个随机数nonce，若使该区块的随机散列值以若干个0开头，则表示验证通过，发现这个随机数的设备拥有向区块中写入数据的能力。基于PoW机制的区块链被攻击的难度和成本都很高，但其需要消耗能源来维护运行成为了一大诟病。PoS共识机制引入之初是为了对抗已知的比特币网络攻击和解决PoW过度浪费算力资源的替代方案。基于PoS共识机制的区块链矿工不用挖矿，其挖矿难度的高低取决于节点拥有权益的多少。PBFT算法是1999年Castro等提出的可以在异步网络中部保证活性的情况下解决拜占庭问题，并且该算进入无限循环的概率非常低，但会造成很大的网络开销，目前基于该算法的区块链性能并不高。