區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)管理專題前言*

于 戈,牛保寧,金澈清

1(東北大學 計算機科學與工程學院,遼寧 沈陽 110169)

2(太原理工大學 計算機科學與技術(shù)學院,山西 太原 030024)

3(華東師范大學 數(shù)據(jù)科學與工程學院,上海 200062)

通訊作者:于戈,E-mail:yuge@mail.neu.edu.cn

近幾十年來,數(shù)據(jù)管理技術(shù)取得了飛速發(fā)展并在很多重要領(lǐng)域廣泛應用.傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(包括分布式數(shù)據(jù)庫)往往由單一機構(gòu)進行管理和維護,該機構(gòu)對整個數(shù)據(jù)庫具有最高權(quán)限.這種模式并不適用于由非完全互信的多個機構(gòu)共同管理數(shù)據(jù),在互聯(lián)網(wǎng)應用環(huán)境中該問題尤為突出.區(qū)塊鏈作為一種去中心化、不可篡改、可追溯、多方共同維護的新型分布式數(shù)據(jù)庫,適合于在這種非互信場景下進行有效的數(shù)據(jù)管理.由于新舊數(shù)據(jù)管理架構(gòu)的差異性非常顯著,無法照搬現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫管理技術(shù),必須在區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)管理技術(shù)上有所創(chuàng)新.但總體而言,區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)管理的研究仍然處于起步階段,存在諸多待解決的問題.本專題試圖匯集區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)管理的最新研究成果,為區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)管理領(lǐng)域的相關(guān)人員提供參考.

本專題公開征文,共收到投稿17 篇.其中15 篇論文通過了形式審查,內(nèi)容涉及區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)管理的方方面面.特約編輯先后邀請了近20 位專家參與審稿工作,每篇投稿至少邀請2 位專家進行評審.稿件經(jīng)初審、復審、WISA2018 會議宣讀和終審4 個階段,歷時6 個月,最終有7 篇論文入選.根據(jù)主題,這些論文可以分為兩組.

（一）區(qū)塊鏈基礎(chǔ)理論與技術(shù)

《企業(yè)級區(qū)塊鏈技術(shù)綜述》分析多個企業(yè)級區(qū)塊鏈平臺的系統(tǒng)架構(gòu),從交易流程、區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)、共識機制、區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)、智能合約、隱私保護幾個方面闡述了企業(yè)級區(qū)塊鏈的原理與技術(shù),針對企業(yè)級區(qū)塊鏈的現(xiàn)狀,總結(jié)了當前的研究挑戰(zhàn)與未來的發(fā)展趨勢.

《基于動態(tài)授權(quán)的信任度證明機制》提出一種基于動態(tài)授權(quán)的信任證明機制(proof of trust,簡稱PoT),在應對權(quán)益粉碎攻擊、賄賂攻擊以及權(quán)益累積攻擊方面相比于傳統(tǒng)權(quán)益證明機制具有優(yōu)勢.

《面向合同的智能合約的形式化定義及參考實現(xiàn)》針對智能合約在不同的區(qū)塊鏈平臺上的定義與實現(xiàn)差異度大的問題,給出了面向合同的智能合約的形式化定義,提出了獨立于區(qū)塊鏈平臺的、通用的智能合約實現(xiàn)方法,并在Hyperledger Fabric 上進行實現(xiàn).

（二）區(qū)塊鏈查詢處理及相關(guān)技術(shù)

《基于區(qū)塊鏈的檔案數(shù)據(jù)保護與共享方法》針對現(xiàn)有檔案數(shù)據(jù)管理中普遍存在的數(shù)據(jù)中心化存儲、安全性差和防篡改性弱等問題,提出了一種基于區(qū)塊鏈的檔案數(shù)據(jù)保護與共享方法,綜合采用智能合約和數(shù)字簽名技術(shù),并結(jié)合公有鏈和聯(lián)盟鏈來管理檔案數(shù)據(jù),使數(shù)據(jù)可信共享,并且不可被篡改.

《基于區(qū)塊鏈的大數(shù)據(jù)訪問控制機制》針對大數(shù)據(jù)資源來源廣泛、動態(tài)性強且呈現(xiàn)出分布式管理的特點,以ABAC 模型為基礎(chǔ),提出了一種基于區(qū)塊鏈的大數(shù)據(jù)訪問控制機制,確保訪問控制信息的不可篡改性、可審計性和可驗證性;基于智能合約的訪問控制方法實現(xiàn)對大數(shù)據(jù)資源的訪問控制,具有用戶驅(qū)動、全程透明、動態(tài)、自動化等特點.

《存儲容量可擴展區(qū)塊鏈系統(tǒng)的高效查詢模型》提出了基于區(qū)塊鏈存儲容量可擴展模型的高效查詢方法ElasticQM,該查詢模型由用戶層、查詢層、存儲層和數(shù)據(jù)層組成.通過在多節(jié)點不同數(shù)據(jù)量的區(qū)塊鏈中查詢的實驗表明,ElasticQM 查詢方法具有高效的查詢效率.

《區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫:一種可查詢且防篡改的數(shù)據(jù)庫》針對現(xiàn)有的區(qū)塊鏈系統(tǒng)不能經(jīng)由鏈上對交易內(nèi)的數(shù)據(jù)字段的具體細節(jié)進行直接查詢的問題,提出一種區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)框架,提出了一種基于哈希指針的不可篡改索引來快速檢索區(qū)塊內(nèi)數(shù)據(jù),以提高區(qū)塊鏈的查詢效率.

本專題主要面向區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、信息系統(tǒng)等多領(lǐng)域的研究人員和工程人員,反映了我國學者在區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)管理技術(shù)領(lǐng)域最新的研究進展.感謝《軟件學報》編委會和CCF 信息系統(tǒng)專委會對專題工作的指導和幫助,感謝專題全體評審專家及時、耐心、細致的評審工作,感謝踴躍投稿的所有作者.希望本專題能夠?qū)^(qū)塊鏈相關(guān)領(lǐng)域的研究工作有所促進.