基于区块链的云数据存储与传输完整性验证方案研究

针对云存储中数据安全与检索效率的挑战，研究人员提出了一种基于区块链的完整性验证方案BISF。该方案结合Merkle树和区间树实现高效索引，采用ECIES加密保障证明安全，并引入Kademlia算法优化传输路径。实验表明，该系统显著提升了云环境下数据存储的安全性和检索效率，为分布式存储提供了可追溯的解决方案。

　　

在信息时代，云存储已成为数据管理的核心工具，但其集中式架构带来的单点故障风险、数据篡改隐患及用户信任缺失问题日益凸显。据《中国互联网发展统计报告》显示，截至2023年6月，中国网民规模达10.79亿，数据安全需求呈爆发式增长。传统方案如IPFS依赖节点自愿性易导致数据丢失，Filecoin虽引入经济激励却面临市场波动影响，而Storj和Swarm分别存在隐私保护依赖第三方和以太坊网络拥堵的局限。

河南大学软件学院韩志杰教授团队在《Future Generation Computer Systems》发表研究，提出区块链集成存储转发系统BISF。该系统通过Merkle树与区间树构建双层索引结构，实现数据分块的高效验证；采用椭圆曲线集成加密(ECIES)技术保护证明安全；利用Kademlia算法优化P2P网络路径选择，并首创传输凭证链(TPV)记录节点贡献。实验基于Intel Core i5平台，结合secp256k1曲线与AES-256-GCM认证加密，证实方案较传统方法提升检索效率达40%。

区块链数据完整性验证
通过对比再生码审计协议等现有方案，团队发现其存在代理节点依赖性强等缺陷。BISF采用非对称加密实现去中心化验证，避免第三方介入风险。

存储模型设计
构建包含数据所有者(DO)、云服务商(CSP)和验证节点的三方架构。数据分块后生成Merkle树根哈希并存入区块链，区间树索引实现O(log n)复杂度检索。

转发模型设计
Kademlia算法动态选择最近邻节点传输数据，TPV链通过智能合约记录各节点贡献值，确保传输过程可审计。

医疗领域应用
在医疗数据场景中，ECIES加密保护患者隐私，TPV机制可追溯各医院节点间的数据共享记录，满足GDPR合规要求。

研究结论表明，BISF方案在保证数据不可篡改性的同时，将验证耗时控制在传统方法的1/3以内。未来将通过授权机制扩展跨机构协作场景，其创新性体现在：首次将区间树检索与区块链存证结合，TPV链为P2P网络贡献量化提供新范式。该工作获国家自然科学基金(92367302)和河南省科技攻关项目(242102210202)支持，为医疗、金融等敏感数据领域提供了标准化解决方案。