《電子技術(shù)應(yīng)用》
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許可區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)方法
網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)治理
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； 2.中國人民解放軍96512部隊(duì)
摘要： 區(qū)塊鏈技術(shù)是具有劃時(shí)代意義的創(chuàng)新，一旦數(shù)據(jù)被錄入?yún)^(qū)塊鏈，就幾乎無法被篡改或刪除，這為重要信息的長(zhǎng)期保存提供了可靠保障。然而，傳統(tǒng)區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)間通信依賴直接連接，在面對(duì)鏈路變化時(shí)，會(huì)發(fā)生同步延遲，從而導(dǎo)致存儲(chǔ)數(shù)據(jù)不一致。針對(duì)這一問題，提出了一種基于權(quán)威證明的許可鏈動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)方法。在許可區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)需要存儲(chǔ)大量的交易數(shù)據(jù)和區(qū)塊信息，同時(shí)還需要保證鏈上數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。為了更好地適應(yīng)鏈路環(huán)境變化，該方法通過引入動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)機(jī)制，更好地保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可有效緩解時(shí)變鏈路環(huán)境中的數(shù)據(jù)不可用，并顯著提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性。
中圖分類號(hào)：TP309文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(dòng)態(tài)存儲(chǔ)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(shí)代的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(zhǎng)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(shí)，節(jié)點(diǎn)間的通信可能會(huì)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(shí)變信道網(wǎng)絡(luò)是指信道在時(shí)間上發(fā)生變化的無線通信網(wǎng)絡(luò)［3］。面對(duì)時(shí)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(chǔ)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(jì)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(jí)賬本（Hyperledger Fabric）［5］和以太坊（Ethereum）［6］。其中，超級(jí)賬本采用實(shí)用拜占庭容錯(cuò)（Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT）共識(shí)［7］。然而，PBFT在通信開銷方面較大，因此不適合時(shí)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(shí)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(shí)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(cè)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(huì)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(chǔ)負(fù)擔(dān)增加。此外，投票周期長(zhǎng)不利于快速切換到下一個(gè)出塊周期。

針對(duì)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(duì)時(shí)變信道網(wǎng)絡(luò)時(shí)的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)方式，并提出基于PoA的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)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(shí)，上游節(jié)點(diǎn)通過委托下一個(gè)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(shí)間。

（2）設(shè)計(jì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的智能合約，提供高效的存儲(chǔ)和檢索性能。該方法提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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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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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