基于区块链的分布式离链存储框架设计

doi:10.3969/j.issn.1671-1122.2021.02.011

信息网络安全 ›› 2021, Vol. 21 ›› Issue (2): 87-93.doi: 10.3969/j.issn.1671-1122.2021.02.011

基于区块链的分布式离链存储框架设计

储志强, 仵冀颖, 徐磊, 杜聪()

国家市场监管总局信息中心,北京 100088

收稿日期:2020-12-10 出版日期:2021-02-10 发布日期:2021-02-23
通讯作者: 杜聪 E-mail:ducong@samr.gov.cn
作者简介:储志强（1981—）,男,内蒙古,工程师,硕士,主要研究方向为计算机应用技术、项目管理|仵冀颖（1982—）,女,河南,高级工程师,博士,主要研究方向为数据分析、数据建模、政务信息化|徐磊（1969—）,男,江苏,研究员,硕士,主要研究方向为政务信息化|杜聪（1986—）,男,河北,高级工程师,硕士,主要研究方向为网络通信、电子工程、政务信息化
基金资助:
国家市场监督管理总局科技计划(2019MK104)

A Distributed Off-chain Storage Framework Based on Blockchain

CHU Zhiqiang, WU Jiying, XU Lei, DU Cong()

Information Center of State Administration for Market Regulation, Beijing 100088, China

Received:2020-12-10 Online:2021-02-10 Published:2021-02-23
Contact: DU Cong E-mail:ducong@samr.gov.cn

摘要/Abstract

摘要：

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。

关键词: 区块链, 分布式存储, 数据占有机制, 离链存储, 数据完整性验证

Abstract:

With the continuous development of distributed storage technology, more and more enterprises and government agencies save their data in the cloud to realize distributed storage of big data and data resource sharing. The decentralized, traceable, non-tamperable, and data consistency features of block-chain technology have brought new opportunities to address the privacy and security challenges of cloud storage. In this paper, we propose a distributed off-chain storage framework based on block-chain. Block nodes and storage nodes are deployed in the block-chain, where the block nodes are used to execute the underlying block-chain operation mechanism and the storage nodes are used to store data and files, and off-chain storage is achieved by separating the block and storage functions. In addition, a global interaction verification method using a classical data possession based mechanism is proposed to ensure distributed, reliable and provable storage of data files. The audit mechanism of the fair challenge mechanism is triggered when users add blocks (stored files) to the block-chain, thus implicitly verifying the integrity of all files stored off-chain.

Key words: block chain, distributed storage, provable data possession, off-chain storage, data integrity verification

中图分类号:

TP309

储志强, 仵冀颖, 徐磊, 杜聪. 基于区块链的分布式离链存储框架设计[J]. 信息网络安全, 2021, 21(2): 87-93.

CHU Zhiqiang, WU Jiying, XU Lei, DU Cong. A Distributed Off-chain Storage Framework Based on Blockchain[J]. Netinfo Security, 2021, 21(2): 87-93.

图/表 2

参考文献 13

[1]	JIN Yong, XU Xuesong, WANG Gang, et al. Research on E-government Big Data Security Sharing Based on Blockchain[J]. Journal of Information Security Research, 2018,4(11): 1029-1033.
	金泳, 徐雪松, 王刚, 等. 基于区块链的电子政务大数据安全共享研究[J]. 信息安全研究, 2018,4(11): 1029-1033.
[2]	LI Jin, WU Songxin, ZHANG Senlin, et al. Trusted Storage Mechanism of Distributed Electric Energy Data Based on Blockchain[J]. Chinese Journal of Network and Information Security, 2020,6(2): 87-95.
	李瑾, 仵松颀, 张森林, 等. 基于区块链的分布式电能量数据可信存储机制[J]. 网络与信息安全学报, 2020,6(2): 87-95.
[3]	FU Yue. Blockchain-based Reliable Storage and Secure Sharing Algorithm Research[D]. Beijing: Peking University, 2019.
	符玥. 基于区块链的可靠存储及安全分享算法研究[D]. 北京:北京大学, 2019.
[4]	China Institute of Communications. Blockchain Technology Frontier Report (2020)[EB/OL]. http://www.china-cic.cn/detail/22/15/2829, 2020-12-04.
	中国通信学会. 区块链技术前沿报告(2020)[EB/OL]. http://www.china-cic.cn/detail/22/15/2829, 2020-12-04.
[5]	WU Jiying, DU Cong, MA Zhiyuan, et al. Blockchain Architecture Design for Food Traceability System[J]. Computer Applications and Software, 2019,36(12): 46-50.
	仵冀颖, 杜聪, 马志远, 等. 应用于食品追溯体系的区块链架构设计[J]. 计算机应用与软件, 2019,36(12): 46-50.
[6]	LI Jingyuan, FAN Xianghui, WANG Ying. Design of Economy Privacy Protection Mechanism Based on Blockchain[J]. Computer Applications and Software, 2019,36(1): 296-301.
	李静元, 范祥辉, 王颖. 基于区块链的共享经济隐私保护机制的设计[J]. 计算机应用与软件, 2019,36(1): 296-301.
[7]	FRANCATI D, ATENIESE G, FAYE A, et al. Audita: A Blockchain-based Auditing Framework for Off-chain Storage[EB/OL]. https://eprint.iacr.org/2019/1345.pdf, 2020-10-08.
[8]	RUJ S, RAHMAN M S, BASU A, et al. Blockstore: A Secure Decentralized Storage Framework on Blockchain[C]// IEEE. 2018 IEEE 32nd International Conference on Advanced Information Networking and Applications (AINA). May 16-18, Krakow, Poland. New Jersey: IEEE Computer Society, 2018: 1096-1103.
[9]	GE Lin, JI Xinsheng, JIANG Tao. Security Mechanism for Internet of Things Information Sharing Based on Blockchain Technoloty[J]. Journal of Computer Applications, 2019,39(2): 458-463.
	葛琳, 季新生, 江涛. 基于区块链技术的物联网信息共享安全机制[J]. 计算机应用, 2019,39(2): 458-463.
[10]	LIANG Yanli, LING Jie. Encrypted Data Sharing Scheme in Cloud Storage Based on Blockchain[J]. Computer Engineering and Applications, 2020,55(17): 41-47.
	梁艳丽, 凌捷. 基于区块链的云存储加密数据共享方案[J]. 计算机工程与应用, 2020,55(17): 41-47.
[11]	WANG Jiye, GAO Lingchao, DONG Aiqiang, et al. Blockchain Based Data Security Sharing Network Architecture Research[J]. Journal of Computer Research and Development, 2017,54(4): 742-749.
	王继业, 高灵超, 董爱强, 等. 基于区块链的数据安全共享网络体系研究[J]. 计算机研究与发展, 2017,54(4): 742-749.
[12]	TAN Haibo, ZHOU Tong, ZHAO He, et al. Archival Data Protection and Sharing Method Based on Blockchain[J]. Journal of Software, 2019,30(9): 2620-2635.
	谭海波, 周桐, 赵赫, 等. 基于区块链的档案数据保护与共享方法[J]. 软件学报, 2019,30(9): 2620-2635.
[13]	LIN Changlu, LUO Fucai, WANG Huaxiong, et al. A Provable Data Possession Scheme with Data Hierarchy in Cloud[C]// Inscrypt 2016. 12th International Conference on Information Security and Cryptology, November 4-6, 2016, Beijing, China. Berlin: Springer, 2016: 301-321.

[1]	芦效峰, 付淞兵. 属性基加密和区块链结合的可信数据访问控制方案[J]. 信息网络安全, 2021, 21(3): 7-8.
[2]	张应辉, 朱甜, 郑东. 基于区块链的多关键字细粒度可搜索加密方案[J]. 信息网络安全, 2021, 21(2): 34-44.
[3]	刘峰, 杨杰, 齐佳音. 基于哈希证明系统的区块链两方椭圆曲线数字签名算法研究[J]. 信息网络安全, 2021, 21(1): 19-26.
[4]	韩磊, 陈武平, 曾志强, 曾颖明. 区块链层级网络结构与应用研究[J]. 信息网络安全, 2020, 20(9): 112-116.
[5]	汪金苗, 谢永恒, 王国威, 李易庭. 基于属性基加密的区块链隐私保护与访问控制方法[J]. 信息网络安全, 2020, 20(9): 47-51.
[6]	石润华, 石泽. 基于区块链技术的物联网密钥管理方案[J]. 信息网络安全, 2020, 20(8): 1-8.
[7]	李莉, 曾庆贤, 文义红, 王士成. 基于区块链与代理重加密的数据共享方案[J]. 信息网络安全, 2020, 20(8): 16-24.
[8]	边玲玉, 张琳琳, 赵楷, 石飞. 基于LightGBM的以太坊恶意账户检测方法[J]. 信息网络安全, 2020, 20(4): 73-80.
[9]	毛志来, 刘亚楠, 孙惠平, 陈钟. 区块链性能扩展与安全研究[J]. 信息网络安全, 2020, 20(3): 56-64.
[10]	郎为民, 张汉, 赵毅丰, 姚晋芳. 一种基于区块链的物联网行为监控和活动管理方案[J]. 信息网络安全, 2020, 20(2): 22-29.
[11]	姚萌萌, 唐黎, 凌永兴, 肖卫东. 基于串空间的安全协议形式化分析研究[J]. 信息网络安全, 2020, 20(2): 30-36.
[12]	姜楠, 王玮琦, 王健. 基于智能合约的个人隐私数据保护方法研究[J]. 信息网络安全, 2020, 20(11): 22-31.
[13]	刘开放, 付绍静, 苏金树, 张富成. 面向物联网多域协同的IOTA区块链优化方案[J]. 信息网络安全, 2020, 20(10): 41-48.
[14]	彭如月, 马兆丰, 罗守山. 基于区块链的数字内容服务与安全监管技术研究与实现[J]. 信息网络安全, 2020, 20(10): 49-56.
[15]	郭瑞, 陈宇霜, 郑东. 无线医疗传感网络中基于区块链的高效无证书聚合签名方案[J]. 信息网络安全, 2020, 20(10): 6-18.

基于区块链的分布式离链存储框架设计

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