CN111353177A - 一种基于区块链的隐私大文件存储*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链的隐私大文件存储***，该***由区块链节点组成，通过将文件***集成到区块链节点内部，文件的存储和校验都在节点内完成，文件上传到存储***后，文件的描述信息记录在区块链公共账本中，文件内容存储在节点连接的文件***中，文件在节点间的传输通过p2p链路进行；文件的描述性数据在所有节点上公开存储，而文件内容在指定节点中存储，既保证了文件在区块链***中不可篡改，又保证了文件的隐私性；本发明既能避免区块链节点的单点故障，又能保证恶意节点无法盗取隐私文件，节省了节点的存储空间。本发明提供的区块链间文件传输的方案，能够高效稳定地实现文件在节点间的共享，且不会造成节点间交易广播的阻塞。

Description

一种基于区块链的隐私大文件存储***

技术领域

本发明属于区块链技术领域，尤其涉及一种基于区块链的隐私大文件存储***。

背景技术

区块链技术是一种去中心化分布式账本技术，能够安全地存储各种数据，特点是存储在区块链上的数据不可伪造和篡改。区块链上的各个节点都维护一个公共的账本，所有交易都是由各个节点共识后存储的，任何一个节点对自己所维护的账本进行篡改都是无效的。

在区块链中，正是因为每个节点都会持有一份相同的账本，如果直接将文件直接存入账本中，会造成存储冗余浪费。而且，将文件存储区块链中，隐私性无法很好的保证。当前已有一些做法，将文件先存在其它的文件***中，然后将文件的哈希值记录在区块链中。这样做无疑把文件***与区块链分离开了，无法很好地保证一致性，且不利于用户管理。另外，所有节点都访问该文件***，无疑是中心化的，难以避免单点故障以及文件***被恶意修改。因此，将文件***嵌入区块链***中进行管理具有很大的应用价值。

此外，当前区块链***中，节点间一般只传输交易数据，数据量较小。然而，随着区块链上存储的数据类型越来越多，节点间的传输也需要支持更大的文件。因此，节点间高效而稳定地传输大文件，且尽可能不影响原有交易数据的传输，将具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于区块链的隐私大文件存储***。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于区块链的隐私大文件存储***，该***由四个及以上的区块链节点组成，每个区块链节点都接入一个文件***；文件上传到存储***后，文件的描述信息记录在区块链公共账本中，文件内容存储在节点连接的文件***中，文件在节点间的传输通过p2p链路进行；每个节点都配置稳定性分数和标准传输速率值，每次文件传输后更新稳定性分数。

进一步地，所述文件在节点间的传输通过p2p链路进行包括文件上传和文件下载。

进一步地，所述文件上传包括以下步骤：

（1.1）计算文件的哈希值得到文件哈希；

（1.2）将文件上传到目标节点，同时构造一笔文件上传类型的区块链交易，交易中包含文件的描述信息以及交易签名；所述描述信息包括文件名、文件哈希、自定义文件描述、可存储节点列表、可下载用户列表、文件存储位置列表；所述文件存储位置列表为本次文件上传的目标节点列表；

（1.3）目标节点接收文件和交易，首先对步骤（1.2）构造的交易进行验证，包括验证描述信息的合法性以及交易签名的正确性；所述验证描述信息的合法性具体为重新计算文件的哈希值，如果与交易中的文件哈希一致，则认为本次上传是合法的；否则是不合法的，本次上传失败；

（1.4）验证通过，目标节点将文件保存至连接的文件***中，然后将交易进行广播共识并写入区块链公共账本中，同时目标节点将文件发送给文件存储位置列表中的其它目标节点。

进一步地，所述步骤（1.4）中目标节点将文件发送给文件存储位置列表中的其它目标节点，包括以下子步骤：

（1.4.1）目标节点向文件存储位置列表中的其它目标节点发送握手请求，所述握手请求中包括交易和文件的分段传输方案；

（1.4.2）其它目标节点收到握手请求后，采用步骤（1.3）中的方法，验证握手请求中交易的描述信息的合法性以及交易签名的正确性；验证通过则握手成功，其它目标节点将文件的分段传输方案发送给目标节点；验证不通过，则拒绝接收文件，握手失败；

（1.4.3）目标节点根据分段传输方案发送文件给其它目标节点，其它目标节点分段接收文件后，计算该文件的哈希值，与交易中的文件哈希进行对比，如果一致说明文件传输成功，否则文件传输失败；

（1.4.4）其它目标节点更新目标节点的稳定性分数。

进一步地，所述文件下载包括以下步骤：

（2.1）根据文件的哈希值向任意一个节点查询文件的描述信息；

（2.2）构造一笔文件下载类型的区块链交易，交易中包含文件的哈希值以及交易签名，将交易发送给文件的描述信息中可存储节点列表中的稳定性分数最高的节点，为本次下载的目标节点；

（2.3）目标节点收到交易后，首先验证交易中交易签名的正确性；然后根据交易中的文件的哈希值在区块链公共账本中查询文件的描述信息，确认请求下载的用户在可下载用户列表中且目标节点在可存储节点列表中，否则文件下载失败；

（2.4）目标节点开始获取文件，先根据文件的哈希值查看连接的文件***中是否存在该文件；如果存在，则直接通过接口回复将文件流传输给用户；如果不存在，则目标节点从可存储节点列表中的其它节点中获取文件，再将文件发送给用户。

进一步地，所述步骤（2.4）中目标节点从可存储节点列表中的其它节点中获取文件，再将文件发送给用户，包括以下子步骤：

（2.4.1）从可存储节点列表中除目标节点外的其它节点中选择稳定性分数最高的节点，目标节点向该节点发送握手请求，握手请求中包括文件的哈希值；

（2.4.2）收到握手请求的节点根据文件的哈希值在区块链公共账本中查询文件的描述信息，确认目标节点在可存储节点列表中且本节点连接的文件***中存在该文件，则握手成功，否则拒绝握手请求，握手失败，目标节点从可存储节点列表中未访问的节点中选择稳定性分数最高的节点再次发送握手请求，直到握手成功；

（2.4.3）握手成功的节点将文件的分段传输方案发送给目标节点，然后根据分段传输方案发送文件给目标节点；

（2.4.4）目标节点收到文件后，计算该文件的哈希值，与交易中文件的哈希值进行对比，如果一致说明文件传输成功，将该文件通过接口回复将文件流传输给用户，同时保存在连接的文件***中作为缓存；如果不一致，说明文件传输失败，则再次从可存储节点列表中未访问过的其它节点中选择稳定性分数最高的节点获取文件，直到成功接收文件；

（2.4.5）目标节点更新文件下载过程中访问过的各节点的稳定性分数。

进一步地，所述根据分段传输方案发送文件，涉及文件的接收方和发送方，包括以下子步骤：

（a1）接收方和发送方握手成功后，发送方按照分段传输方案逐个发送子文件；所述分段方案包括文件的大小，文件分段成子文件的个数和每个子文件的大小、编号；

（a2）接收方逐个存储收到的子文件，并维护一个数组保存接收到的子文件编号，每收到一个子文件就在数组中记录编号；文件发送超时或接收方收到最后一个文件时遍历数组，如果数组中有缺失的编号，说明有子文件没有收到，则发送缺失的子文件编号给发送方，发送方再次发送对应的子文件，直到接收方收齐所有文件；所述文件发送超时指到达预设的传输时间但未收到最后一个文件，如果文件发送超时或缺失子文件超过三次，则此次文件传输失败。

进一步地，所述节点的稳定性分数的范围为0~10，通过以下方法更新：

（b1）如果文件发送方节点与接收方节点握手失败，则不更新稳定性分数；

（b2）如果文件发送方节点与接收方节点握手成功但文件传输失败，则接收方节点将发送方节点的稳定性分数更新为原有值减1，最低减到0；

（b3）如果文件发送方节点与接收方节点握手成功且文件传输成功，则接收方节点增加发送方节点的稳定性分数，增加的数值为传输速率除以标准传输速率值，最高不超过10。

本发明的有益效果是：本发明提供的基于区块链的隐私大文件存储***，将文件***集成到每个区块链节点内部，文件的存储和校验都在节点内完成，能够解决现有技术中文件链外存储会造成的文件***单点故障和恶意修改问题，保证了文件不可篡改，做到真正的区块链内文件的管理。本发明提供的权限管理方案，既能避免区块链节点的单点故障，又能保证恶意节点无法盗取隐私文件，节省了节点的存储空间。本发明提供的区块链间文件传输的方案，能够高效稳定地实现文件在节点间的共享，且不会造成节点间交易广播的阻塞。。

附图说明

图1为一种基于区块链的隐私大文件管理***的模块架构图；

图2为基于区块链的隐私大文件管理***提供隐私大文件的上传方案示意图；

图3为基于区块链的隐私大文件管理***提供隐私大文件的下载方案示意图；

图4为基于区块链的隐私大文件管理***中节点间文件传输方案示意图。

具体实施方式

本发明一种基于区块链的隐私大文件存储***的架构如图1所示，存储***由四个及以上的区块链节点组成，每个区块链节点都需要接入一个文件***，多个区块链节点可以共用同一个文件***。文件上传到存储***后，文件的描述信息记录在区块链公共账本中，文件内容存储在节点连接的文件***中。文件在节点间的传输通过p2p链路进行。

如图2所示，本发明一种基于区块链的隐私大文件管理***提供隐私大文件的上传方案，包括以下步骤：

（1.1）计算上传文件的哈希值得到文件哈希。

（1.2）将文件上传到上传目标节点，同时构造一笔文件上传类型的区块链交易，文件上传交易中包含上传文件的描述信息以及交易签名；所述描述信息包括文件名、步骤（1）得到的文件哈希、自定义文件描述、可存储节点列表、可下载用户列表、文件存储位置列表；所述文件存储位置列表为本次上传文件存储目标节点列表；本实施例中上传目标节点为区块链节点1。

（1.3）上传目标节点接收上传文件和文件上传交易，首先对步骤（1.2）构造的文件上传交易进行验证，包括验证描述信息的合法性以及交易签名的正确性；所述验证描述信息的合法性具体为重新计算上传文件的哈希值，如果与文件上传交易中的文件哈希一致，则认为本次上传是合法的；否则是不合法的，本次上传失败。

（1.4）上传目标节点将该上传文件保存至自身的文件***中；

（1.5）然后将文件上传交易进行广播共识并写入区块链公共账本中；同时，如果要保存到多个节点，即本次上传文件的文件存储位置列表包括多个目标节点，如节点2和节点3，则上传目标节点同时通过p2p链路进行节点间的文件传输，将上传文件发送给其它目标节点，具体为：

（1.5.1）上传目标节点向其它目标节点发送上传握手请求，所述上传握手请求包括文件上传交易和文件传输的分段方案。

（1.5.2）其它目标节点收到上传握手请求后，采用步骤（1.3）中的方法，验证上传握手请求中文件上传交易中的描述信息的合法性以及交易签名的正确性；验证通过则握手成功，其它目标节点将同意握手的回复发送给上传目标节点；验证不通过，则拒绝接收文件。

（1.5.3）如果目标节点收到拒绝握手的回复，放弃此次文件传输，否则，上传目标节点根据分段传输方案发送文件给其它目标节点。

（1.5.4）其它目标节点分段接收到上传文件后，计算该文件的哈希值，与文件上传交易中的上传文件的哈希值进行对比，如果一致说明其它目标节点成功接收到上传文件，向其它目标节点发送文件上传成功的回复，否则发送文件上传失败的回复。

（1.5.5）上传目标节点收到文件上传成功或失败的回复。

（1.6）其它目标节点更新发送方节点的稳定性分数。

如图3所示，本实施例的基于区块链的隐私大文件管理***提供隐私大文件的下载方案，包括以下步骤：

（2.1）用户通过下载文件的哈希值向任意一个节点查询下载文件的描述信息。

（2.2）构造一笔文件下载类型的区块链交易，文件下载交易中包含下载文件的哈希值以及交易签名，发送给步骤（2.1）查询得到的下载文件的描述信息中可存储节点列表中的稳定性分数最高的节点。本实施例中下载目标节点为节点1。

（2.3）下载目标节点收到文件下载交易后，首先验证文件下载交易中交易签名的正确性；然后根据文件下载交易中下载文件的哈希值在区块链公共账本中查询下载文件的描述信息，确认用户地址在可下载用户列表中且本节点（节点1）在可存储节点列表中，否则文件下载失败。

（2.4）下载目标节点开始获取文件，先根据下载文件的哈希值查看本地文件***中是否存在该文件；如果存在，则直接通过接口回复将文件流传输给用户；如果不存在，则从可存储节点列表中除下载目标节点外的其它节点中选择稳定性分数最高的节点（节点2），通过p2p链路进行节点间的文件传输，获取下载文件，具体为：

（2.4.1）下载目标节点向被选择的其它节点发送下载握手请求；下载握手请求中包括下载文件的哈希值；

（2.4.2）被选择的其它节点收到下载握手请求后，根据下载握手请求中下载文件的哈希值在区块链公共账本中查询下载文件的描述信息，确认下载目标节点在可存储节点列表中且本节点的文件***中存在该文件，则握手成功；否则拒绝下载握手请求，从可存储节点列表中除下载目标节点和访问过的节点外的其它节点中选择稳定性分数最高的节点再次发送下载握手请求，直到握手成功。

（2.4.3）握手成功后，被选择的其它节点将下载文件的分段传输方案发送给下载目标节点，然后根据分段传输方案发送文件给下载目标节点。

（2.5）下载目标节点收到下载文件后，计算该文件的哈希值，与文件下载交易中的下载文件的哈希值进行对比，如果一致说明下载目标节点成功接收下载文件，将该文件通过接口回复将文件流传输给用户，同时保存在本地的文件***中作为缓存；如果不一致，说明下载目标节点收到的文件是错误的，则从可存储节点列表中除下载目标节点和步骤（2.4）中文件传输访问过的节点外的其它节点中选择稳定性分数最高的节点再次通过p2p链路进行节点间的文件传输，获取下载文件，直到下载目标节点成功接收下载文件。

（2.6）下载目标节点根据其与各相关节点进行文件传输的传输速率与成功率更新各相关节点的稳定性分数。

本实施例所提供基于区块链的隐私大文件管理***，其节点间的文件传输方案如图4所示，用于所述步骤（1.5.3）和步骤（2.4.3）中根据分段传输方案传输文件，涉及两个节点，分别为文件的接收方和发送方，包括以下子步骤：

（a1）接收方和发送方握手成功后，发送方按照分段传输方案逐个发送子文件；所述分段方案包括文件的大小，文件分段成子文件的个数和每个子文件的大小、编号。

（a2）接收方逐个存储收到的子文件，并维护一个数组保存接收到的子文件编号，每收到一个子文件就在数组中记录编号；由于文件在传输中可能由于网络原因造成数据丢失，接收方收到最后一个文件或超时时遍历数组，如果数组中有缺失的编号，说明有子文件没有收到，则发送缺失的子文件编号给发送方，发送方再次发送对应的子文件，直到接收方收齐所有文件。所述超时指到达预设的传输时间但未收到最后一个文件，如果超时或缺失子文件超过三次，则此次传输失败。所述传输时间为节点配置文件中的配置项。

节点的稳定性分数有一个初始值，根据每次文件传输的传输速率以及成功率进行更新，具体为：

（b1）每个节点在启动前，在配置文件中自定义写入其它各个节点的稳定性分数，最高分为10，最低分为0，稳定性分数的数值可以为小数。同时，在配置文件中，自定义写入一个标准传输速率值。

（b2）如果文件发送方节点在握手阶段就拒绝了握手请求，或者文件的接收方节点在握手阶段拒绝接收文件，本次文件传输不更新稳定性分数。

（b3）如果文件发送方节点与接收方节点握手成功，在文件传输阶段失败，则接收方节点更新发送方节点的值为原有值减1，但最低只能减到0。

（b4）如果文件发送方节点与接收方节点之间的文件传输成功，接收方节点增加发送方节点的稳定性分数，增加的数值为传输速率除以配置文件中的标准传输速率值；最高分不超过10。所述传输速率为文件大小除以总耗时，单位为兆/秒。

Claims (8)

1.一种基于区块链的隐私大文件存储***，其特征在于，该***由至少四个区块链节点组成，每个区块链节点都接入一个文件***；文件上传到存储***后，文件的描述信息记录在区块链公共账本中，文件内容存储在节点连接的文件***中，文件在节点间的传输通过p2p链路进行；每个节点都配置稳定性分数和标准传输速率值，每次文件传输后更新稳定性分数。

2.如权利要求1所述基于区块链的隐私大文件存储***，其特征在于，所述文件在节点间的传输通过p2p链路进行包括文件上传和文件下载。

3.如权利要求2所述基于区块链的隐私大文件存储***，其特征在于，所述文件上传包括以下步骤：

（1.1）计算文件的哈希值得到文件哈希；

（1.2）将文件上传到目标节点，同时构造一笔文件上传类型的区块链交易，交易中包含文件的描述信息以及交易签名；所述描述信息包括文件名、文件哈希、自定义文件描述、可存储节点列表、可下载用户列表、文件存储位置列表；所述文件存储位置列表为本次文件上传的目标节点列表；

（1.3）目标节点接收文件和交易，首先对步骤（1.2）构造的交易进行验证，包括验证描述信息的合法性以及交易签名的正确性；所述验证描述信息的合法性具体为重新计算文件的哈希值，如果与交易中的文件哈希一致，则认为本次上传是合法的；否则是不合法的，本次上传失败；

（1.4）验证通过，目标节点将文件保存至连接的文件***中，然后将交易进行广播共识并写入区块链公共账本中，同时目标节点将文件发送给文件存储位置列表中的其它目标节点。

4.如权利要求3所述基于区块链的隐私大文件存储***，其特征在于，所述步骤（1.4）中目标节点将文件发送给文件存储位置列表中的其它目标节点，包括以下子步骤：

（1.4.1）目标节点向文件存储位置列表中的其它目标节点发送握手请求，所述握手请求中包括交易和文件的分段传输方案；

（1.4.2）其它目标节点收到握手请求后，采用步骤（1.3）中的方法，验证握手请求中交易的描述信息的合法性以及交易签名的正确性；验证通过则握手成功；验证不通过，则拒绝接收文件，握手失败；

（1.4.3）握手成功后，目标节点根据分段传输方案发送文件给其它目标节点，其它目标节点分段接收文件后，计算该文件的哈希值，与交易中的文件哈希进行对比，如果一致说明文件传输成功，否则文件传输失败；

（1.4.4）其它目标节点更新目标节点的稳定性分数。

5.如权利要求2所述基于区块链的隐私大文件存储***，其特征在于，所述文件下载包括以下步骤：

（2.1）根据文件的哈希值向任意一个节点查询文件的描述信息；

（2.2）构造一笔文件下载类型的区块链交易，交易中包含文件的哈希值以及交易签名，将交易发送给文件的描述信息中可存储节点列表中的稳定性分数最高的节点，为本次下载的目标节点；

（2.3）目标节点收到交易后，首先验证交易中交易签名的正确性；然后根据交易中的文件的哈希值在区块链公共账本中查询文件的描述信息，确认请求下载的用户在可下载用户列表中且目标节点在可存储节点列表中，否则文件下载失败；

（2.4）目标节点开始获取文件，先根据文件的哈希值查看连接的文件***中是否存在该文件；如果存在，则直接通过接口回复将文件流传输给用户；如果不存在，则目标节点从可存储节点列表中的其它节点中获取文件，再将文件发送给用户。

6.如权利要求5所述基于区块链的隐私大文件存储***，其特征在于，所述步骤（2.4）中目标节点从可存储节点列表中的其它节点中获取文件，再将文件发送给用户，包括以下子步骤：

（2.4.1）从可存储节点列表中除目标节点外的其它节点中选择稳定性分数最高的节点，目标节点向该节点发送握手请求，握手请求中包括文件的哈希值；

（2.4.2）收到握手请求的节点根据文件的哈希值在区块链公共账本中查询文件的描述信息，确认目标节点在可存储节点列表中且本节点连接的文件***中存在该文件，则握手成功，否则拒绝握手请求，握手失败，目标节点从可存储节点列表中未访问的节点中选择稳定性分数最高的节点再次发送握手请求，直到握手成功；

（2.4.3）握手成功的节点将文件的分段传输方案发送给目标节点，然后根据分段传输方案发送文件给目标节点；

（2.4.4）目标节点收到文件后，计算该文件的哈希值，与交易中文件的哈希值进行对比，如果一致说明文件传输成功，将该文件通过接口回复将文件流传输给用户，同时保存在连接的文件***中作为缓存；如果不一致，说明文件传输失败，则再次从可存储节点列表中未访问过的其它节点中选择稳定性分数最高的节点获取文件，直到成功接收文件；

（2.4.5）目标节点更新文件下载过程中访问过的各节点的稳定性分数。

7.如权利要求4或6所述基于区块链的隐私大文件存储***，其特征在于，所述根据分段传输方案发送文件，涉及文件的接收方和发送方，包括以下子步骤：

（a1）接收方和发送方握手成功后，发送方按照分段传输方案逐个发送子文件；所述分段方案包括文件的大小，文件分段成子文件的个数和每个子文件的大小、编号；

（a2）接收方逐个存储收到的子文件，并维护一个数组保存接收到的子文件编号，每收到一个子文件就在数组中记录编号；文件发送超时或接收方收到最后一个文件时遍历数组，如果数组中有缺失的编号，说明有子文件没有收到，则发送缺失的子文件编号给发送方，发送方再次发送对应的子文件，直到接收方收齐所有文件；所述文件发送超时指到达预设的传输时间但未收到最后一个文件，如果文件发送超时或缺失子文件超过三次，则此次文件传输失败。

8.如权利要求7所述基于区块链的隐私大文件存储***，其特征在于，所述节点的稳定性分数的范围为0~10，通过以下方法更新：

（b1）如果文件发送方节点与接收方节点握手失败，则不更新稳定性分数；

（b2）如果文件发送方节点与接收方节点握手成功但文件传输失败，则接收方节点将发送方节点的稳定性分数更新为原有值减1，最低减到0；

（b3）如果文件发送方节点与接收方节点握手成功且文件传输成功，则接收方节点增加发送方节点的稳定性分数，增加的数值为传输速率除以标准传输速率值，最高不超过10。

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