区块链层级网络结构与应用研究

doi:10.3969/j.issn.1671-1122.2020.09.023

信息网络安全 ›› 2020, Vol. 20 ›› Issue (9): 112-116.doi: 10.3969/j.issn.1671-1122.2020.09.023

区块链层级网络结构与应用研究

韩磊¹^,², 陈武平², 曾志强²(), 曾颖明¹

1. 北京计算机技术及应用研究所,北京 100854
2. 信息保障技术重点实验室,北京 100072

收稿日期:2020-07-16 出版日期:2020-09-10 发布日期:2020-10-15
通讯作者: 曾志强 E-mail:martinzeng2019@163.com
作者简介:韩磊（1983—）,男,内蒙古,博士,主要研究方向为信息安全、密码应用与区块链等|陈武平（1964—）,男,陕西,正高级工程师,博士,主要研究方向为信息安全、密码应用|曾志强（1972—）,男,内蒙古,正高级工程师,硕士,主要研究方向为信息安全、密码应用|曾颖明（1986—）,男,江西,高级工程师,硕士,主要研究方向为信息安全
基金资助:
中国博士后科学基金(2018M633698)

Research on Hierarchical Network Structure and Application of Blockchain

HAN Lei¹^,², CHEN Wuping², ZENG Zhiqiang²(), ZENG Yingming¹

1. Beijing Institute of Computer Technology and Applications, Beijing 100854, China
2. Science and Technology on Information Assurance Laboratory, Beijing 100072, China

Received:2020-07-16 Online:2020-09-10 Published:2020-10-15
Contact: ZENG Zhiqiang E-mail:martinzeng2019@163.com

摘要/Abstract

摘要：

区块链对等网络在复杂网络应用中的核心问题是对等扁平的区块链网络结构与层级体系不相适应。对此,文章提出区块链层级网络结构、层级共识方式和层级账本结构,并给出层级区块链网络应用。通过分析表明,文章所提方案共识方式从全网节点对等共识转变为兄弟节点层级共识,提高了共识效率;数据流向通过分层关联账本实现了横向同步和纵向汇聚,信息保护实现了按层分级、受控。

关键词: 区块链, 层级网络结构, 层级共识, 分层关联账本, 数据汇聚

Abstract:

The core problem in the application of blockchain peer-to-peer network in national defense is that the peer-to-peer flat blockchain network structure does not adapt to the hierarchical system. In this regard, this paper proposes the hierarchical network structure of blockchain, hierarchical consensus mode, hierarchical ledger structure and information classification and presentation mode. The simulation results show that the consensus mode of the proposed scheme changes from peer-to-peer consensus of the whole network nodes to consensus of the sibling nodes, which improves the consensus efficiency; the data flow realizes horizontal synchronization and vertical convergence through hierarchical associated ledgers; and the information protection realizes hierarchical and controlled protection.

Key words: blockchain, hierarchical network, hierarchical consensus, hierarchical ledger, data aggregation

中图分类号:

TP309

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.

HAN Lei, CHEN Wuping, ZENG Zhiqiang, ZENG Yingming. Research on Hierarchical Network Structure and Application of Blockchain[J]. Netinfo Security, 2020, 20(9): 112-116.

图/表 4

图1

图2

表1

图3

参考文献 12

[1]	YUAN Yong, WANG Feiyue. Blockchain: the State of the Art and Future Trends[J]. Acta Automatica Sinica, 2016,42(4):481-494. doi: 10.16383/j.aas.2016.c160158 URL
	袁勇, 王飞跃. 区块链技术发展现状与展望[J]. 自动化学报, 2016,42(4):481-494. doi: 10.16383/j.aas.2016.c160158 URL
[2]	ZENG Shiqin, HUO Ru, HUANG Tao, et al. Survey of Blockchain: Principle: Progress and Application[J]. Journal on Communications, 2020,41(1):134-151. doi: 10.1111/j.1460-2466.1991.tb02297.x URL
	曾诗钦, 霍如, 黄韬, 等. 区块链技术研究综述:原理、进展与应用[J]. 通信学报, 2020,41(1):134-151.
[3]	ZHAO Guohong. Military Blockchain[J]. Journal of Command and Control, 2019,5(4):259-268.
	赵国宏. 军事区块链研究[J]. 管理与控制学报, 2019,5(4):259-268.
[4]	SHAO Qifeng, JIN Cheqing, ZHANG Zhao, et al. Blockchain: Architecture and Research Progress[J]. Chinese Journal of Computers, 2018,41(5):969-988.
	邵奇峰, 金澈清, 张召, 等. 区块链技术:架构及进展[J]. 计算机学报, 2018,41(5):969-988.
[5]	LIU Aodi, DU Xuehui, WANG Na, et al. Research Progress of Blockchain Technology and Its Application in Information Security[J]. Journal of Software, 2018,29(7):2092-2115.
	刘傲迪, 杜学绘, 王娜, 等. 区块链技术及其在信息安全领域的研究进展[J]. 软件学报, 2018,29(7):2092-2115.
[6]	ZHU Liehuang, GAO Feng, SHEN Meng, et al. Survey on Privacy Preserving Techniques for Blockchain Technology[J]. Journal of Computer Research and Development, 2017,54(10):2170-2186.
	祝烈煌, 高峰, 沈蒙, 等. 区块链隐私保护研究综述[J]. 计算机研究与发展, 2017,54(10):2170-2186.
[7]	WANG Feiyue, YUAN Yong, WANG Shuai, et al. Military Blockchain: From Asymmetric Warfare to Symmetric Peace[J]. Journal of Command and Control, 2018,4(3):175-182.
	王飞跃, 袁勇, 王帅, 等. 军事区块链:从不对称的战争到对称的和平[J]. 管理与控制学报, 2018,4(3):175-182.
[8]	YUAN Yong, NI Xiaochun, ZENG Shuai, et al. Blockchain Consensus Algorithms: the State of the Art and Future Trends[J]. Acta Automatica Sinica, 2018,44(11):2011-2022.
	袁勇, 倪晓春, 曾帅, 等. 区块链共识算法的发展现状与展望[J], 自动化学报, 2018,44(11):2011-2022.
[9]	Castro M, Liskov B. Practical Byzantine Fault Tolerance[C]// USENIX Association. Proceedings of the 3rd Symposium on Operating Systems Design and Implementation, February 1-3, 1999, New Orleans, USA. New Orleans: USENIX Association, 1999: 173-186.
[10]	Nakamoto S. Bitcoin: APeer-to-peer Electronic Cash System[EB/OL]. http://bitcoins.info/bitcoin.pdf. 2020-2-21.
[11]	Merkle. Protocols for Public Key Cryptosystems[C]// IEEE. Symposium on Security and Privacy, December 15,2014, Fairmont San Jose, San Jose: IEEE Computer Society, 1980: 122-134.
[12]	Ethereum. Patricia Tree[EB/OL]. https://github.com/ethereum/wiki/wiki/Patricia-Tree#state-rie. 2020-2-21.

属性	层级网络结构	对等网络结构
节点关系	节点分级、父子关系	节点一致、对等关系
共识方式	兄弟节点层级共识	全网节点对等共识
账本结构	分层关联账本	全局账本
数据流向	同级广播、向上汇聚	全网广播
信息保护	分级共享、范围受控	全网共享、信息公开
数据存储	向上级汇聚多点存储	分布式对等多点存储
冗余抗毁	同级多点冗余抗毁	全网节点冗余抗毁
防篡改性	支持	支持
账本扩展	分层账本逐级扩大	单一账本各级相同

[1]	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.
[2]	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.
[3]	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.
[4]	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.
[5]	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.
[6]	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.
[7]	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.
[8]	周艺华, 吕竹青, 杨宇光, 侍伟敏. 基于区块链技术的数据存证管理系统[J]. 信息网络安全, 2019, 19(8): 8-14.
[9]	路爱同, 赵阔, 杨晶莹, 王峰. 区块链跨链技术研究[J]. 信息网络安全, 2019, 19(8): 83-90.
[10]	郑敏, 王虹, 刘洪, 谭冲. 区块链共识算法研究综述[J]. 信息网络安全, 2019, 19(7): 8-24.
[11]	周元健, 秦冬梅, 刘忆宁, 吕松展. 基于区块链的可信仓单系统设计[J]. 信息网络安全, 2019, 19(6): 84-90.
[12]	王文明, 施重阳, 王英豪, 危德健. 基于区块链技术的交易及其安全性研究[J]. 信息网络安全, 2019, 19(5): 1-9.
[13]	黑一鸣, 刘建伟, 张宗洋, 喻辉. 基于区块链的可公开验证分布式云存储系统[J]. 信息网络安全, 2019, 19(3): 52-60.
[14]	赵国锋, 张明聪, 周继华, 赵涛. 基于纠删码的区块链系统区块文件存储模型的研究与应用[J]. 信息网络安全, 2019, 19(2): 28-35.
[15]	王文明, 王全玉, 王英豪, 任好盼. 面向敏感区域的智能监控与预警数据库研究与设计[J]. 信息网络安全, 2019, 19(12): 1-9.

区块链层级网络结构与应用研究

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