基于區塊鏈技術的安全檔案管理系統設計與應用

曾善會

（東營市勝利教育管理服務中心 山東 東營 257091）

0 引言

數字化時代下，安全檔案管理系統的重要性不斷上升，常見的安全檔案管理系統的主要弊端是中心化存儲的脆弱性、數據恢復過程的復雜性、對外部審計的高度依賴，導致系統難以應對日益精進的網絡攻擊手段，限制了系統處理效率與推廣力度［1］。區塊鏈技術的出現與推行為檔案系統安全性的提高提供了重要支持。作為以去中心化為核心思想的數據技術，區塊鏈技術不僅能夠增強安全檔案管理系統的數據安全性，還能提高系統的透明度和可追溯性，減少了單點故障帶來的風險［2］。區塊鏈技術在安全檔案管理系統設計中的應用提高了系統安全性，為檔案管理工作提供了巨大幫助，具有較高的推廣價值。

1 區塊鏈技術在安全檔案管理系統中的應用場景

安全檔案管理系統是專用于存儲、處理和保護各種檔案文件的信息系統，以數據安全為核心目標。基本功能包括檔案的數字化存儲、索引和檢索、訪問控制、數據備份和恢復、安全性監控等。在傳統的安全檔案管理系統中，雖然已采用多種技術手段如加密算法、權限控制和備份策略來保護數據，但仍存在數據篡改、中心化存儲的風險。集中存儲的檔案容易成為黑客攻擊的目標，一旦中心數據庫受損，將影響整個檔案系統的安全和穩定性。傳統系統在檔案的可追溯性和透明性方面常有不足。區塊鏈的不可篡改特性保障了檔案數據真實性，檔案數據被分布存儲于多個網絡節點，即使部分節點受損，整體數據仍然保持安全和完整，提高了檔案管理系統的整體可靠性。

2 系統架構設計

隨著檔案管理工作的逐漸發展，檔案管理系統對安全需求的要求不斷提高，追求數據不可篡改、審計可追溯［3］。而區塊鏈技術具有數據不可篡改的性質，能對數據信息做特殊加密處理，為安全檔案管理提供了新技術、新思路。基于這一思路可知，安全檔案管理系統的設計原則應是：①數據不可篡改。一旦數據被錄入系統后，便不能被修改或刪除。②去中心化設計。任何單一點的故障或攻擊都不能影響整個系統的可用性。③保障數據隱私。用加密算法來保護鏈上數據。④易用性。系統應能便捷集成已有基礎設施，適應不同規模的檔案管理需求。

該系統主要包括3 個模塊：檔案管理模塊，區塊鏈數據保護模塊和安全監控模塊。其中，檔案管理模塊主要負責檔案的數字化輸入、分類、索引和檢索。該模塊提升了電子檔案存儲的結構化程度，支持高效的數據處理和檢索技術，使用元數據技術和快速搜索功能實現檔案生命全周期管理［4］。區塊鏈數據保護模塊負責數據加密和鏈式存儲，確保所有檔案數據在錄入之后不可篡改、可追溯。該模塊可自動執行數據訪問控制、驗證和記錄每一筆檔案的訪問和修改記錄，為合規性審核提供強有力的技術支持。安全監控模塊的功能負責實時監控系統的安全狀態，防止未授權訪問和檢測潛在的安全威脅。該模塊利用區塊鏈的分布式節點檢測分布式威脅，增強系統的整體安全性，負責生成安全日志，用以記錄所有系統操作，為安全審計提供了可信的證據［5］。總之，基于區塊鏈技術的安全檔案管理系統是一個綜合性的數據保護和監控平臺，利用區塊鏈技術的特點提高檔案數據的安全性和可信度，使用智能合約等自動化工具降低運營成本。其具體架構設計如圖1 所示。

圖1 安全檔案管理系統結構圖

3 系統功能設計

3.1 檔案管理模塊設計

檔案管理模塊的設計是系統架構中的核心組件，承擔著維護檔案數據完整性、確保信息安全及提供實時檔案訪問的關鍵任務。檔案管理模塊設計包括數據層、邏輯層與表示層，以實現數據的高效管理與保護。數據層主要包含持久化的檔案數據與索引信息，支持高并發的數據操作，以保證操作的一致性與隔離性。邏輯層通過RESTful 服務與數據層進行交互，實現數據的CRUD 操作（創建、讀取、更新和刪除）。表示層負責將檔案數據在區塊鏈網絡中分布式存儲，借助智能合約實現數據訪問控制邏輯，提升數據安全性。檔案管理模塊設計體現了高度的安全性、可擴展性和用戶友好性，綜合應用了數據庫技術、分布式計算、區塊鏈技術、信息檢索技術和微服務架構，確保系統數據安全。具體結構如圖2 所示。

圖2 檔案管理模塊設計

3.2 區塊鏈數據保護模塊設計

區塊鏈數據保護模塊的核心是分布式賬本的實現，以此加強檔案數據的安全性和完整性。該模塊關系到加密數據的存儲安全、數據不可變性、數據操作透明度和可追蹤性。數據層采用分布式賬本技術將檔案數據加密并分散存儲在去中心化的網絡節點上，使用公私鑰基礎設施來保障數據傳輸的安全性和數據訪問的控制。每一筆檔案數據的存儲都被構建為一個獨立的區塊，通過加密哈希函數鏈接到前一個區塊，形成不可篡改的Merkle DAG 鏈結構，利用Merkle 樹來提高數據存儲效率和驗證速度的數據結構。在Merkle DAG 中，每個節點包含數據塊的加密哈希值，確保在數據量巨大的情況下也能快速驗證數據的完整性。見圖3。

圖3 區塊鏈數據保護模塊設計

邏輯層基于區塊鏈的智能合約，主要功能是實現自動化數據管理規則執行，做好訪問控制、數據共享協議與自動化審計追蹤。智能合約被存儲在區塊鏈上，可在預定條件被觸發時自動執行合約條款，實現了無需信任第三方的自動化交易保證機制。表示層則通過RESTful API 與邏輯層進行交互，為不同的客戶端應用提供簡便接口，支持檔案管理系統前端、移動應用與區塊鏈數據保護模塊通信。API 設計采用了無狀態協議和標準的HTTP 方法，確保了服務的可擴展性和模塊之間的低耦合性。

3.3 安全監控模塊設計

安全監控模塊構建了去中心化節點網絡，每個節點由Agent 代表，負責檔案數據的提交與驗證。節點間的通信必須經過嚴格的加密協議，保證數據在傳輸過程中的機密性與完整性。模塊智能合約的部署和執行由區塊鏈主服務器（Server）控制，加強了系統的可靠性和權威性，采用了鏈上和鏈下存儲結合的方式存儲檔案，將檔案哈希值與時間戳直接存儲在鏈上，以便于驗證其完整性和原始性，實際的檔案內容則存儲在鏈下的分布式文件系統中，指向鏈上元數據的鏈接進行索引，既利用了區塊鏈的安全特性，又優化了存儲空間的使用效率。見圖4。

圖4 安全監控模塊設計

4 系統測試

4.1 數據來源

本研究采用了CryptoCompare 數據集，這是一個涵蓋了加密貨幣交易、挖礦信息、實時市場數據和歷史市場數據的綜合性數據集，包含超過5 000 個條目，其中涉及多種加密貨幣的價格、交易量、市場占有率等關鍵指標。系統測試遵循了嚴格的實驗設計準則，旨在驗證檔案管理系統在數據保護和安全監控兩個維度上的性能。測試過程分為數據保護功能測試和安全監控功能測試兩個階段。數據保護功能測試階段重在驗證系統存儲、處理和傳輸檔案數據時的完整性和不可篡改性。安全監控功能測試重點是測試系統的實時監控能力和異常檢測機制。

4.2 數據保護功能測試

從CryptoCompare 數據集中導入10 000 條測試數據，在區塊鏈檔案管理系統中輸入測試數據，每條數據被視為一個獨立的交易，被記錄到區塊鏈中。使用系統驗證每筆數據存儲是否生成了對應的唯一哈希值，并且是否能夠被正確地鏈接到區塊鏈上的前一個記錄。隨機檢查1 000條存儲數據，比對數據條目的哈希值與系統中記錄的哈希值是否一致。特殊修改1 000 條存儲的數據，檢測系統是否能夠通過哈希不一致來識別出數據篡改。結果如表1所示，系統可幾乎完美地實現數據保護功能，具有極強的安全性。

表1 數據保護功能測試結果

4.3 安全監控功能測試

配置安全監控系統異常行為檢測參數， 從CryptoCompare 數據集中導入10 000 條測試數據，持續監控輸入數據，檢測并記錄系統對數據流的處理性能和準確性。模擬加密貨幣市場高波動性場景，測試系統的報警功能能否及時觸發。模擬網絡DDoS 攻擊與內部數據泄露事件，觀察系統的檢測和響應機制，記錄系統從檢測到異常到發出警報的時間，評估系統安全監控效率。結果如表2 所示，基于區塊鏈技術的系統具有明顯優于傳統系統的性能，安全性極強。

表2 安全監控功能測試結果

5 結語

區塊鏈技術能提供傳統技術遠不可及的強大安全性，為安全檔案管理系統提供堅實的數據安全保障。該技術在安全檔案管理系統中的應用能夠顯著提升我國檔案管理的安全性。在數字化辦公日益普及的當下，數字檔案安全性的提升無疑是推動檔案工作向前發展的必要動力。研究基于區塊鏈技術設計了安全檔案管理系統，結果表明系統具有較強的數據保護與安全監控性能，能夠應對當前較為棘手的DDos 攻擊等新型網絡攻擊，是符合當前市場需求的檔案管理系統，可為安全系統技術的整體發展起到積極作用。