基于区块链的数据共享管理系统设计

秦明旭 鞠轶 赵坤

【摘 要】随着信息技术在各行业中得到普遍应用，用户对数据信息的安全性与可靠性越来越重视。因此，文章尝试研究和设计一款以区块链技术为核心的数据共享管理系统，旨在为用户提供更好的数据共享服务和信息安全保障服务。实践证明，基于区块链技术的数据共享管理系统能够更好地保障数据的共享性和安全性。

【关键词】区块链;数据共享;数据管理;系统设计;技术

【中图分类号】TP391.44;TN929.5;TP309.2 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2022）02-0066-03

2021年6月，工信部等部门印发的《关于加快推动区块链技术应用和产业发展的指导意见》指出，要加快技术应用规模化。可见，促进区块链技术与实体经济的深度融合，扩展区块链技术应用的边界，提升其应用的深度和广度，依旧是区块链有效支撑国家重大战略的主要方法，也是未来一段时期区块链技术及其产业发展的主要趋势。区块链技术为解决数据传输和数据共享问题提供了一种新的、有效的方式。本研究尝试将区块链技术应用于数据共享系统中，设计了一款基于区块链技术的数据共享管理系统，旨在为用户提供更好的数据共享服务和信息安全保障服务。

1 区块链技术应用于数据共享管理的优势

区块链作为点对点网络、密码学、共识机制、智能合约等多种技术的集成和创新，提供了一种在不可信网络中进行信息与价值传递交换的可信通道，它所基于的分布式记账技术是一种由多方共同维护，使用密码学保证传输和访问安全，能够实现数据一致储存、无法被篡改、防止抵赖的记账技术;因此，它具有公开、不可篡改、可溯源的特性。将该技术应用于数据共享管理系统可以实现数据提交、授权、浏览等全流程的高可靠性和可追溯性，进而达到应用各方彼此约束甚至监管的作用。

2 基于区块链技术的数据共享管理系统设计

2.1 区块链架构和核心技术

首先，区块链可以串接分布式账本，使得甲方与乙方能有效地进行記录和交易。同时，能够永久地对交易进行查询和验证。区块链的搭建具有开放性，需要借助计算机、网络通信能力等实现数据传输。因此，可以将区块链划分为物理层、数据链路层、网络及传输层、表示和应用层等部分。同时，依据区块链的去中心化特点可以将区块链划分为公有链、私有链及联盟链等类型。其中，公有链去中心化程度最优，私有链中心化程度最优。其次，区块链目前拥有4种核心技术，即分布式账本、加密技术、智能合约技术及共识机制等[1]。

2.2 总体架构设计

基于区块链的数据共享管理系统设计，需要正确认识区块链，区块链系统主要包含3个模块，数据组织管理模块、区块链系统管理模块及智能合约管理模块。数据组织管理模块是通过Web技术及SQL工具实现对数据的管理控制，例如对数据的上链、查阅及注销;区块链管理模块由系统管理员负责，按照身份权限使用网络配置和权限分配等功能;智能合约管理是系统管理者存储和编译智能合约的模块，该模块能够为用户提供更好的服务。因此，基于区块链的数据共享管理系统，想要提高其管控水平与应用效果，就需要具备数据资源发布确权、数据资源流转共享管控及可信溯源与查询等基本服务。所以，为了进一步满足不同平台之间的数据共享和数据交换，设计者可利用文件数据交换、数据库及接口数据交换等形式实现数据的共享[2]。在实际使用过程中，需要利用安全套件实现对数据指纹的提取，只有这样才能确保数据共享的安全性，避免数据被破坏或盗取。基于区块链的数据共享管理系统设计如图1所示。

2.3 技术架构

基于区块链的数据共享管理系统架构设计，需要具备超强的技术性与复杂性。因此，从技术架构看，可以将其分为两个部分：第一部分是由服务系统组成;第二部分是由安全SDK安全套件组成，两者缺一不可。服务系统主要包含区块链的服务系统、数据关联分析及数据查询、数据资产评价、参数配置等功能。安全套件则是保障数据共享管理系统的安全，以及防治黑客或者病毒等危害数据安全的行为，只有两者有效结合，才能提升系统的应用效果。数据共享和数据应用等部分在系统当中需要借助节点服务器和应用服务器，才能实现数据库的连接和区块链节点的连接。

2.4 核心业务

数据共享管理系统技术先进，其业务主要为数据资源的发布确权和数据共享分布式共识管控。首先，前者是由数据资源提供方在基于区块链的数据共享管理系统之中，发布相对应的数据资产时，通过SDK安全套件实现该数据资产的数据指纹提供。同时，数据指纹、发布时间及发布者的基本信息全部记入区块链服务系统。利用这种参与方式形成的记录无法篡改。因此，当数据分布结束后，人们可以通过对数据资源发布的信息进行查询确认。其次，数据共享分布式共识管控是数据进入数据共享管理系统后，各节点结合共识算法对数据实施验证，当数据达成共识的标准之后，就会记录数据指纹。

此外，数据资源的流转溯源是数据进入数据共享管理系统之后，所形成的记录不可篡改，从而保证共享数据在有效的周期中能够更好地进行流程存证，为数据溯源提供了良好的条件。

3 基于区块链的数据共享管理技术

3.1 域名与访问控制模块

域名与访问控制模块是数据共享管理系统中最关键的技术之一。传统的互联网系统中，域名通常采用中心化的解决方法，例如用户通过服务器进行域名注册，利用DNS服务器建立域名与IP地址两者之间的映射关系。但是，该服务器一般都由第三方机构管控，因此如果该服务器被黑客攻击或者出现其他问题时，就可能导致域名与IP地址之间的映射关系被改变。所以，在大数据背景下，随着互联网设备的不断增长，传统中心化的服务器已经无法满足现代网络发展的需求，也无法满足基于区块链数据的共享需求。进而，需要设计能够满足大量用户与设备的分布式域名及访问控制的系统，该系统的设计不仅需要应用大量的互联网设备，还需要满足用户自己控制数据的需求。那么，在设计过程中就需要利用BonAcs系统，快速实现分布式计算机网络系统布置，也可以注册独属于自己的域名，以此获得对基于区块链的数据共享系统的绝对控制权，实现对不同种类数据格式的需求支撑[3]。

3.2 数据完整性校验模块

数据共享管理系统当中，该模块的设计不仅可以保证数据的完整性，还能够提高数据的传输效率、存储效率及应用效率。虽然传统如MD5、SHA等数据完整性校验技术能够实现对维数据完整性的校验，但是这些技术过于依赖区块链的中心化节点，因此不符合基于区块链的数据共享管理理念。想要更好地解决此类问题，必须在数据共享管理系统设计过程中融入更加可靠的机制实现对数据完整性的保护，而不是依赖某个特定的机构或企业。只要满足起始端与终止端的用户需求，就可以提升数据传输效率和衔接性。同时，在OPT当中，对数据完整性的校验机制不仅可以为用户提供以数据为中心的信任机制，还可以有效地利用哈希值（HASH）或者基于区块链的数据共享哈希值，实现对数据完整性的校验。

此外，数据传输过程中，发送方会利用数据实现区块链交易。在交易过程中包含了此次交易过程需要传输数据的哈希值。通过共识验证，交易产生的各项信息会被记录到数据共享系统中。不过，数据发送方可能会利用伪造的数据哈希值窃取基于区块链中的数据信息。因此，想要处理该类问题，可以引入可信的代理阶段，并在数据哈希值进入区块链时进行验证，这样既可保证OPT的稳定传输效果，还能够不依赖相应的第三方机构实现数据的安全传输[4]。

3.3 OPT适配模块

该模块可以有效解决数据共享管理系统中存储系统的兼容性问题。大数据时代背景下，大量数据的产生导致传统数据存储技术无法满足存储方面的需求，因此市面上出现大量的运存服务商。基于区块链的数据共享管理系统的存储系统具备较强的兼容性，不仅可以实现云存储，还可以实现传统的存储功能。不过，不同的云存储服务之间所提供的云存储服务差别非常大且不能够实现兼容，导致用户在不同存储服务中数据传输困难，而OPT提供的协议转换和适配函数很好地解决了PROXY节点及外部存储之间的问题，同时实现了适配层的开放性与轻量性。

3.4 数据传输模块

数据传输模块也是数据共享管理系统的一项关键技术，虽然在数据传输过程中，部分运算对物联网设备来说偏高，但是不同互联网设备由于制造商不同，在软件和硬件结构的选择方面也互不相同，所以很难设计出一套统一、标准的数据传输方法。利用proxy network的数据传输方式可以有效降低能耗，而且针对硬件设备的需求也相对较低，所以能够满足基于区块链的数据共享管理系统设计需求，并且该数据传输方式在传输过程中能够保障数据的完整性。

3.5 区块链模块与智能合约模块

区块链模块与智能合约模块的设计环境部署是对现实环境的模拟，因此各项分散的数据在区块链中对应不同的结构，而不同机构之间存在合作关系。所以，可以将多个结构划分为一个群组，并将群组或机构设置为节点。该节点是被区块链系统授权的用户对应的实体，因此在管理过程中，管理者可以结合不同的机构或者群组的实际情况分配不同的权限;并且，所对应的节点与区块链的授权中心均是由管理者控制。由于区块链系统功能的实现需要依赖数据库，因此如何安全、同步地存储不同节点之间的数据和数据集，是管理者需要注意的问题。此外，智能合约模式的设计是由区块链管理者完成的，因此对合约进行相应的升级时，必须先对相关代码进行修改后，才能重新配置在区块链当中。每次操作均会以数据的方式被区块链记录，方便后期的追溯。这样一来，基于区块链的数据共享管理系统，所实现的智能合约为管理合约、数据合约、控制合约;该设计是为了数据逻辑更新时，数据不会受影响，满足实际业务的需要。

4 測试与分析

为了验证基于区块链设计的数据共享管理系统的性能与可靠性，以及是否能预防恶意篡改行为，本研究实施了仿真实验，并与基于物联网架构的信息远程共享系统进行了对比。实验开始时，首先设置一个篡改程序，然后将篡改程序分别植入相同配置的计算机当中，并分别将基于区块链的数据共享管理系统和基于物联网架构的信息远程共享系统与计算机进行连接，以此检测不同的系统是否会被篡改程序攻击[2]。实验证明，基于区块链的数据共享管理系统中的信息与系统初始录入的信息完全一致，证明了该系统具有良好的安全性。

5 结语

本研究以区块链数据共享关键技术为基础，设计并实现了基于区块链的数据共享管理系统，分析了区块链技术对数据信息的分享效应、数据采集及传输效率的影响。区块链技术凭借自身去中心化、不可篡改、可溯源等特性，助力数据信息共享系统的安全性、可靠性进一步提升。

参 考 文 献

[1]姚浩男，卢清华，张卫山，等.基于区块链的数据管理设计模式[J].计算机系统应用，2020，29（7）：12-23.

[2]杨茜.基于区块链的数据共享关键技术[J].信息技术与信息化，2021（8）：215-217.

[3]孟宏伟，唐聪，李军，等.基于区块链的数据共享交换方法研究[J].河北省科学院学报，2021，38（1）：17-23.

[4]刘少伟.基于区块链的数据共享关键技术研究与系统实现[D].上海：上海交通大学，2019.