CN110062034B - 一种区块链大文件安全存储方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种区块链大文件安全存储方法及***，安全存储方法为：1）区块链节点用户将大文件注册到区块链中，存储***将大文件拆分并在区块链存储网络中冗余存储该大文件的副本；2）大文件被拆分为N块，并冗余为K份，随机的存储到M个存储节点中；3）存储节点是区块链节点和云存储节点的集合；4）用户使用公钥加密文件分块和存储位置的索引记录到区块链区块中；5）用户在任意节点登录区块链后，可以用私钥解密文件分块和存储位置索引，恢复出大文件。本发明提高解决了大文件在区块链中安全存储、快速同步的难题，***实现用户任意切换终端安全恢复大文件的安全操作，突破了区块链交易文件大小的限制。

Description

一种区块链大文件安全存储方法及***

技术领域

本发明涉及一种区块链存储方法及***，具体涉及涉及一种区块链大文件安全存储方法及***，属于计算机网络安全领域。

背景技术

区块链应用场景开始深入到多个领域，导致主链平台上将会有海量应用上链运行。对于区块链底层平台而言，不仅需要在高并发、交易确认速度、安全性等性能上有较大提升，各机构访问区块链共享数据成为发展中遇到的难点。在共享数据过程中，可靠的数据管理和安全的访问控制是至关重要的。因此，对于大文件、大块数据分布式存储的需求也越来越急迫。

当前的针对区块链和数据存储的研究和方案主要集中在如下几类。一类是在区块链现有节点和区块空间上进行扩展存储的方法和***（如专利201710139269.1、专利201711344195.1等），主要采用内存数据库和磁盘数据库来扩充区块链，单节点的磁盘和内存无法适应大文件交易的快速膨胀，因此此类方法的效果积极有限。第二类是采用多级存储的区块链存储方法（如专利201810937197.X、201810847133.0等），采用多级存储的方式进行容量扩容，增加了***管理的复杂性和调度的难度，效率低下，不能保障存储节点的安全性存储在上述背景下；采用的数据分片也是为了进行区块链计算的并行处理，而非支持安全。第三类是采用数据加密的方式来增加区块链文件和数据存储的安全性（如专利201811118776.8、***IPFS方案等），加密计算代价高、扩展性差。更多的方案聚焦在区块链安全应用（如专利201810903905.8、201711344107.8、MIT研究方法MecFile等），主要是采用区块链技术来防止存储***数据防篡改，是区块链的安全应用，而非保障区块链自身安全。

区块链在数据共享和数据交易领域发展迅速，当前区块链文件存储***有很大的局限，面临大文件应用时存在存储效率低、代价高等等问题。由于区块链已经不在限于比特币等少量数字计算的应用，因此支持大文件安全存储的区块链存储方法和设备具有巨大的应用价值。

发明内容

有鉴于此，本发明公开了一种区块链大文件安全存储方法及***，通过构建云存储和区块链节点存储实现偏平化的虚拟存储空间，大文件被分片拆分为多块并冗余为多份，随机存储到存储节点，区块链的文件信息区块中只保留少量的用户加密的文件分块索引和存储位置索引，在用户切换登录节点后，可以执行同步操作恢复出大文件。本发明提高解决了大文件在区块链中安全存储、快速同步的难题，***实现用户任意切换终端安全恢复大文件的安全操作，突破了区块链交易文件大小的限制。

本发明的技术方案如下：一种区块链大文件安全存储方法，其步骤包括：

1）区块链节点用户将大文件注册到区块链中，存储***将大文件拆分并在区块链存储网络中冗余存储该大文件的副本；

2）大文件被拆分为N块，并冗余为K份，随机的存储到M个存储节点中；

3）存储节点是区块链节点和云存储节点的集合；

4）用户使用公钥加密文件分块和存储位置的索引记录到区块链区块中；

5）用户在任意节点登录区块链后，可以用私钥解密文件分块和存储位置索引，恢复出大文件。

更进一步，大文件的存储独立于区块链账本记录存储，两者互不干扰。

更进一步，大文件F拆分的方法如下：

1）将大文件以二进制形式平均拆分成N份，其中N >= 1；

2）将所述N份子文件冗余K份，也即{FN|fn,n=1,…N}*K ={fn1,fn2,fn3,…,fnK|n=1,…N }；

3）对于拆分的大文件及子文件建立文件索引；

4）大文件的拆分阈值为文件大小为Ψ字节（Bytes），当文件大小在阈值Ψ之下时文件不进行拆分（也即N=1），直接冗余K份，每一份都用用户的公钥加密并建立索引。

更进一步，所述存储***的分布式节点构成方法为：

1) 区块链的各个节点划分共享存储空间，全链节点个数为W；

2) 云计算存储设置P个虚拟存储节点，节点以租户权限进行虚拟隔离；

3）存储***的分布式节点M=W+P,统一进行节点索引。

更进一步，采用随机分配存储算法将NK份子文件随机存储到M个存储节点中，子文件和存储位置索引{nk,m}采用用户的公钥加密后，记录入区块链的文件信息区块中。

更进一步，所述大文件恢复方法为：用户登录任意节点后，可以用自己的私钥从区块链中解密大文件的索引，从而恢复所需要的大文件，保存在本地。

本发明还提出一种区块链大文件安全存储***，包括文件拆分模块、存储节点管理模块、子文件和存储位置索引加解密模块、文件信息注册到区块链的接口模块、文件恢复模块，其特征在于，还包括存储破坏检测模块、文件信息区块和交易区块同步模块、文件转移模块和文件更新模块；

所述存储破坏检测模块，在存储节点断网、云存储区域损坏等情况造成大文件子文件副本损坏的情况下，进行副本数量检测，主动复制副本到K份，以保障大文件的完整恢复；

所述文件信息区块和交易区块同步模块，在区块链中发生文档交易的时候，发送消息同步指令到文件信息区块，做记录的同步更新；

所述文件转移模块，是在交易文档操作中，文件所属权发生转变，文档原所有者用私钥解密文件和存储位置索引，用文档接受者的公钥重新加密文件和存储位置索引，并修改文件信息区块记录，文件归属为接受者；

所述文件更新模块，用于文件修改、删除后，存储***对该文件的冗余备份的更改、删除操作，同时在文件信息区块中进行更改记录。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种区块链大文件安全存储方法和***，通过构建云存储和区块链节点存储实现偏平化的虚拟存储空间，大文件被分片拆分为多块并冗余为多份，随机存储到存储节点，区块链的文件信息区块中只保留少量的用户加密的文件分块索引和存储位置索引，在用户切换登录节点后，可以执行同步操作恢复出大文件。本发明提高解决了大文件在区块链中安全存储、快速同步的难题，***实现用户任意切换终端安全恢复大文件的安全操作，突破了区块链交易文件大小的限制，为区块链的大文件应用提供安全存储的技术保障。

附图说明

附图1是本发明区块链大文件安全存储***的架构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

本发明的一实施例中公开的区块链大文件安全存储***，其步骤为：

1）建立区块链虚拟存储模块，包括云存储节点和区块链节点的本地存储节点，所述云存储节点采用租户权限进行虚拟隔离，一个或多个云上虚拟隔离出多个存储节点；所述区块链节点的本地存储节点是在区块链用户节点上分离出的共享存储空间；

2）大文件分块拆分模块，先判断文件大小是否大于阈值Ψ，如果文件大小在阈值Ψ之下时文件不进行拆分（也即N=1）；如果文件不小于阈值Ψ，将大文件以二进制形式平均拆分成N份，将所述N份子文件冗余K份，也即{FN|fn,n=1,…N}*K ={fn1,fn2,fn3,…,fnK|n=1,…N }；

3）随机存储模块，对所述大文件拆分后的子文件进行冗余K份后，采用随机存储方法将所有N*K份子文件副本存储到虚拟存储***中；对于小于阈值的文件，直接冗余K份，并采用用户公钥加密后，随机存储到大文件存储***中；

4）文件信息记录模块，在完成子文件副本随机存储后，将子文件和存储位置索引{nk,m}采用用户的公钥加密后，并记录入区块链的文件信息区块中；

5）文件提取模块，用户登录区块链节点或切换登录节点后，从区块链的文件信息区块中提取子文件副本及其存储文字信息并解密，从存储***中下载副本进行大文本的本地恢复。

本发明的一实施例中公开的区块链大文件安全存储***，还包括存储破坏检测模块、文件信息区块和交易区块同步模块、文件转移模块和文件更新模块，其中：

所述存储破坏检测模块，在存储节点断网、云存储区域损坏等情况造成大文件子文件副本损坏的情况下，进行副本数量检测，主动复制副本到K份，以保障大文件的完整恢复；

所述文件信息区块和交易区块同步模块，在区块链中发生文档交易的时候，发送消息同步指令到文件信息区块，做记录的同步更新；

所述文件转移模块，是在交易文档操作中，文件所属权发生转变，文档原所有者用私钥解密文件和存储位置索引，用文档接受者的公钥重新加密文件和存储位置索引，并修改文件信息区块记录，文件归属为接受者；

所述文件更新模块，用于文件修改、删除后，存储***对该文件的冗余备份的更改、删除操作，同时在文件信息区块中进行更改记录。

以下通过具体的例子对附图中区块链大文件安全存储方法及***进行进一步的说明：

如附图所示，一种区块链大文件安全存储***，包括：文件拆分模块、存储节点管理模块、子文件和存储位置索引加解密模块、文件信息注册到区块链的接口模块、文件恢复模块、存储破坏检测模块、文件信息区块和交易区块同步模块、文件转移模块和文件更新模块；其主要步骤包括：

1、所述文件拆分模块，对大文件进行大小判断和分片拆分：

a) 将大文件以二进制形式平均拆分成N份，其中N >= 1；

b) 将所述N份子文件冗余K份，也即{FN|fn,n=1,…N}*K ={fn1,fn2,fn3,…,fnK|n=1,…N }；

c) 对于拆分的大文件及子文件建立文件索引；

d) 大文件的拆分阈值为文件大小为Ψ字节（Bytes），当文件大小在阈值Ψ之下时文件不进行拆分（也即N=1），直接冗余K份，每一份都用用户的公钥加密并建立索引；

2、所述存储节点管理模块，管理存储***的分布式节点：

a) 区块链的各个节点划分共享存储空间，全链节点个数为W；

b) 云计算存储设置P个虚拟存储节点，节点以租户权限进行虚拟隔离；

c）存储***的分布式节点M=W+P,统一进行节点索引；

d) 对下发的子文件存储指令进行解析和执行，将子文件副本随机存储到存储子节点，记录位置；

e)对下发的子文件下载指令进行解析和执行，从索引位置读取子文件返回给下载节点；

f) 对节点的增补和剔除进行统一管理,对存储文件的更新操作指令进行统一管理；

3、所述子文件和存储位置索引加解密模块，管理存储索引信息：

a)将子文件和存储位置索引{nk,m}采用用户的公钥加密后，调用文件注册接口记录入区块链的文件信息区块中；

b) 调用文件注册接口从区块链的文件信息区块中读取子文件和存储位置索引信息，使用用户的私钥进行解密，返回明文信息；

4、所述文件信息注册到区块链的接口模块，进行文件信息区块的管理：

a)接收文件信息写入和更新指令，在区块中增加和更新记录；

b)接收文件交易记录指令，在文件发送交易的时候，转移文件信息的所有者，文件和未知索引更换秘钥进行加密。

以上所述本发明的具体实施方式目的是为了更好地理解本发明的使用，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则实质之内所做的修改、变形和等同替换等，都应属于本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种区块链大文件安全存储方法，其步骤包括：

1）区块链节点用户将大文件注册到区块链中，存储***将大文件拆分并在区块链存储网络中冗余存储该大文件的副本；

2）大文件被拆分为N块，并冗余为K份，随机的存储到M个存储节点中；

3）存储节点是区块链节点和云存储节点的集合；

4）用户使用公钥加密文件分块和存储位置的索引记录到区块链区块中；

5）用户在任意节点登录区块链后，可以用私钥解密文件分块和存储位置索引，恢复出大文件；在交易文档操作中，文件所属权发生转变，文档原所有者用私钥解密文件和存储位置索引，用文档接受者的公钥重新加密文件和存储位置索引，并修改文件信息区块记录，文件归属为接受者。

2.如权利要求1所述的区块链大文件安全存储方法，其特征在于，存储独立于区块链账本记录存储，两者互不干扰。

3.如权利要求1所述的区块链大文件安全存储方法，其特征在于，大文件F拆分的方法如下：

1）将大文件以二进制形式平均拆分成N份，其中N >= 1；

2）将所述N份子文件冗余K份，也即{FN|fn,n=1,…N}*K ={fn1,fn2,fn3,…,fnK| n=1,…N }；

3）对于拆分的大文件及子文件建立文件索引；

4）大文件的拆分阈值为文件大小为Ψ字节（Bytes），当文件大小在阈值Ψ之下时文件不进行拆分（也即N=1），直接冗余K份，每一份都用用户的公钥加密并建立索引。

4.如权利要求1所述的区块链大文件安全存储方法，其特征在于，所述存储***的分布式节点构成方法为：

1) 区块链的各个节点划分共享存储空间，全链节点个数为W；

2) 云计算存储设置P个虚拟存储节点，节点以租户权限进行虚拟隔离；

3）存储***的分布式节点M=W+P,统一进行节点索引。

5.如权利要求1-4任意一项所述的区块链大文件安全存储方法，其特征在于，采用随机分配存储算法将NK份子文件随机存储到M个存储节点中，子文件和存储位置索引{nk,m}采用用户的公钥加密后，记录入区块链的文件信息区块中。

6.如权利要求1所述的区块链大文件安全存储方法，其特征在于，用户登录任意节点后，可以用自己的私钥从区块链中解密大文件的索引，从而恢复所需要的大文件，保存在本地；在交易文档操作中，文件所属权发生转变，文档原所有者用私钥解密文件和存储位置索引，用文档接受者的公钥重新加密文件和存储位置索引，并修改文件信息区块记录，文件归属为接受者。

7.一种区块链大文件安全存储***，包括文件拆分模块、存储节点管理模块、子文件和存储位置索引加解密模块、文件信息注册到区块链的接口模块、文件恢复模块，其特征在于，还包括存储破坏检测模块、文件信息区块和交易区块同步模块、文件转移模块和文件更新模块，

所述存储破坏检测模块，在存储节点断网、云存储区域损坏等情况造成大文件子文件副本损坏的情况下，进行副本数量检测，主动复制副本到K份，以保障大文件的完整恢复；

所述文件信息区块和交易区块同步模块，在区块链中发生文档交易的时候，发送消息同步指令到文件信息区块，做记录的同步更新；

所述文件转移模块，是在交易文档操作中，文件所属权发生转变，文档原所有者用私钥解密文件和存储位置索引，用文档接受者的公钥重新加密文件和存储位置索引，并修改文件信息区块记录，文件归属为接受者；

所述文件更新模块，用于文件修改、删除后，存储***对该文件的冗余备份的更改、删除操作，同时在文件信息区块中进行更改记录。

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