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区块链存储和传输的扩展方法研究与应用

余斌  
【摘要】:随着信息化系统的逐步建设和不断应用,业务数据急剧增多,数据价值日渐凸显,但在数据管理和应用方面,存在着真实性、可靠性、溯源、隐私保护、安全共享等问题,这些问题限制了数据的价值体现,甚至影响了数据分析的结果。区块链技术因其去中心化、高可靠性、防篡改、可追溯等特性,已被应用于部分行业领域的信息化系统中,以解决数据管理和应用的相关问题,保障数据真实可信,提升信息化系统应用价值,在各行业领域有着巨大的应用前景。然而区块链技术应用于信息化系统过程中,在节点存储区块数据压力、数据在区块链网络中传输时长、共识效率等方面都面临着一些挑战。本文针对区块链可扩展性和区块链技术应用等问题,重点研究区块链存储和传输的扩展方法。一方面,提出一种虚拟区块组的数据存储扩展模型,节点仅需存储部分区块数据,在保证数据存储安全可靠的前提下,提升数据存储的扩展性;另一方面,提出一种基于传输路径和邻节点分区存储管理的网络传输扩展模型,减少节点间网络传输时间,提高网络传输效率,提升传输扩展性。本文的主要工作及创新性总结如下:(1)构建一种区块链扩展架构,提出一种改进共识协议。在调研与分析一般区块链系统架构的基础上,从共识激励、数据存储、网络传输、合约应用等几方面构建一种区块链扩展架构,为本研究确定了范围、明确了方向。提出一种基于工作量证明和数据压缩的改进共识协议,采用交易优化和区块压缩方法,以较小的数据压缩比和较短的压缩/解压缩时长压缩区块数据,并采用区块数据压缩比调整共识参数,改善了工作量证明共识协议中存在的能耗大、成本高等问题。(2)设计一种区块链数据存储扩展模型,提升了数据存储的扩展性。数据存储扩展模型将具有连续高度的区块视为一个虚拟区块组,虚拟区块组中的区块数据由部分节点存储,每个节点仅需存储部分区块数据;通过区块数据存储的激励机制、存储验证和审核机制,保证区块数据存储的安全性和可靠性;将区块数据存储索引保存到节点分布式哈希表中,提高区块数据的查询效率。该模型不改变共识机制和网络拓扑结构,保持原有区块链系统的可靠性和安全性,并以较短的区块数据请求时间,较大程度上减小节点存储空间要求,提升区块链数据存储扩展性。(3)设计一种区块链网络传输扩展模型,提高了网络传输效率。网络传输扩展模型在传输数据中附加传输路径,利用传输路径过滤掉已发送过数据的节点,避免数据重复转发;将存储邻节点的k桶划分为多个子区域,邻节点均匀分布到各子区域,以减少传输层级;采用多个邻节点向同一目标节点发送数据,以确保目标节点能够接收到数据。本模型缩短数据传输时长,提高网络传输效率,提升网络传输的扩展性。(4)提出一种基于区块链扩展架构的应用解决方案,实现存储和传输扩展的应用。应用方案以信息化系统中结构化数据管理为需求,设计一种信息化系统应用区块链技术的总体业务结构;节点通过区块链网络与邻节点同步数据,各节点仅需存储部分数据,实现数据的可靠存储、快速查询,扩展业务数据管理方式。该解决方案推进区块链技术应用于行业领域的信息化系统,为行业领域的区块链技术应用提供参考借鉴。


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14 周亮瑾;基于区块链和分布式数据库的铁路旅客隐私保护技术研究[D];中国铁道科学研究院;2018年
15 王成;基于区块链的保险行业信息系统架构及关键技术研究[D];中国铁道科学研究院;2017年
16 刘同来;区块链网络中的数据存储、访问控制及计算资源优化[D];广东工业大学;2021年
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18 高玉龙;区块链的交易安全和隐私保护关键技术研究[D];北京邮电大学;2021年
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3 本报记者 任晓宇;区块链夜未眠[N];经济观察报;2019年
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10 本报记者 李祥;海南加快区块链产业发展[N];中国商报;2020年
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12 本报记者 王玉华;市人社局在全省首推“区块链+政务”服务[N];淄博日报;2020年
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