《電子技術應用》
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許可區(qū)塊鏈網絡中的數據動態(tài)存儲方法
網絡安全與數據治理
劉新璐1，閆皓楠2，張平1，莊興昌1，嚴超1
1.中國電子科技集團公司第二十八研究所； 2.中國人民解放軍96512部隊
摘要： 區(qū)塊鏈技術是具有劃時代意義的創(chuàng)新，一旦數據被錄入區(qū)塊鏈，就幾乎無法被篡改或刪除，這為重要信息的長期保存提供了可靠保障。然而，傳統區(qū)塊鏈節(jié)點間通信依賴直接連接，在面對鏈路變化時，會發(fā)生同步延遲，從而導致存儲數據不一致。針對這一問題，提出了一種基于權威證明的許可鏈動態(tài)存儲方法。在許可區(qū)塊鏈網絡中，節(jié)點需要存儲大量的交易數據和區(qū)塊信息，同時還需要保證鏈上數據的安全性和可靠性。為了更好地適應鏈路環(huán)境變化，該方法通過引入動態(tài)存儲機制，更好地保證數據的安全性和完整性。實驗結果表明，該方法可有效緩解時變鏈路環(huán)境中的數據不可用，并顯著提高數據存儲的安全性。
中圖分類號：TP309文獻標識碼：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)塊鏈網絡中的數據動態(tài)存儲方法［J］.網絡安全與數據治理，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［1］引領了劃時代的數據存儲和管理創(chuàng)新，其去中心化的特性確保了數據的安全性和永久性［2］。一旦數據被穩(wěn)妥地錄入區(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實的保障，例如交易記錄、身份信息等。然而，區(qū)塊鏈網絡中的節(jié)點通信依賴于直接連接，因此在鏈路發(fā)生變化時，節(jié)點間的通信可能會中斷，導致數據同步的延遲，甚至可能導致數據的不一致性。時變信道網絡是指信道在時間上發(fā)生變化的無線通信網絡［3］。面對時變信道環(huán)境，傳統區(qū)塊鏈在實現數據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機制的區(qū)塊鏈，參與者明確且彼此信任，其通常被設計為具有高吞吐量和高性能的系統，以滿足各種實際應用的需求［4］。目前主流的許可鏈技術包括超級賬本（Hyperledger Fabric）［5］和以太坊（Ethereum）［6］。其中，超級賬本采用實用拜占庭容錯（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絡環(huán)境。以太坊提供工作量證明（Proof of Work, PoW）［8］、權益證明（Proof of Stake, PoS）［9］和權威證明（Proof of Authority，PoA）［10］等共識機制。其中，PoA由一組權威節(jié)點來維護區(qū)塊鏈的安全，這些權威節(jié)點具有出塊控制權，負責驗證交易并創(chuàng)建新的區(qū)塊。PoA具有比PoW更快的交易確認速度和更高的吞吐量。由于權威節(jié)點的身份已經被信任和認證，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，權威的節(jié)點進入與退出需要超過一半網絡節(jié)點的投票確認，這會造成大量未確認的投票記錄緩存在節(jié)點中，導致存儲負擔增加。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)塊鏈網絡中數據面對時變信道網絡時的動態(tài)存儲方式，并提出基于PoA的動態(tài)存儲方法。本文的主要貢獻如下：

（1）通過上游節(jié)點靈活選擇授權節(jié)點。在網絡信道發(fā)生變化時，上游節(jié)點通過委托下一個出塊節(jié)點變更權威節(jié)點列表，進入新的一輪出塊周期，從而降低切換出塊周期的時間。

（2）設計存儲數據的智能合約，提供高效的存儲和檢索性能。該方法提供數據存儲和檢索、授權節(jié)點更換和查詢的遠程過程調用（Remote Procedure Call，RPC）接口和TCP接口，便于二次開發(fā)。


本文詳細內容請下載：

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，嚴超1

（1.中國電子科技集團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，寧夏銀川750000）


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