基于区块链的数字货币发展迅速,交易规模逐步攀升。Gartner的预测指出,到2022年以区块链为中心的相关交易将高达100亿美元。此外,区块链技术在金融行业、能源行业、文化行业有广阔应用前景。然而,基于区块链的数字货币具有匿名化和去中心化的特征,已经成为洗钱、地下黑市、勒索病毒等非法交易活动的温床。如何对匿名区块链地址实现可靠身份推测,使监管方能够对区块链交易进行有效监管,是区块链数字货币以及其他区块链应用进一步发展和推广的关键问题。由于区块链交易采用基于P2P网络的泛洪传播模式、区块链地址由用户自行创建,传统的监管方法不适用,缺少有效的区块链交易监管机制。本文研究地址匿名、地址分散、去中心化架构带来的数字货币监管难题,从区块链底层架构上研究针对性的解决办法,提出可行的交易监管机制。论文的主要成果和创新点包括:(1)提出了一种基于网络流量分析的轻量级区块链交易溯源机制。该方案通过追踪交易信息在区块链网络的传播路径,能够推测交易的始发服务器节点,从而将匿名交易和创建交易者的身份信息相关联。交易溯源机制能够追踪特定交易的创建者身份,有利于实现恶意交易追踪、特殊交易过滤等监管功能。首次提出一种基于主动嗅探的邻居节点识别方法,能够通过主动探测推测特定节点的网络拓扑,实现轻量级交易溯源。通过提出基于节点性能和网络时延的可变阈值技术,能够针对不同节点自动计算出最优的匹配参数,提高复杂网络环境下的交易溯源准确率。本文在比特币公网环境中对溯源方案进行验证测试,并与传统方案在溯源精度上进行了对比分析,该方案具有通信开销低、溯源精度高、干扰影响小等特点。(2)提出了一种基于地址聚类的区块链用户身份推测机制。该方案能够将隶属于同一个用户的不同地址聚类,解决地址分散导致的交易规律分散问题,有助于提高身份推测的精度。提出一种基于三种判断规则的交易聚类机制,聚类结果比现有方法更全面。通过设计基于历史聚类结果的增量聚类算法,本方案能够实现大批量数据集的地址聚类。通过设计结合交易溯源机制和地址聚类机制的身份推测算法,能够利用聚类结果优化交易溯源精度,提高身份推测的准确率。通过实验对比模拟,该方案的聚类全面性优于现有的聚类方法,并且能够有效提升身份推测的准确率。(3)提出了一种支持监管的区块链支付方案。该方案以区块链支付应用为案例,从协议设计层面为监管提供预留接口,使区块链支付应用能够满足监管需求,同时也能够满足支付应用必须的隐私保护、交易可靠性等需求。通过设计基于数字签名的地址注册机制,特权用户能够识别地址的身份信息,实现有效监管,而普通用户则无法识别地址的身份信息。通过设计针对支付业务的交易格式,能够满足交易可靠性的需求,避免双重支付、伪造支付等攻击。通过将方案运用在V2G网络的支付场景中,验证了方案能够同时满足隐私保护、交易监管等多重需求。本方案在联盟链超级账本技术上实现了支付系统原型,并和现有区块链数字货币系统的性能进行比较,实验结果表明本方案具有更高的交易吞吐量和更快的交易确认时间。