近年来,雾计算的不断发展给我们的生活带来了许多便利。不同于传统的云计算将数据收集,再依托高效的云计算中心进行分析计算,最终将计算数据返回给用户的模式,雾计算可以直接分析和计算来自雾节点处的物联网设备的数据,从而减少了云计算架构上的带宽、计算和存储开销,提高了用户体验质量。在一般的雾计算系统中,多个雾设备往往需要组成一个群组,从而进行合作计算,以完成大型的计算任务。在群组建立,计算任务摊派的过程中会出现许多的安全和隐私问题。现有的解决方案一般是通过应用一些群密钥管理的方案,使得在群组中的雾设备能够协商出会话密钥,从而通过密钥进行加密通讯。然而,现有的密钥管理方案仍然存在一些问题,例如1.群组的动态性问题,群成员频繁地加入退出会影响群组整体的协商效率;2.部分协商方式依赖于一个中心化的可信计算中心,从而容易导致单点故障的问题;3.密钥协商过程中产生的中间参数是不可恢复的,即任何网络问题都有可能会导致协商的失败;4.密钥协商过程中雾设备的隐私存在泄露的可能性。另一方面,在雾设备完成摊派的计算任务之后,将会以两方或多方交易的形式获得相应的酬劳,这就要求一个能够在雾系统中确保两方甚至是多方进行公平交易的机制来保证交易参与方的权益。本文针对上述问题,对现有的密钥管理方案存在的问题进行改进,并进一步设计出针对雾系统的公平交易机制,从而有效地解决了上述几个问题,本文主要工作包括以下几个方面:1.首先改进并扩展现有的密钥管理方案,提出基于区块链的雾系统密钥管理方案,具体贡献包括:·在现有方案的基础上引入区块链技术,弱化对可信第三方的依赖,并通过区块链托管参数,从而解决密钥协商过程中,中间参数不可恢复的问题。·基于非对称群重新设计现有的密钥管理方案,提升了密钥协商的效率与可靠性。·利用新的密码学原语门限匿名公告来设计群组的准入机制,从而解决了群组动态性问题,使雾设备能够高效且安全地进入/退出群组。·基于现有的工作量证明机制提出了新的指定证明人的工作量证明机制,实现对雾设备的计算能力的可靠评估。·对提出的方案进行安全性证明并通过实验评估方案的效率。2.接着,基于区块链的雾系统密钥管理方案进一步优化雾系统,着眼于雾系统中的隐私和公平交易,提出雾计算中基于区块链的公平交易方案,具体贡献包括:·引入基于隐地址和混币机制的链上隐私保护方法,从而保护交易过程中参与方的链上隐私。·基于现有的两方公平交易机制提出了新的多方公平交易机制,从而使一次多方交易中各方的权益不受侵害。·对最终的方案进行分析并通过模拟实验来对方案进行评估。