区块链存储：技术与挑战

区块链具有不可被篡改和去中心化的特性,将其应用到存储系统中,有助于提高存储系统的数据安全性和系统可扩展性。区块链技术与存储技术的融合主要分为 3 方面：基于区块链构建的去中心化存储系统、基于区块链优化已有系统的存储性能和区块链系统自身的存储方法与优化。对这些工作进行了综述,讨论对比了当前典型的采用了区块链技术的存储系统,总结了区块链存储面临的主要挑战,并展望了区块链存储的发展方向。     

基于区块链的分布式离链存储框架设计

随着分布式存储技术的不断发展,越来越多的企业、政府机构用户将数据保存在云端,实现大数据的分布式存储和数据资源共享。区块链技术的去中心化、可追溯、不可篡改、数据一致性等特点,为解决云存储存在的隐私和安全挑战问题带来了新的契机。文章提出了一种基于区块链的分布式离链存储框架。在区块链中部署区块节点和存储节点,其中区块节点用于执行底层区块链运行机制,存储节点用于存储数据和文件,通过将区块和存储功能区分开实现了离链存储,保证了区块链的运行效率。此外,文章还提出了一个使用基于经典数据占有机制的全局交互验证方法,以确保数据文件的分布、可靠和可证明的存储。用户向区块链中添加区块(存储文件)时会触发公平挑战机制的审核机制,从而隐式验证离链存储的所有文件是否完整。     

区块链系统的存储可扩展性综述

区块链是在比特币的基础上发展起来的一种分布式数据库，凭借其去中心化、可溯源、不可篡改等特点引起了学术界和工业界的广泛关注。然而当区块链技术应用于实际的应用场景时，随着节点数量和数据量的急剧增长，出现了低吞吐率、难以扩展等问题。在实际的应用场景中，难以扩展问题抑制了区块链技术的真正落地。重点对区块链技术的存储可扩展性进行总结与展望。首先，介绍了区块链技术的基础知识和数据结构，分析了现阶段区块链技术所面临的存储可扩展性问题；其次，从第0层扩容方案、链上扩容方案和链下扩容方案3个技术层面阐述了不同扩容方案的原理、实现方法、研究现状以及优缺点；最后，分析了目前区块链扩容方案所存在的挑战，并为下一步区块链的研究工作提供了方向。     

基于区块链的监控视频数据存储模型研究

监控设备生成海量的视频数据，由于管理不善、维护不力和人为删除等原因，存在监控视频数据的丢失和篡改等问题。在研究云存储和区块链的基础上，结合区块链去中心化、难篡改和可溯源等特性，提出一种基于区块链的监控视频数据存储模型。监控视频数据存储在单位的云存储服务器，监控视频数据的哈希值等元数据存储在区块链，云存储技术实现监控视频数据的海量存储和便捷访问，区块链技术实现上链监控视频数据的防篡改和防删除，对于提高监控视频数据的安全性和可靠性有一定的应用价值。     

轻量级区块链技术综述

传统的区块链技术为了保证交易账本的全网共识和不可篡改性,要求矿工节点具有强大的计算能力和足够的存储空间,这就限制了资源受限的设备加入区块链.近几年,区块链技术已经拓展到金融经济、医疗健康、物联网、供应链等多个领域,但是这些应用场景存在大量算力弱、存储容量低的设备,这给区块链的应用带来了巨大挑战.为此轻量级的区块链技术应运而生.从轻量级计算和轻量级存储两方面出发,总结当前轻量级区块链的研究现状,对比分析各个方案的优缺点.最后展望未来轻量级区块链的发展.     

一种区块链数据的云存储与共享方法

为了在不信任的环境中达成共识,区块链节点需要冗余地存储完整的区块链数据,对节点的存储要求很高.提出一种区块链数据的存储方法,设置M个云存储共享模块用于存储完整的区块链以及节点数字签名,节点将区块及其数字签名存储到若干个云存储共享模块.当区块链节点数量N足够大时,能够选择合适的M(M<相似文献   

基于区块链技术的去中心化应用——以学者网为例

文章旨在利用区块链技术解决中心化存储模式的弊端,基于中心化数据存储模式下的学者网平台,运用区块链技术实现用户行为数据信息的链上存储,消除中心化数据存储弊端的同时安全公开的存储用户行为信息,降低多方交互成本,提高多方交互效率。运用区块链技术实现用户积分交易,根据学生用户行为分发相应积分,积分可查且永久存储在该用户账号,保证了用户积分记录的透明存储,保障了用户的权益。此外,设计开发了区块链浏览器,提供区块信息查询功能。     

基于变色龙hash的区块链可扩展存储方案

区块链中的节点以副本形式保存数据,随着时间的推移,区块链中的区块数不断增加,导致节点承受的存储压力随之增大,存储压力成为区块链应用落地的瓶颈之一。为了解决区块链中存储压力问题,提出了基于变色龙hash的区块链可扩展存储方案,该方案利用节点被攻击成功的概率和改进的温度模型,将区块分为高低安全性的冷热区块;基于变色龙hash算法和改进的Merkle tree,对高安全性的冷区块进行部分节点存储。在存储过程中,除高安全性冷区块的区块体信息被重构外,其余数据保持不变。仿真实验表明,在不改变区块链结构和安全性能的情况下,所提出的方案可减少区块链中数据的存储总量,减少存储节点的存储压力;且区块数量越多,其优势越明显。     

基于区块链的云存储安全研究进展

云存储使得用户能够随时随地通过网络连接按需获取廉价的在线存储服务,但因云服务提供商、第三方机构和用户的不可信以及不可避免的恶意攻击,存在诸多云存储安全漏洞.区块链拥有去中心化、持久性、匿名性和可审计性的特点,具有建立可信平台的潜力.因此,基于区块链技术的云存储安全机制研究已成为一种研究趋势.据此,首先概述云存储系统安全架构与区块链技术的安全性,然后从访问控制、完整性验证、重复数据删除和数据溯源4个方面进行文献综述与对比分析,最后对基于区块链的云存储安全进行技术挑战分析,并总结全文与展望未来.     

基于中国剩余定理的区块链存储扩展模型

区块链以分布式账本的形式存储交易数据,其节点通过存储哈希链来持有当前数据的副本。由于区块链链式结构的特殊性,区块的数量会随着时间推移不断增加,节点承受的存储压力也随之增大,因此存储扩展性成为区块链发展的瓶颈之一。针对该问题,提出了一种基于中国剩余定理（CRT）的区块链存储扩展模型。模型将区块链分为高安全性区块和低安全性区块,并对它们采取不同的存储策略。其中,低安全性区块以全网保存（所有节点都需保存）的形式进行存储,高安全性区块被基于CRT的分割算法分片后以分布式的形式进行存储。此外,利用冗余余数系统（RRNS）的错误检测与纠正来防止恶意节点攻击,进而提高数据稳定性和完整性。实验结果与安全性分析表明,所提模型在具有安全性、容错性的同时保障了数据的完整性,还能有效地减少节点的存储消耗,增强区块链系统的存储扩展性。     

从扩展性角度看区块链

区块链集成密码学、分布式共识、P2P网络和时间戳等技术,可实现数据一致存储、难以窜改和防止抵赖等功能,解决了开放网络中不依赖任何可信第三方的信任问题。去中心化的特性使得区块链具有广阔的应用前景,但随着应用的深入与拓展,扩展性问题已成为挖掘区块链技术潜力的一个关键挑战。区块链本质上仍是分布式系统,基于此,从分布式系统的扩展性角度对区块链的研究工作进行综述,基于链上扩展、链下扩展和跨链扩展三个方面论述了区块链可扩展的思路和方法,总结了近年来的研究成果;通过对现有解决方案的总结分析,探讨了提高区块链可扩展性所面临的问题和未来的研究趋势。     

区块链扩展技术现状与展望

近年来,区块链技术引起广泛关注,其作为一种分布式账本技术,由于具备开放性、透明性和不可篡改性,已经被应用到诸多领域.但随着用户数量和访问需求的大幅增加,现有区块链体系结构可扩展性不足导致的性能瓶颈,制约了区块链技术的应用和推广,如何解决可扩展性问题已成为学术界和工业界关注的热点.对已有的区块链扩展方案进行分析和总结.首先,介绍区块链基本概念和可扩展性问题的由来,定义可扩展性问题并提出衡量可扩展性的指标.其次,给出分类框架,将现有方案按网络扩展、链上扩展、链下扩展3大类进行介绍,通过对不同的区块链可扩展性方案进行分析,比较各自的技术特点并归纳优缺点.最后,对亟待解决的开放性问题进行讨论,展望区块链技术未来趋势.     

区块链技术赋能药品供应链：应用与挑战

在当前药品制假贩假泛滥的背景下,传统药品供应链模式的数据不透明性导致药品流通环节的违规行为层出不穷。而区块链的出现给药品供应链带来了曙光,其能够在药品供应链中实现过程透明性、数据共享、自治管理等。但也带来了一系列新问题如业务可拓展性、系统可互操作性和可监管性等。通过讨论分析该领域的相关研究以及工业界成熟的方案,总结出区块链技术赋能药品供应链的优势,以及药品供应链场景应用区块链技术亟待解决的若干问题和可能的应对策略,旨在帮助完善中国药品供应链方案,缓解药品造假问题。最后,针对当前药品供应链监管存在的问题,提出了一种将“以链治链”架构融合的新模式,该模式旨在通过提供一个全面的解决方案,以克服当前基于区块链的药品供应链方案存在的可拓展性和互操作性问题,并确保整个供应链过程的透明度和问责制。     

面向时空数据的区块链研究综述

时空数据包括时间和空间2个维度,常被应用于物流、供应链等领域。传统的集中式存储方式虽然具有一定的便捷性,但不能充分满足时空数据存储及查询等要求,而区块链技术采用去中心化的分布式存储机制,并通过共识协议来保证数据的安全性。研究现有区块链1.0、2.0和以Block-DAG为代表的3.0体系架构及性能特点,分析三代区块链架构应用于时空数据时的性能支持度、优化方式以及局限性,并对区块链技术在时空数据领域的应用前景、存在的问题和未来的研究方向进行展望。     

基于有向无环图的区块链技术综述

区块链技术已广泛应用于金融、公共服务、物联网、网络安全、供应链等多个领域,但传统单链结构的区块链在吞吐量、交易确认速度和可扩展性方面存在不足,导致其在一些短时高并发量数据场景中难以落地应用。基于有向无环图（DAG）的区块链技术因其具有交易并发确认功能、吞吐量高、可扩展性强等优势受到研究者广泛关注。通过分析研究现有DAG区块链的发展和演化过程、评估方法、优化方向以及应用场景,探索DAG区块链在落地应用中的可行性。阐述主流DAG区块链的研究现状,比较传统区块链与DAG区块链的优势与不足,并分析现有区块链属性评估方法,总结DAG区块链评估结果。在此基础上,从交易确认速度、系统吞吐量、系统安全性、存储结构等方面对比现有DAG区块链的优化方法,介绍DAG区块链在数据管理、基于边缘计算和联邦学习的数据共享以及面向访问控制和隐私保护的数据安全等场景中的应用情况,并指出当前研究中存在的主要问题和挑战,对未来的研究方向进行展望。     

面向物联网的区块链共识机制综述

随着数字货币的不断发展,区块链技术引起越来越多人的关注,而对其关键技术共识机制的研究尤为重要。将区块链技术应用在物联网（IoT）中是目前研究的热点问题之一。共识机制是区块链的核心技术之一,其在去中心化程度、交易处理速度、交易确认延迟、安全性以及可扩展性等方面对IoT产生了重要影响。首先对IoT的体系结构特征以及资源受限问题造成的轻量化问题作了阐述,对在IoT中实现区块链所面临的问题作了简要概述,并结合比特币的运行流程对IoT中的区块链需求进行了分析;其次,把共识机制分为证明类、拜占庭类和有向无环图（DAG）类,研究了这些不同类别的共识机制的工作原理,在通信复杂度上分析它们与IoT的适应度,总结它们的优缺点,并对现有的共识机制和IoT结合的架构进行了调研分析;最后,针对IoT面临的中心机构运行成本高、可扩展性差、安全性存在隐患等问题进行了深入研究,分析结果表明,基于DAG技术的埃欧塔（IOTA）和Byteball共识机制在交易数量很多的情况下具有交易处理速度快、可扩展性好、安全性强的优点,是未来IoT领域区块链共识机制的发展方向。     

SDN多控制器共识机制研究综述

【背景】伴随着区块链逐渐应用于新一代互联网络的域名、路由、公钥等基础设施,其重要性日益彰显。作为区块链以及整个分布式系统领域的核心技术,共识机制直接影响着区块链的处理能力、可扩展性及安全性,也影响着其在互联网基础设施中的根基。【目的】对软件定义网络SDN(Software Defined Network)中用于实现多控制器之间数据共享的共识机制设计进行综述,分析当前设计中存在的问题并提出解决方案,为相关研究工作提供参考。【方法】本文首先对共识机制的研究现状进行了概述,然后重点对SDN多控制器共识机制设计的研究现状进行了综述,对其中存在的问题进行了分析,并基于区块链技术提出了解决方案,介绍了当前将区块链技术应用于SDN网络的研究现状。【结果】当前SDN多控制器共识机制在实际部署中多采用以Raft为代表的宕机容错类共识机制,无法应对控制器或交换机等恶意行为,现有研究尝试引入拜占庭容错类共识解决该问题,并针对共识机制在SDN网络中的应用进行自适应设计以提高系统运行性能,但当前的SDN控制层中的用于实现控制器间数据共享的共识机制设计仍存在着共识网络部署不灵活、控制器运行共识机制带来巨大开销方面的问题。【结论】本文提出的基于区块链的控制器层数据共享第三方服务具有安全、可信、部署灵活等方面的优势,可为上述问题提供解决方案。本文提出的基于区块链的SDN网络可信基础设施作为数据共享服务的扩展架构,可为SDN提供多种安全可信服务。     

基于门限秘密共享的区块链分片存储模型

针对存储原因所导致的区块链技术难以在大型业务场景应用的问题,提出了一种基于门限秘密共享的区块链分片存储模型。首先由共识节点使用改进的Shamir门限,将要上链的交易数据进行分片处理;其次,共识节点基于分片数据构造不同的区块,并分发给现存于区块链网络中的其他节点进行存储;最后,当节点要读取交易数据时,在从分发到交易数据分片的n个节点中的k个节点请求数据,并利用拉格朗日插值算法进行交易数据的恢复。实验结果表明,该模型在保证了上链数据安全性、可靠性、隐私性的同时,每个节点的数据存储量约为传统存储方法的1/（k-1）,从而有利于区块链技术在大型业务场景的应用。