《電子技術(shù)應(yīng)用》
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许可区块链网络中的数据动态存储方法
网络安全与数据治理
刘新璐1，闫皓楠2，张平1，庄兴昌1，严超1
1.中国电子科技集团公司第二十八研究所； 2.中国人民解放军96512部队
摘要： 区块链技术是具有划时代意义的创新，一旦数据被录入区块链，就几乎无法被篡改或删除，这为重要信息的长期保存提供了可靠保障。然而，传统区块链节点间通信依赖直接连接，在面对链路变化时，会发生同步延迟，从而导致存储数据不一致。针对这一问题，提出了一种基于权威证明的许可链动态存储方法。在许可区块链网络中，节点需要存储大量的交易数据和区块信息，同时还需要保证链上数据的安全性和可靠性。为了更好地适应链路环境变化，该方法通过引入动态存储机制，更好地保证数据的安全性和完整性。实验结果表明，该方法可有效缓解时变链路环境中的数据不可用，并显著提高数据存储的安全性。
中圖分類號：TP309文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2025.02.007
引用格式：劉新璐，閆皓楠，張平，等. 許可區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)動態(tài)存儲方法［J］.網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)治理，2025，44（2）：44-51.
Dynamic storage of data in permissioned blockchain networks
Liu Xinlu1，Yan Haonan2，Zhang Ping1，Zhuang Xingchang1，Yan Chao1
1.The 28th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation; 2.No. 96512 Unit of PLA
Abstract： Blockchain is an epoch-making innovation that cannot be tampered with or deleted once the data is entered into the blockchain. This provides a reliable guarantee for the long-term preservation of important information. However, the communication between traditional blockchain nodes relies on direct connections, which can cause synchronization delays when there are changes in the channels. This leads to inconsistent stored data. To address this problem, this paper proposes a novel dynamic storage mechanism based on Proof of Authority (PoA) for permissioned networks. In permissioned networks, nodes need to store a large amount of transaction data and block information while ensuring the security and reliability of the data on the chain. To adapt to the time-varying channel, the dynamic storage mechanism is introduced to ensure the security and integrity of the data. Experimental results show that the method can effectively mitigate data unavailability in time-varying channels and significantly improve the security of data storage.
Key words : blockchain; permissioned blockchain; smart contract; time-varying channel; dynamic storage; blockchain application

引言

區(qū)塊鏈技術(shù)［1］引領(lǐng)了劃時代的數(shù)據(jù)存儲和管理創(chuàng)新，其去中心化的特性確保了數(shù)據(jù)的安全性和永久性［2］。一旦數(shù)據(jù)被穩(wěn)妥地錄入?yún)^(qū)塊鏈，便幾乎無法篡改或刪除，這為重要信息的長久保存提供了堅(jiān)實(shí)的保障，例如交易記錄、身份信息等。然而，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通信依賴于直接連接，因此在鏈路發(fā)生變化時，節(jié)點(diǎn)間的通信可能會中斷，導(dǎo)致數(shù)據(jù)同步的延遲，甚至可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致性。時變信道網(wǎng)絡(luò)是指信道在時間上發(fā)生變化的無線通信網(wǎng)絡(luò)［3］。面對時變信道環(huán)境，傳統(tǒng)區(qū)塊鏈在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全可信存儲方面顯得捉襟見肘。

許可鏈是一種具備授權(quán)機(jī)制的區(qū)塊鏈，參與者明確且彼此信任，其通常被設(shè)計為具有高吞吐量和高性能的系統(tǒng)，以滿足各種實(shí)際應(yīng)用的需求［4］。目前主流的許可鏈技術(shù)包括超級賬本（Hyperledger Fabric）［5］和以太坊（Ethereum）［6］。其中，超級賬本采用實(shí)用拜占庭容錯（Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT）共識［7］。然而，PBFT在通信開銷方面較大，因此不適合時變信道的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。以太坊提供工作量證明（Proof of Work, PoW）［8］、權(quán)益證明（Proof of Stake, PoS）［9］和權(quán)威證明（Proof of Authority，PoA）［10］等共識機(jī)制。其中，PoA由一組權(quán)威節(jié)點(diǎn)來維護(hù)區(qū)塊鏈的安全，這些權(quán)威節(jié)點(diǎn)具有出塊控制權(quán)，負(fù)責(zé)驗(yàn)證交易并創(chuàng)建新的區(qū)塊。PoA具有比PoW更快的交易確認(rèn)速度和更高的吞吐量。由于權(quán)威節(jié)點(diǎn)的身份已經(jīng)被信任和認(rèn)證，因此，該共識具備比PBFT更高的安全性和抵抗惡意行為的能力。盡管PoA在許可鏈中得到了廣泛應(yīng)用，例如在Goerli測試鏈和PoA Network［11］中，但其仍然存在一些問題。例如，權(quán)威的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入與退出需要超過一半網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的投票確認(rèn)，這會造成大量未確認(rèn)的投票記錄緩存在節(jié)點(diǎn)中，導(dǎo)致存儲負(fù)擔(dān)增加。此外，投票周期長不利于快速切換到下一個出塊周期。

針對這些問題，本文將深入探討在許可區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)面對時變信道網(wǎng)絡(luò)時的動態(tài)存儲方式，并提出基于PoA的動態(tài)存儲方法。本文的主要貢獻(xiàn)如下：

（1）通過上游節(jié)點(diǎn)靈活選擇授權(quán)節(jié)點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)信道發(fā)生變化時，上游節(jié)點(diǎn)通過委托下一個出塊節(jié)點(diǎn)變更權(quán)威節(jié)點(diǎn)列表，進(jìn)入新的一輪出塊周期，從而降低切換出塊周期的時間。

（2）設(shè)計存儲數(shù)據(jù)的智能合約，提供高效的存儲和檢索性能。該方法提供數(shù)據(jù)存儲和檢索、授權(quán)節(jié)點(diǎn)更換和查詢的遠(yuǎn)程過程調(diào)用（Remote Procedure Call，RPC）接口和TCP接口，便于二次開發(fā)。


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http://ihrv.cn/resource/share/2000006342


作者信息：

劉新璐1，閆皓楠2，張平1，莊興昌1，嚴(yán)超1

（1.中國電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所，江蘇南京 210023；

2.中國人民解放軍96512部隊(duì)，寧夏銀川750000）


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