基于區塊鏈技術的高校產教融合平臺信息數據共享方法

摘要：信息數據共享階段的傳遞機制存在銜接漏洞，導致數據安全性難以得到保障。為此，文章提出基于區塊鏈技術的高校產教融合平臺信息數據共享方法。該方法采用實用拜占庭容錯算法為數據共享建立了高效且可靠的共識機制，結合區塊鏈技術與余弦相似度分析，利用NC-CS節點分類算法實現高校產教融合平臺信息數據共享。在測試結果中，當并發請求數量達到80人次時開始出現信息丟失，并未出現明顯的爆發性增長。

關鍵詞：區塊鏈技術；信息數據共享；實用拜占庭容錯算法；余弦相似度；NC-CS節點分類算法

中圖分類號：TP393" 文獻標志碼：A

0 引言

數據共享階段，受數據在多部門、組織之間頻繁交換和共享狀態的影響，數據在傳輸過程中容易被第三方截獲并篡改^［1］。由于系統和數據安全的責權邊界較為模糊，權限控制不足，數據超范圍共享和數據暴露風險加大。另一方面，高級持續性威脅（Advanced Persistent Threat，APT）攻擊^［2］，隱蔽性高、感知困難，使得傳統的安全檢測、防御技術難以應對^［3］。如果數據在傳輸過程中未采用有效的加密和驗證措施，就極易被篡改^［4］。黃楊楊^［5］提出了以屬性Logistic混沌映射為基礎的數據安全共享方法，借助Logistic混沌映射的非線性屬性，使得生成的密鑰序列難以被破解，從而有效防止數據在傳輸過程中被篡改。該方法結合屬性基加密技術，可以根據用戶的屬性分配密鑰，實現細粒度的訪問控制。這不僅提高了加密的靈活性，還增強了數據共享的安全性。但是Logistic混沌映射生成密鑰序列的計算過程相對復雜，對計算資源要求較高。申童童等^［6］提出了以Fabric和屬性加密為基礎的數據安全共享方案，借助Fabric作為Hyperledger下屬區塊鏈框架的特性，確保在傳輸和存儲過程中數據的完整性和真實性。同時，結合屬性加密和區塊鏈技術，既實現了細粒度的訪問控制，又確保了數據在區塊鏈上的安全存儲和傳輸。但是，在實際應用過程中，共識機制和存儲能力可能會成為限制其性能的關鍵因素。

在此基礎上，本文提出了基于區塊鏈技術的高校產教融合平臺信息數據共享方法，通過對比分析的方式對設計共享方法的性能加以測試。

1 高校產教融合平臺信息數據共享方法設計

1.1 信息數據共享共識機制構建

考慮到大部分高校產教融合平臺均為分布式系統，針對此，本文采用實用拜占庭容錯算法建立共識機制^［7］，以確保其能夠適用于后續區塊鏈的嵌入以及需要高容錯性的分布式高校產教融合平臺。信息數據共享共識機制流程如圖1所示。

實用拜占庭容錯算法的具體執行流程如下。采用輪轉機制選定主節點，每個節點在一個特定的時間段內扮演主節點的角色，這段時間被稱為一個視圖^［8］。具體的選擇標準以評價值作為指標，其計算方式可以表示為：

Pe（n）=∑λixi（1）

∑λi=1（2）

其中，Pe（i）為節點n的評價值；λi為與節點n權益相對應的指標權重值；xi為與節點n權益相對應的指標，具體包括硬盤容量、硬盤IO速率、內存容量、CPU內核數、CPU頻率以及網絡帶寬。

這樣的設計確保了系統的公平性和去中心化特性。當客戶端發起一個請求時，首先將該請求發送給當前視圖的主節點^［9］。主節點在接收到請求后，進行一系列校驗，包括驗證請求的合法性、簽名，以確保請求的真實性和完整性。具體校驗方式可以表示為：

f（x）=Frsign×Sign（ski，PKset，R）（3）

其中，f（x）為校驗函數；Frsign為合法性校驗函數；Sign（ski，PKset，R）為請求的簽名；PKset為設置的序列號；ski為請求內容；R為視圖號關鍵信息。

在此基礎上，主節點請求分配一個唯一的序列號，該序列號用于確保請求在高校產教融合平臺中的有序處理^［10］。此時，主節點構造一個預準備消息，該消息包含請求內容、序列號、視圖號關鍵信息，將其廣播給所有的副節點。具體可以表示為：

G=Sign（ski，PKset，R）（4）

其中，G為預準備消息；ski為請求內容；PKset為設置的序列號；R為視圖號關鍵信息。

副節點在接收到預準備消息后，進行同樣的校驗過程。如果校驗通過，副節點進入準備階段，構造準備消息廣播給高校產教融合平臺中的其他所有節點，以表明自己已經準備好執行該請求。準備消息傳播至每個節點并收集到來自其他節點的準備消息后，當節點收集到足夠數量的（該研究設置對應的標準為超過2/3的節點）有效準備消息時，則認為該請求已經得到了足夠的支持，構造確認消息進行廣播。借助這一步驟，確保系統中的大多數節點對請求的執行達成共識。最后，在確認消息廣播之后，所有節點執行客戶端的請求，將執行結果作為響應消息發送給客戶端。客戶端在收到足夠數量的（該研究設置對應的標準為超過1/3的節點）響應結果后，即可確定其為請求的最終執行結果。

通過上述信息數據共享共識機制的構建，提高了高校產教融合平臺的容錯性，同時確保了即使在部分節點出現故障或異常的情況下，信息數據共享也能保持正確性和一致性。

1.2 基于區塊鏈技術的平臺信息數據共享

在構建高校產教融合平臺信息數據共享邏輯的過程中，引入了區塊鏈技術，在其中嵌入了鄰域共識-調頻變標（Neighborhood Consensus - Chirp Scaling，NC-CS）節點分類算法，通過余弦相似度分析，為數據的高效整合與共享提供基礎。該共享方法的核心在于精準識別并分類擁有相似數據特征的節點，從而促進相同或相關領域內的數據流通與合作。

NC-CS算法依賴于區塊鏈技術的去中心化、透明性和不可篡改性，確保每個參與節點的數據摘要在加入共享網絡前都能得到公正、安全的處理。通過構建向量空間模型（Vector Space Model，VSM），算法將復雜多維度的數據摘要轉化為簡潔的向量來表示，利用這一過程簡化數據處理流程，同時增強數據間的可比性。具體的向量空間模型可以表示為

X={pe（n1），pe（n2），...，pe（ni）}（5）

其中，X為區塊鏈中每個參與節點的向量空間模型。結合式（5）所示的VSM可以看出，每個特征項及其對應的權重共同構成描述數據特性的向量，其中權重反映了特征項在數據中的重要程度。借助這種設計，無論是文本信息，還是圖像特征，都能通過特征提取和權重分配轉化為統一的向量格式。

在此基礎上，余弦相似度以其對向量方向敏感、對向量大小不敏感的特性，在衡量文本相似度及其他類型數據相似性方面具有較高的可靠性。因此，本文設計了NC-CS算法，利用余弦相似度，計算新加入節點與已有節點之間數據摘要向量的相似程度。

Sim（X，Y）=∑ni=1（xi·yi）x2iyi2（6）

其中，Sim（X，Y）為請求信息對應文本向量與高校產教融合平臺信息數據文本向量之間的相似度。

按照式（6）所示的方式，通過比較2個向量在n維空間中的夾角余弦值，迅速識別出數據特征相似的節點。當計算出的相似度超過預設的閾值時，將新節點歸入相應的共享小組，實現基于數據特征的精準分組。區塊鏈技術的平臺信息數據共享方式如圖2所示。

綜上所述，通過結合區塊鏈技術與余弦相似度分析，利用NC-CS節點分類算法實現高校產教融合平臺信息數據共享。

2 測試與分析

2.1 測試準備

在具體的測試過程中，以某高校產教融合平臺A為基礎開展測試分析。A高校產教融合平臺是推動該院校教育與產業深度融合的重要載體，主要通過整合高校教育資源與產業資源，達到資源共享、優勢互補的目的。在此基礎上，對A高校產教融合平臺的信息數據構成情況進行分析。其中，身份管理模塊的用戶信息庫主要存儲高校師生與企業員工的基本信息，包括姓名、身份證號、職務、所屬單位等，用于身份驗證與權限管理。角色分配工具主要根據用戶身份（如教師、學生、企業員工等）分配不同的系統權限，確保數據的安全性與訪問的合規性。在資源庫中，存儲了高校優質課程資源、企業實際案例、行業技術標準、校企聯合開展的科研項目、技術服務項目、專利、軟件著作權等多元數據信息。高校產教融合平臺共享信息數據規模如表1所示。

為加強高校與企業之間的深度合作，需要為平臺構建安全高效的共享機制。在測試階段，分別采用本文設計的信息數據共享方法以及以屬性Logistic混沌映射為基礎的數據安全共享方法、以Fabric和屬性加密為基礎的數據安全共享方法開展具體的應用分析。通過對3種不同方法的測試結果進行對比，客觀評價本文設計共享方法的應用效果和價值。

2.2 測試結果與分析

在分析不同方法應用效果的過程中，該研究將不同并發請求下，共享階段的信息丟失量作為評價指標，測試結果如表2所示。

從表2可以看出，在3種不同共享方法下，對應的數據信息丟失量表現出了較為明顯的差異。其中，在屬性Logistic混沌映射方法下，當并發請求數量達到30人次時，開始出現信息丟失，信息丟失規模呈現出隨著并發請求數量增加穩定增長的發展趨勢，當并發請求數量達到100人次時，信息丟失量達到了9條；在Fabric和屬性加密方法下，雖然當并發請求數量達到50人次時才開始出現信息丟失情況，但是其發展較為迅速，當并發請求數量達到100人次時，信息丟失量達到了12條；在本文設計方法下，當并發請求數量達到80人次時才開始出現信息丟失，并未出現明顯的爆發性增長。

測試結果表明，本文設計的高校產教融合平臺信息數據共享方法可以有效保障數據的安全。

3 結語

本文圍繞基于區塊鏈技術的高校產教融合平臺信息數據共享方法進行了探討與設計。通過構建信息數據共享共識機制，實現了參與主體間的高效協同與信任，為產教融合過程中的數據流通提供了有力保障。基于區塊鏈技術的平臺信息數據共享方案，不僅提升了數據的安全性與透明度，還促進了資源的優化配置與高效利用。經過嚴格的測試與分析，結果表明該方法具有可行性與有效性，展現了區塊鏈技術在推動高校產教融合深度發展方面的潛力。未來，隨著技術的不斷進步與應用的持續深化，基于區塊鏈的高校產教融合平臺將能夠進一步發揮作用。

參考文獻

［1］陳雪，張路.公共信用信息中心數據處理的權力證成、利益協調與環節標準明確［J］.征信，2024（7）：14-22.

［2］張萌，牟冬梅，鄧君.基于SD模型的醫療機構間醫療數據共享影響因素研究［J］.現代情報，2024（12）：1-19.

［3］彭貽希，金燚，陳志德，等.聯盟鏈下的高效車聯網數據安全共享研究［J］.情報探索，2024（7）：49-55.

［4］劉云朋，張婷.數字政府背景下基于PDCA理論的政務大數據共享模型研究［J］.中國信息化，2024（6）：99-100，88.

［5］黃楊楊.屬性Logistic混沌映射下的物聯網隱私數據安全共享［J］.現代電子技術，2024（13）：97-101.

［6］申童童，黃保華.基于Fabric和屬性加密的數據安全共享方案［J］.廣西大學學報（自然科學版），2024（3）：585-594.

［7］王伯超.第三次國土調查共享服務平臺數據銜接技術研究［J］.測繪與空間地理信息，2024（6）：155-158，163.

［8］陳曄婷，宋語嫣，朱銳，等.基于三方演化博弈的企業數據共享治理機制研究［J］.經濟管理學刊，2024（2）：267-290.

［9］舒雨姍，唐偉忠，龐偉赟，等.基于Greenplum的鐵路數據共享平臺設計［J］.鐵路計算機應用，2024（6）：57-66.

［10］劉晨磊，孫語蔚，王梓炫，等.基于區塊鏈的軟件定義網絡數據安全共享研究進展［J］.南京郵電大學學報（自然科學版），2024（21）：1-19.

（編輯 王永超編輯）

Information and data sharing method of university industry-education integration platform

based on blockchain technology

XIE" Wenda

（Computer Engineering Technical College （Artificial

Intelligence College）， Guangdong Polytechnic of Science and Technology， Zhuhai 519090， China）

Abstract：" Due to the connection loopholes in the transmission mechanism of information and data sharing stage， the security of data is difficult to be guaranteed. Therefore， the article proposes the research on the information and data sharing method of the university industry-education integration platform based on blockchain technology. In this study， an efficient and reliable consensus mechanism for data sharing was established by using practical Byzantine fault tolerance. In combination with blockchain technology and cosine similarity analysis， NC-CS node classification algorithm was used to realize information and data sharing on the university-production-education fusion platform. In the test results， when the number of concurrent requests reached 80， the information began to lose， and there was no obvious explosive growth.

Key words： blockchain technology; information and data sharing; practical Byzantine fault tolerance; cosine similarity; NC-CS node classification algorithm