基于区块链的高效数据存储与共享技术研究

来源 :扬州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ppasu
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传统的中心化存储系统阻碍了数据的共享且容易出现单点故障问题,半可信云存储使得数据的所有者失去了数据的控制权,第三方很可能泄露用户的隐私数据。去中心化以及防篡改的区块链的出现确保了安全性和透明度,为解决这些问题提供了可能,但区块链存储容量有限,单一区块链方案扩展性差,吞吐量低,基于区块链的数据存储与共享结构在共享效率不高,边缘计算的出现一定程度下提高了数据共享的效率,但边缘计算下数据完整性和真实性、身份隐私、高延迟和繁重的密钥管理等一系列问题亟待解决。此外,数据的指数级增长要求我们合理分配边缘节点和云服务器的存储空间。边缘节点的存储空间是有限的,目前的方案不能保证边缘节点存储的完整数据中的每个子消息都满足热点数据的要求,冗余数据的存在造成存储空间的浪费以及导致了访问的低命中率。针对以上问题,本文结合区块链技术的优势以及相关密码学技术深入研究基于区块链的高效数据存储与共享技术模型,利用双区块链结构以及云存储在保证数据一致性存储的前提下来解决区块链存储容量有限以及扩展性差的问题,边缘计算的引入提升了数据共享的效率,此外,为了进一步的提高边缘节点存储效率以及保证访问高命中率,设计了一种满足隐私保护要求的冗余数据检测和删除方法。主要展开的工作包括:第一、从现有的数据存储与共享大多使用区块链和云计算的角度出发,分析了传统的数据存储与共享存在的局限性进而引出使用双区块链结构以及边缘计算的优势。介绍了基于区块链的边缘计算下满足隐私保护要求的高效数据存储与共享的研究现状。第二、设计一种基于双区块链的数据存储和共享方法。云存储结合区块链来解决了区块链存储容量有限的问题,同时大大降低了原始数据泄露的风险。内容提取签名(CES)结合双区块链技术,实现了原始数据的隐私部分和共享部分的分离。利用对称加密技术结合基于属性加密技术(CP-ABE)来保证了数据在云端的安全存储,还实现了数据更新的一致性和便捷性,避免了数据的冗余备份。第三、设计一种基于区块链的边缘计算下数据存储与共享方法。该架构不仅可以实现终端用户的低延迟消息响应,考虑到身份的安全性,我们在实验匿名身份验证的同时,确保数据依旧是准确的。利用防篡改的区块链来实现密钥份额的分布式存储,避免了单点故障问题和繁重的密钥管理。CES技术保证了分开存储在区块链的不同区块中的密码份额依旧具有数据完整性。此外,本方案还通过使用同态加密来防止数据处理过程中用户隐私的泄露。第四、设计一种基于区块链的边缘计算下冗余数据检测和删除方法。通过扫描密文,判断边缘节点中数据的各个子消息是否满足热点数据的要求。它具有与零知识证明相同的效果,并且不会泄露用户的隐私。通过将冗余数据删除来保证尽可能多的热点数据可以存储在边缘节点中从而来保证响应的及时性和命中率。针对不满足热点数据要求的冗余子数据,生成剩余消息的提取签名,实现数据动态完整性验证。通过以上工作,本文设计了一种基于区块链的高效数据存储与共享方案,双区块链的结构在提高数据共享效率的同时实现数据的个性化共享,边缘计算的引入保证数据响应的及时性,同时本文解决了边缘计算下的用户身份信息泄露的问题;通过对边缘节点中的冗余数据进行满足隐私保护要求的冗余数据检测和删除保证了响应的及时性和高命中率;
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