區(qū)塊鏈技術(shù)下大規(guī)模電子通信信息存儲方法

殷文霞

（宜興高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校， 江蘇 宜興 214200）

0 引言

在信息時代下，電子通信信息成為人們的首選，信息傳遞速度更快，傳遞流程更加簡便，為人們的生活提供了便利條件。在移動設(shè)備傳遞大規(guī)模的通信信息時，不僅需要考慮網(wǎng)絡(luò)傳輸能力， 還需要兼顧網(wǎng)絡(luò)能否承擔(dān)大規(guī)模的傳輸壓力。如何在大規(guī)模的信息傳輸模式下，完整地存儲通信信息，成為通信網(wǎng)絡(luò)面臨的新挑戰(zhàn)。針對信息存儲問題，研究人員設(shè)計(jì)了多種方法。其中，基于Hadoop 的大規(guī)模電子通信信息存儲方法， 與基于沖突檢測的大規(guī)模電子通信信息存儲方法的應(yīng)用較為廣泛。

基于Hadoop 的大規(guī)模電子通信信息存儲方法，主要是利用單節(jié)點(diǎn)雙層Hadoop 結(jié)構(gòu)，承擔(dān)大規(guī)模信息存儲的壓力，并構(gòu)建出建MapReduce 并行信息存儲模型，調(diào)節(jié)存儲節(jié)點(diǎn)的負(fù)載，從而均衡信息存儲效率[1]。 基于沖突檢測的大規(guī)模電子通信信息存儲方法， 主要是將通信信息存儲過程中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)沖突問題進(jìn)行檢測， 將存在沖突的信息作出結(jié)構(gòu)分配， 平衡各個信息之間的檢測條件與相應(yīng)時間，從而實(shí)現(xiàn)信息存儲的控制與管理[2]。 以上兩種方法均能夠進(jìn)行信息存儲，但是受到通信規(guī)模的影響，信息存儲文件較為復(fù)雜，很難快速找出相關(guān)信息，影響電子信息的后續(xù)傳輸[3]。 因此，本文結(jié)合了區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)勢，設(shè)計(jì)了大規(guī)模電子通信信息存儲方法。

1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的大規(guī)模電子通信信息存儲方法設(shè)計(jì)

1.1 獲取大規(guī)模電子通信信息跨鏈存儲明文

電子通信信息的存儲的過程中， 需要在區(qū)塊鏈底層實(shí)現(xiàn)不同信息的互聯(lián)， 使電子通信信息之間存在共享關(guān)系[4]。 本文將用戶需要存儲的通信信息，記錄在哈希密文上，使用IPFS 明文存儲用戶需要的通信信息，確保區(qū)塊鏈上的信息完整地存儲。 假設(shè)大規(guī)模電子通信信息存儲的過程中，存在區(qū)塊鏈A 與區(qū)塊鏈B 兩個存儲鏈。 用戶將通信信息存儲在IPFS 中，從區(qū)塊鏈A 返回的哈希密文就是需要存儲的信息，區(qū)塊鏈B 沒有訪問的權(quán)限[5]。 當(dāng)B獲得訪問權(quán)限之后， 存儲在A 上的信息才能與B 共享，確保電子通信信息的安全性。 跨鏈獲取通信明文的流程如圖1 所示。

圖1 跨鏈通信明文獲取流程圖

如圖1 所示， 用戶在通信源鏈上發(fā)起跨鏈傳輸?shù)闹悄芎霞s，合約中包含鏈路中的信息具體內(nèi)容。通過區(qū)塊頭驗(yàn)證通信權(quán)限之后， 將存儲需求發(fā)送到目標(biāo)區(qū)塊鏈中[6]。并將獲得的通信存儲明文一起上傳到存儲單元， 完成跨鏈通信信息存儲。

1.2 基于區(qū)塊鏈技術(shù)建立大規(guī)模電子通信信息存儲機(jī)制

本文利用SBS 提供存儲明文的傳輸時隙， 在不同時隙之內(nèi)，利用正交的通信資源為用戶提供信息存儲服務(wù)。將不同類型的電子通信信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分配， 并以區(qū)塊共識機(jī)制約束信息存儲的時隙， 從而優(yōu)化電子信息存儲效果[7]。 為了確保信息存儲質(zhì)量，本文將明文文件的疊加信號進(jìn)行處理，公式如下：

式中：xm—處理完成的明文文件；α1—存儲參數(shù)；PSBS—SBS存儲明文的傳輸功率；fm，i—用戶m 發(fā)起的第i 條信息存儲請求。 按照的情況分配明文存儲時隙，時隙分配示例如圖2 所示。

圖2 通信信息存儲時隙分配示例圖

如圖2 所示，在通信信息存儲的過程中，本文確保每一個SBS 均能夠?yàn)橐粋€類別的通信信息作出服務(wù)。同時考慮了信息存儲完整性與安全性，將不同時隙覆蓋范圍內(nèi)的通信信道保持恒定。 利用區(qū)塊驗(yàn)證通信信息，公式如下：

式中：Sfm，i—解碼區(qū)塊明文所需的信號；α2—解碼參數(shù)；ym，1—關(guān)聯(lián)信息的通信信道。 區(qū)塊鏈的核心部分就是信息存儲共識機(jī)制，該機(jī)制將存儲節(jié)點(diǎn)的存儲權(quán)打包出塊，在其他相同類別的存儲節(jié)點(diǎn)進(jìn)行共識存儲。 數(shù)據(jù)存儲、上鏈、查詢、下載、訪問控制是一個全鏈流程，既能保留區(qū)塊鏈的自身優(yōu)勢，又能提升電子通信信息的存儲效率。 無論多大規(guī)模的信息，均能夠通過IPFS 進(jìn)行信息分配，在上鏈具有唯一標(biāo)識，從而滿足最終的信息存儲、查詢需求。 只有解密后的哈希明文，才能到IPFS 中下載源信息，以此保護(hù)通信信息的使用權(quán)限。

2 實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的方法是否滿足通信信息存儲需求，本文對上述方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。 最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果則以文獻(xiàn)[1]基于Hadoop 的大規(guī)模電子通信信息存儲方法、文獻(xiàn)[2]基于沖突檢測的大規(guī)模電子通信信息存儲方法，以及本文設(shè)計(jì)的基于區(qū)塊鏈技術(shù)的大規(guī)模電子通信信息存儲方法進(jìn)行對比的形式呈現(xiàn)。 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過程以及最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下所示。

2.1 實(shí)驗(yàn)過程

本次實(shí)驗(yàn)選用M 數(shù)據(jù)集， 該數(shù)據(jù)集中存在大量的電子通信信息，可以滿足信息存儲驗(yàn)證需求。 M 數(shù)據(jù)集中的每個信息內(nèi)容的數(shù)據(jù)量均從{0.1，0.2，0.3，0.4，0.5}中隨機(jī)選取，區(qū)塊鏈上需要進(jìn)行信息存儲的用戶為20 人。 在每個存儲時隙中， 根據(jù)Zipf 分布確定信息存儲在區(qū)塊上的分布情況。 大規(guī)模電子信息存儲流程如圖3 所示。

圖3 大規(guī)模電子信息存儲流程圖

如圖3 所示， 電子通信信息經(jīng)過存儲機(jī)制的處理分配之后，將不同類別的通信信息存儲在不同的明文文件中，便于后續(xù)數(shù)據(jù)查詢。 在整個信息存儲的過程中，本文將電子通信信息劃分成若干個子任務(wù)，并以存儲命中率作為存儲效果判斷指標(biāo)，為大規(guī)模信息存儲提供保障。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在上述實(shí)驗(yàn)條件下，本文隨機(jī)選取出1000bits 電子通信信息進(jìn)行存儲，能夠滿足大規(guī)模存儲需求。 本次實(shí)驗(yàn)將選取信息量一致的不同存儲請求，向文獻(xiàn)[1]基于Hadoop的大規(guī)模電子通信信息存儲方法、文獻(xiàn)[2]基于沖突檢測的大規(guī)模電子通信信息存儲方法， 以及本文設(shè)計(jì)的基于區(qū)塊鏈技術(shù)的大規(guī)模電子通信信息存儲方法分配3 個存儲請求，并將各個方法的存儲命中情況進(jìn)行分析。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如表1 所示，k_hits 為電子通信信息存儲命中的次數(shù)；k_misses 為電子通信信息存儲未命中的次數(shù)；k_M 為電子通信信息存儲命中率。 在大規(guī)模電子通信信息存儲的過程中，k_M≥85%，即可達(dá)成存儲命中的目的，k_M＜85%，則表示為存儲未命中狀態(tài)。在其他條件均一致的情況下，使用文獻(xiàn)[1]基于Hadoop 的大規(guī)模電子通信信息存儲方法之后，k_M 在43%～87%的范圍內(nèi)波動， 存儲命中率較低，通信信息在用戶發(fā)出存儲請求時，經(jīng)常會出現(xiàn)信息原路返回的問題，延長用戶信息存儲時間。

使用文獻(xiàn)[2]基于沖突檢測的大規(guī)模電子通信信息存儲方法之后，k_M 在84%～93%的范圍內(nèi)波動，較之文獻(xiàn)[1]方法存在較大的改進(jìn)，但仍存在存儲請求未命中的情況，亟需對其進(jìn)一步優(yōu)化。 而使用本文設(shè)計(jì)的基于區(qū)塊鏈技術(shù)的大規(guī)模電子通信信息存儲方法之后，k_M 在99%～100%的范圍內(nèi)波動，存儲未命中的通信信息僅有1 次，此過程中存儲終端能夠重新獲取新的信息， 用戶不會感到信息存儲延遲，真正意義上提升電子通信信息存儲效果。

3 結(jié)束語

近些年來， 智能化技術(shù)發(fā)展迅猛， 信息時代正式到來。 無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，使通信信息呈現(xiàn)爆炸式增長，移動設(shè)備產(chǎn)生的業(yè)務(wù)信息更加廣泛。 面向如此大規(guī)模的電子通信信息增長方式， 需要以一種更加有效的方法存儲電子通信信息，確保信息存儲的完整性。 因此，本文利用區(qū)塊鏈技術(shù)，設(shè)計(jì)了大規(guī)模電子通信信息存儲方法。從存儲明文、存儲機(jī)制兩個方面，將電子通信信息進(jìn)行區(qū)塊化存儲，不僅提升了通信信息的存儲效果，還降低了信息存儲的延時，對于通信網(wǎng)絡(luò)的流暢化運(yùn)行具有重要作用。