區塊鏈技術下大規模電子通信信息存儲方法

殷文霞

（宜興高等職業技術學校， 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。在移動設備傳遞大規模的通信信息時，不僅需要考慮網絡傳輸能力， 還需要兼顧網絡能否承擔大規模的傳輸壓力。如何在大規模的信息傳輸模式下，完整地存儲通信信息，成為通信網絡面臨的新挑戰。針對信息存儲問題，研究人員設計了多種方法。其中，基于Hadoop 的大規模電子通信信息存儲方法， 與基于沖突檢測的大規模電子通信信息存儲方法的應用較為廣泛。

基于Hadoop 的大規模電子通信信息存儲方法，主要是利用單節點雙層Hadoop 結構，承擔大規模信息存儲的壓力，并構建出建MapReduce 并行信息存儲模型，調節存儲節點的負載，從而均衡信息存儲效率[1]。 基于沖突檢測的大規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的結構沖突問題進行檢測， 將存在沖突的信息作出結構分配， 平衡各個信息之間的檢測條件與相應時間，從而實現信息存儲的控制與管理[2]。 以上兩種方法均能夠進行信息存儲，但是受到通信規模的影響，信息存儲文件較為復雜，很難快速找出相關信息，影響電子信息的后續傳輸[3]。 因此，本文結合了區塊鏈技術的優勢，設計了大規模電子通信信息存儲方法。

1 基于區塊鏈技術的大規模電子通信信息存儲方法設計

1.1 獲取大規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， 需要在區塊鏈底層實現不同信息的互聯， 使電子通信信息之間存在共享關系[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，確保區塊鏈上的信息完整地存儲。 假設大規模電子通信信息存儲的過程中，存在區塊鏈A 與區塊鏈B 兩個存儲鏈。 用戶將通信信息存儲在IPFS 中，從區塊鏈A 返回的哈希密文就是需要存儲的信息，區塊鏈B 沒有訪問的權限[5]。 當B獲得訪問權限之后， 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起跨鏈傳輸的智能合約，合約中包含鏈路中的信息具體內容。通過區塊頭驗證通信權限之后， 將存儲需求發送到目標區塊鏈中[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 基于區塊鏈技術建立大規模電子通信信息存儲機制

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

式中：xm—處理完成的明文文件；α1—存儲參數；PSBS—SBS存儲明文的傳輸功率；fm，i—用戶m 發起的第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 均能夠為一個類別的通信信息作出服務。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的通信信道保持恒定。 利用區塊驗證通信信息，公式如下：

式中：Sfm，i—解碼區塊明文所需的信號；α2—解碼參數；ym，1—關聯信息的通信信道。 區塊鏈的核心部分就是信息存儲共識機制，該機制將存儲節點的存儲權打包出塊，在其他相同類別的存儲節點進行共識存儲。 數據存儲、上鏈、查詢、下載、訪問控制是一個全鏈流程，既能保留區塊鏈的自身優勢，又能提升電子通信信息的存儲效率。 無論多大規模的信息，均能夠通過IPFS 進行信息分配，在上鏈具有唯一標識，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，以此保護通信信息的使用權限。

2 實驗

為了驗證本文設計的方法是否滿足通信信息存儲需求，本文對上述方法進行了實驗分析。 最終的實驗結果則以文獻[1]基于Hadoop 的大規模電子通信信息存儲方法、文獻[2]基于沖突檢測的大規模電子通信信息存儲方法，以及本文設計的基于區塊鏈技術的大規模電子通信信息存儲方法進行對比的形式呈現。 實驗準備過程以及最終的實驗結果如下所示。

2.1 實驗過程

本次實驗選用M 數據集， 該數據集中存在大量的電子通信信息，可以滿足信息存儲驗證需求。 M 數據集中的每個信息內容的數據量均從{0.1，0.2，0.3，0.4，0.5}中隨機選取，區塊鏈上需要進行信息存儲的用戶為20 人。 在每個存儲時隙中， 根據Zipf 分布確定信息存儲在區塊上的分布情況。 大規模電子信息存儲流程如圖3 所示。

圖3 大規模電子信息存儲流程圖

如圖3 所示， 電子通信信息經過存儲機制的處理分配之后，將不同類別的通信信息存儲在不同的明文文件中，便于后續數據查詢。 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，并以存儲命中率作為存儲效果判斷指標，為大規模信息存儲提供保障。

2.2 實驗結果

在上述實驗條件下，本文隨機選取出1000bits 電子通信信息進行存儲，能夠滿足大規模存儲需求。 本次實驗將選取信息量一致的不同存儲請求，向文獻[1]基于Hadoop的大規模電子通信信息存儲方法、文獻[2]基于沖突檢測的大規模電子通信信息存儲方法， 以及本文設計的基于區塊鏈技術的大規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行分析。 實驗結果如表1 所示。

表1 實驗結果

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

使用文獻[2]基于沖突檢測的大規模電子通信信息存儲方法之后，k_M 在84%～93%的范圍內波動，較之文獻[1]方法存在較大的改進，但仍存在存儲請求未命中的情況，亟需對其進一步優化。 而使用本文設計的基于區塊鏈技術的大規模電子通信信息存儲方法之后，k_M 在99%～100%的范圍內波動，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 結束語

近些年來， 智能化技術發展迅猛， 信息時代正式到來。 無線通信網絡的發展，使通信信息呈現爆炸式增長，移動設備產生的業務信息更加廣泛。 面向如此大規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，本文利用區塊鏈技術，設計了大規模電子通信信息存儲方法。從存儲明文、存儲機制兩個方面，將電子通信信息進行區塊化存儲，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，對于通信網絡的流暢化運行具有重要作用。