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成都信息工程大学硕士学位论文

跨链互联互通存储机制研究

摘要

区块链技术在各行各业中广泛应用，其安全性使其成为分布式存储账本的理

想选择。作为分布式账本时，区块链系统的交易都需要经过节点的验证和授权，

并对交易信息进行加密处理以防数据被篡改或窃取。此外，区块链生成的数据分

布存储在网络中的各个节点上，能够避免传统数据存储需要通过中心化的服务器

来存储数据所导致单点故障和数据安全问题。目前，大部分区块链平台的数据是

以区块链式存储为主，区块通过包含前一区块的哈希值来进行链接，此机制能够

确保数据完整性。区块链所具有的这些特性以及其完全复制的数据存储模式使其

能够在不足以信任的环境中完整安全地存储数据；区块链的数据存储管理模型逐

渐成为其在各个领域的应用中发挥价值的关键技术。但是，随着区块链写入数据

量的不断增加，区块链系统在实际应用实现中面临着存储空间扩展受限、数据灵

活性和可用性低等诸多发展困境；同时，随着跨链互联互通的需求被出，跨链

时数据格式和协议不统一、跨链存储的性能和可伸缩性等都面临着严峻的考验。

依据上述背景，本文以探寻区块链存储模型和跨链互联存储机制的为目的，

结合了链下存储的思想和重复数据删除技术对区块链存储模型进行了优化，并设

计了一种跨链互联互通存储模型。本文设计的主要贡献如下：

（）针对区块链全复制存储模式导致的存储空间受限问题，结合智能合约1

与重复数据删除技术，出了主副链双链模型来减少主链上的数据存储量。该模

型副链用以存储大量数据副本以及非交易类数据，主链通过API(Aapplication

ProgrammingInterface)接口对副链进行监管。副链存储大量的数据副本以及非交

易性数据。并将副链存储系统分为存储层和处理层。采用重复数据删除技术以降

低副链数据的冗余度，通过实验与分析，冗余度较全复制存储降低约27%，并

且双链存储模型能够在保障数据查询效率的基础上减少主链的存储开销，具有较

高的可扩展性。

（2）针对跨链场景下的数据存储存在异构和安全性问题，将双链模型与纠

删码编码技术相结合，使其能够在减少数据传输冗余的基础上，设计出适用于跨

链互联互通应用场景的跨链存储模型，该模型中包含数据分区处理，数据编解码、

数据存储响应等模块，对每个模块进行了智能合约设计，通过智能合约实现主副

数据的LRC(LocalReconstructionCode)编码和BR(Blaum-RothCode)编码转换算

法，增强存储模型吞吐量并有效降低存储空间开销。并通过实验验证跨链存储模

型能够有效运行。

关键词：区块链存储，跨链互联，重复数据删除技术，编码转换算法

II

成都信息工程大学硕士学位论文

ResearchonCross-chainInterconnectionStorage

Mechanism

ABSTRACT

Blockchaintechnologyhasbeenwidelyadoptedinvariousindustriesduetoits

security,makingitanidealchoicefordistributedledgerstorage.Asadistributed

ledger,blockchainsystemsrequirevalidationandauthorizationfromnodesfor

transactionsandencrypttransactioninformationtopreventtamperingortheftofdata.

Furthermore,thedatageneratedbytheblockchainisdistributedandstoredonvarious

nodesinthenetwork,therebyavoidingthesinglepointoffailureanddatasecurity

problemscausedbytraditio