引言

區(qū)塊鏈技術(shù)［1］引領(lǐng)了劃時代的數(shù)據(jù)存儲和管理創(chuàng)新，其去中心化的特性確保了數(shù)據(jù)的安全性和永久性［2］。一旦數(shù)據(jù)被穩(wěn)妥地錄入?yún)^(qū)塊鏈，便幾乎無法篡改或刪除，這為重要信息的長久保存提供了堅(jiān)實(shí)的保障，例如交易記錄、身份信息等。然而，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通信依賴于直接連接，因此在鏈路發(fā)生變化時，節(jié)點(diǎn)間的通信可能會中斷，導(dǎo)致數(shù)據(jù)同步的延遲，甚至可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致性。時變信道網(wǎng)絡(luò)是指信道在時間上發(fā)生變化的無線通信網(wǎng)絡(luò)［3］。面對時變信道環(huán)境，傳統(tǒng)區(qū)塊鏈在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全可信存儲方面顯得捉襟見肘。

許可鏈是一種具備授權(quán)機(jī)制的區(qū)塊鏈，參與者明確且彼此信任，其通常被設(shè)計為具有高吞吐量和高性能的系統(tǒng)，以滿足各種實(shí)際應(yīng)用的需求［4］。目前主流的許可鏈技術(shù)包括超級賬本（Hyperledger Fabric）［5］和以太坊（Ethereum）［6］。其中，超級賬本采用實(shí)用拜占庭容錯（Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT）共識［7］。然而，PBFT在通信開銷方面較大，因此不適合時變信道的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。以太坊提供工作量證明（Proof of Work, PoW）［8］、權(quán)益證明（Proof of Stake, PoS）［9］和權(quán)威證明（Proof of Authority，PoA）［10］等共識機(jī)制。其中，PoA由一組權(quán)威節(jié)點(diǎn)來維護(hù)區(qū)塊鏈的安全，這些權(quán)威節(jié)點(diǎn)具有出塊控制權(quán)，負(fù)責(zé)驗(yàn)證交易并創(chuàng)建新的區(qū)塊。PoA具有比PoW更快的交易確認(rèn)速度和更高的吞吐量。由于權(quán)威節(jié)點(diǎn)的身份已經(jīng)被信任和認(rèn)證，因此，該共識具備比PBFT更高的安全性和抵抗惡意行為的能力。盡管PoA在許可鏈中得到了廣泛應(yīng)用，例如在Goerli測試鏈和PoA Network［11］中，但其仍然存在一些問題。例如，權(quán)威的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入與退出需要超過一半網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的投票確認(rèn)，這會造成大量未確認(rèn)的投票記錄緩存在節(jié)點(diǎn)中，導(dǎo)致存儲負(fù)擔(dān)增加。此外，投票周期長不利于快速切換到下一個出塊周期。

針對這些問題，本文將深入探討在許可區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)面對時變信道網(wǎng)絡(luò)時的動態(tài)存儲方式，并提出基于PoA的動態(tài)存儲方法。本文的主要貢獻(xiàn)如下：

（1）通過上游節(jié)點(diǎn)靈活選擇授權(quán)節(jié)點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)信道發(fā)生變化時，上游節(jié)點(diǎn)通過委托下一個出塊節(jié)點(diǎn)變更權(quán)威節(jié)點(diǎn)列表，進(jìn)入新的一輪出塊周期，從而降低切換出塊周期的時間。

（2）設(shè)計存儲數(shù)據(jù)的智能合約，提供高效的存儲和檢索性能。該方法提供數(shù)據(jù)存儲和檢索、授權(quán)節(jié)點(diǎn)更換和查詢的遠(yuǎn)程過程調(diào)用（Remote Procedure Call，RPC）接口和TCP接口，便于二次開發(fā)。

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作者信息：

劉新璐1，閆皓楠2，張平1，莊興昌1，嚴(yán)超1

（1.中國電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所，江蘇南京 210023；

2.中國人民解放軍96512部隊(duì)，寧夏銀川750000）