CN112749144B - 一种基于区块链的持久化文件存储系统及方法 - Google Patents

一种基于区块链的持久化文件存储系统及方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种基于区块链的持久化文件存储系统及方法，所述系统包括：去中心的分布式存储网络、部署于所述存储网络上的物理节点以及与所述物理节点连接的客户端；所述去中心的分布式存储网络中各物理节点能相互访问；所述部署于所述存储网络上的物理节点包括：控制节点和存储节点；所述控制节点用于副本的自动恢复以及文件的合法性验证；所述存储节点用于文件块存储、文件块哈希值的存储以及区块链账本存储；所述客户端与所述控制节点连接。本申请示出的一种基于区块链的持久化文件存储系统及方法，彻底解决了文件永久化存储问题，为密级较高需要永久存储的文件档案提供了可靠的存储方案。

Description

一种基于区块链的持久化文件存储系统及方法
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，尤其是涉及一种基于区块链的持久化文件存储系统及方法。
背景技术
文件存储是信息化时代中工作成果上传、归档的必选项，任何政府机关或企事业单位都需要用到信息化系统进行办公，然而像档案管理系统、财务管理系统等所有信息化系统都无法避免不使用附件的上传和存储，安全可靠的文件存储系统是十分重要的。
传统的文件存储系统能够满足大多数应用系统的存储需求，然而有大量的文件、文档、档案需要根据它们的密级、重要程度等需要长久储存，并且需要保证无法篡改、无法删除，目前能够满足这样需求的存储系统相对较少，因此需要提供一种能够解决针对文件的非法篡改、恶意删除问题，可永久保存文件的分布式存储系统，从而解决以上文件存储的痛点。
发明内容
基于上述问题，本申请提供了一种基于区块链的持久化文件存储系统及方法，用于彻底解决文件永久化存储问题，为密级较高需要永久存储的文件档案提供了可靠的存储方案。
第一方面，本申请示出了一种基于区块链的持久化文件存储系统，包括：一种基于区块链的持久化文件存储系统，包括：去中心的分布式存储网络、部署于所述存储网络上的物理节点以及与所述物理节点连接的客户端；
所述去中心的分布式存储网络中各物理节点能相互访问；
所述部署于所述存储网络上的物理节点包括：控制节点和存储节点；
所述控制节点用于副本的自动恢复以及文件的合法性验证；
所述存储节点用于文件块存储、文件块哈希值的存储以及区块链账本存储；
所述客户端与所述控制节点连接。
第二方面，本申请示出了一种基于区块链的持久化文件存储方法，包括：
建立去中心的分布式存储网络物理节点；
将节点资源表配置于系统中全部所述物理节点；所述节点资源表用于使所述物理节点根据资源表中的IP及端口访问其他节点；
客户端连接已配置的任意所述物理节点并上传文件；
所述被连接物理节点将上传文件分割成指定大小的文件块；
完成所述文件块分割后，所述被连接物理节点计算出每一份文件块的哈希值，并将哈希值存储在所述被连接物理节点的区块链账本上；
所述存储后的物理节点作为广播物理节点，根据所述节点资源表中的IP及端口向其他物理节点广播存储需求信息；
其他物理节点接收到所述广播存储需求后，计算节点自身需求指标，并向所述广播物理节点反馈结果；
所述广播物理节点根据反馈信息自动评估其他物理节点中的最优物理节点，选取排名前N个的最优物理节点向其发送文件信息，选中的物理节点接收文件信息并写入指定目录，并更新自己区块链账本信息。
所述选中的物理节点区块链账本信息更新后，向全网公布账本信息；其他接收到账本信息的物理节点及时更新账本信息；
客户端连接所述去中心的分布式存储网络中任意物理节点下载或查看文件，所述被连接物理节点确定所访问的文件是否存在于该节点，若存在，则直接提供下载，若不存在，则通过账本信息提供文件地址至客户端，同时，所述被连接物理节点对该文件进行缓存，所述缓存过程为：检验所述文件在区块链中指定的节点Alive状态的个数是否满足配置额，若满足，则所述缓存文件标记为临时状态，所述临时状态文件在规定时期内会自动清除，若不满足，则所述缓存文件标记为永久存储，更新所述被连接节点区块链信息并将该区块链账本信息公布至全网。
本发明的有益效果：建立去中心的分布式存储网络，进行分布式存储，因此不受网络拓扑限制，备份操作由系统自动执行且资源由系统自动评估并选择所以更合理，网络中所有存储节点不是所有文件都必须存储，但所有节点都记录同一本账，无法篡改，无法抵赖，客户端下载文件时，当前客户端所连接的节点会自动缓存所下载文件，并根据文件备份典型配额自动决定是否在当前节点永久存储，保证了文件备份的安全性，同时给客户端下载增加了上传节点，也因此增加上下载时的上行带宽。文件篡改检查为客户端提供了文件存在性和文件是否篡改的验证依据，保证了文件的完整性和安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种基于区块链的持久化文件存储系统；
图2为本申请实施例提供的物理节点功能架构图；
图3为本申请实施例提供的一种基于区块链的持久化文件存储方法。
具体实施方式
为使本申请示例性实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请示例性实施例中的附图，对本申请示例性实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例性实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
参阅图1，图1示出一种基于区块链的持久化文件存储系统，包括：去中心的分布式存储网络、部署于所述存储网络上的物理节点以及与所述物理节点连接的客户端；
所述去中心的分布式存储网络中各物理节点能相互访问；
所述部署于所述存储网络上的物理节点包括：控制节点和存储节点；
所述控制节点用于副本的自动恢复以及文件的合法性验证；
所述存储节点用于文件块存储、文件块哈希值的存储以及区块链账本存储；
所述客户端与所述控制节点连接。
在一可行性实施例中，所述系统能够根据文件访问频率和文件密级自动扩充文件块的副本数量，保证数据的安全性及保证使用时服务能够提供足够的性能，系统能将文件块形成区块链中的节点，实现文件内容的无法篡改、无法删除以及永久性安全存储，对永久性数据存储提供可靠性支撑。
参阅图2，图2示出了所述物理节点的功能架构图，所述物理节点包括：控制节点；所述控制节点包括：文件接收器、文件分割器以及资源广播器；
所述文件接收器用于当客户端连接控制节点上传文件时，文件的读取和缓存；所述文件接收器与文件分割器连接；
所述文件分割器与所述文件接收器连接，用于当所述文件接收器缓存成功，以固定大小对文件进行分块处理，所述分块处理为文件下载提供便利；所述文件分割器与存储节点的区块链账本连接；
在一可行性实施例中，所述以固定大小对文件进行分块处理过程为：
计算文件块块数，所述文件块块数计算公式为：块数＝文件大小/文件块固定配额；
根据所述块数将文件分割为文件块；
将所述分割好的文件块依次编号并计算每块文件块哈希值；
将所述分割好的文件块存储在指定目录，并将文件块大小、文件块编号、文件块哈希值以及IP等信息记录在存储节点的区块链账本上。
所述资源广播器用于当文件分块处理后，将文件大小和块数信息广播至其它物理节点并等待其他物理节点反馈信息，根据所述反馈信息自动评估最优物理节点，选取排名前N个的最优物理节点向其发送文件信息，选中的物理节点接收文件信息并写入指定目录，并更新自己区块链账本信息。
参阅图2，图2示出了所述物理节点的功能架构图，所述物理节点还包括：存储节点；所述存储节点包括：区块链账本、账本发布器、文件检索器以及文件篡改检查；
所述区块链账本用于记录分块处理后的文件块信息、文件块哈希值信息；所述去中心的分布式存储网络中所有物理节点区块链账本信息均需同步，若存在新加入的物理节点，则必须同步区块链账本信息；所述区块链账本与所述账本发布器、文件检索器以及文件篡改检查相连接；所述区块链账本通过记录文件块信息、文件块哈希值信息以及服务器地址信息，为文件检索、文件防篡改、文件防删除、篡改验证等提供了有效支撑并通过账本信息同步更新实现了区块链账本全网信息统一。
所述账本发布器用于当选中的物理节点接收文件信息并写入指定目录，并更新自己区块链账本信息后，向所有物理节点公布账本信息，统一所有物理节点账本信息；
所述文件检索器用于检索选中的物理节点是否为被连接节点，若选中的物理节点不是被连接节点，则选中的物理节点接收文件信息并写入指定目录；所述文件检索器包括自动备份功能及自动缓存功能，所述自动备份功能用于保持去中心分布式存储文件备份数满足备份要求的备份数量，所述自动缓存功能用于为文件下载提供上行带宽的增加。
所述文件篡改检查用于通过文件块信息计算文件块哈希值信息，并在所述去中心的分布式存储网络中查找是否有内容篡改；
同时通过文件块哈希值信息检索文件块是否真实存在，所述文件篡改检查是系统独立的服务，为客户端提供文件篡改验证查询。
参阅图3，图3示出一种基于区块链的持久化文件存储方法，包括：
建立去中心的分布式存储网络物理节点，所述物理节点包括：控制节点和存储节点；所述控制节点包括：文件接收器、文件分割器以及资源广播器，所述存储节点包括：区块链账本、账本发布器、文件检索器以及文件篡改检查；
将节点资源表配置于系统中全部所述物理节点；所述节点资源表用于使所述物理节点根据资源表中的IP及端口访问其他节点；
客户端连接所述已配置的任意所述物理节点并通过所述文件接收器上传文件；
所述文件分割器将上传文件分割成指定大小的文件块；
完成所述文件块分割后，所述被连接物理节点计算出每一份文件块的哈希值，并将哈希值存储在所述被连接物理节点的区块链账本上；
所述存储后的物理节点作为广播节点，通过资源广播器根据所述节点资源表中的IP及端口向其他物理节点广播存储需求信息；
其他节点接收到所述广播存储需求信息后，计算节点自身需求指标，并向所述广播节点反馈结果；
所述广播节点根据其他节点的反馈结果，选择最优节点并向其进行数据分发；所述节点个数根据系统初始化配至设定；所述最优节点接收数据块并进行存储，同时更新区块链的账本信息；
所述区块链账本信息更新后，向全网公布账本信息；其他接收到账本信息的节点及时更新账本信息；
客户端连接任意节点下载或查看文件，所述连接节点确定所访问的文件是否存在于该节点，若存在，则直接提供下载，若不存在，则通过账本信息提供文件地址至客户端，同时，当前节点对该文件进行缓存；所述缓存过程为：检验所述文件在区块链中指定的节点Alive状态的个数是否满足配置额，若满足，则所述缓存文件标记为临时状态，所述临时状态文件在规定时期内会自动清除，若不满足，则所述缓存文件标记为永久存储，更新所述被连接节点区块链信息并将该区块链账本信息公布至全网。
在一可行性实施例中，所述一种基于区块链的持久化文件存储方法，还包括：校验所述文件存在的真实性；
所述被连接物理节点校验所述文件存在的真实性过程为：
客户端向被连接物理节点提供哈希值或提供文件；
若提供哈希值，则系统通过文件检索器检索文件是否存在，同时检索文件详细信息，所述文件详细信息包括：文件块个数、服务器地址、端口、上传时间等信息；
若提供文件，则系统通过文件分割器进行文件分块；
计算所述文件块哈希值及文件整个哈希值；
通过文件检索器进行文件整个哈希值的计算和匹配；
计算每个文件块的哈希值通过文件检索器进行匹配；
合并最终检索结果给前端，内容包括文件是否篡改以及被篡改的文件块信息。
本申请示出的技术方案，建立去中心的分布式存储网络，进行分布式存储，因此不受网络拓扑限制，备份操作由系统自动执行且资源由系统自动评估并选择所以更合理，网络中所有存储节点不是所有文件都必须存储，但所有节点都记录同一本账，无法篡改，无法抵赖，客户端下载文件时，当前客户端所连接的节点会自动缓存所下载文件，并根据文件备份典型配额自动决定是否在当前节点永久存储，保证了文件备份的安全性，同时给客户端下载增加了上传节点，也因此增加上下载时的上行带宽。文件篡改检查为客户端提供了文件存在性和文件是否篡改的验证依据，保证了文件的完整性和安全性。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种基于区块链的持久化文件存储系统，其特征在于，包括：去中心的分布式存储网络、部署于所述存储网络上的物理节点以及与所述物理节点连接的客户端；
所述去中心的分布式存储网络中各物理节点能相互访问；
所述部署于所述存储网络上的物理节点包括：控制节点和存储节点；
所述控制节点用于副本的自动恢复以及文件的合法性验证，所述控制节点包括：文件接收器、文件分割器以及资源广播器；
所述文件接收器用于当客户端连接控制节点上传文件时，文件的读取和缓存；
所述文件分割器与所述文件接收器连接，用于当所述文件接收器缓存成功，以固定大小对文件进行分块处理并通过存储节点存储文件信息；
所述资源广播器用于当文件分块处理后，将存储的文件信息广播至其它物理节点并等待其他物理节点反馈信息，根据所述反馈信息自动评估最优物理节点，选取排名前N个的最优物理节点向其发送文件信息，选中的物理节点接收文件信息并写入指定目录，并更新自己区块链账本信息；
所述存储节点用于文件块存储、文件块哈希值的存储以及区块链账本存储，所述存储节点包括：区块链账本、账本发布器、文件检索器以及文件篡改检查；
所述区块链账本用于记录分块处理后的文件信息，所述文件信息包括：文件块信息、文件块哈希值信息；所述去中心的分布式存储网络中所有物理节点区块链账本信息均需同步，若存在新加入的物理节点，则必须同步区块链账本信息；
所述账本发布器用于当选中的物理节点接收文件信息并写入指定目录，并更新自己区块链账本信息后，向所有物理节点公布账本信息，统一所有物理节点账本信息；
所述文件检索器用于检索选中的物理节点是否为被连接节点，若选中的物理节点不是被连接节点，则选中的物理节点接收文件信息并写入指定目录；
所述文件篡改检查用于通过文件块信息计算文件块哈希值信息，并在所述去中心的分布式存储网络中查找是否有内容篡改；同时通过文件块哈希值信息检索文件块是否真实存在；
所述客户端与所述控制节点连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的持久化文件存储系统，其特征在于，所述以固定大小对文件进行分块处理过程为：
计算文件块块数，所述文件块块数计算公式为：块数＝文件大小/文件块固定配额；
根据所述块数分割所述文件块；
将所述分割好的文件块依次编号并计算每块文件块哈希值；
将所述分割好的文件块存储在指定目录，并将文件块大小、文件块编号、文件块哈希值以及IP信息记录在区块链账本上。
3.一种基于区块链的持久化文件存储方法，其特征在于，包括：
建立去中心的分布式存储网络物理节点；
将节点资源表配置于系统中全部所述物理节点；所述节点资源表用于使所述物理节点根据资源表中的IP及端口访问其他节点；
客户端连接已配置的任意所述物理节点并上传文件；
所述被连接物理节点将上传文件分割成指定大小的文件块；
完成所述文件块分割后，所述被连接物理节点计算出每一份文件块的哈希值，并将哈希值存储在所述被连接物理节点的区块链账本上；
所述存储后的物理节点作为广播物理节点，根据所述节点资源表中的IP及端口向其他物理节点广播存储需求信息；
其他物理节点接收到所述广播存储需求后，计算节点自身需求指标，并向所述广播物理节点反馈结果；
所述广播物理节点根据反馈信息自动评估其他物理节点中的最优物理节点，选取排名前N个的最优物理节点向其发送文件信息，选中的物理节点接收文件信息并写入指定目录，并更新自己区块链账本信息；
所述选中的物理节点区块链账本信息更新后，向全网公布账本信息；其他接收到账本信息的物理节点及时更新账本信息；
客户端连接所述去中心的分布式存储网络中任意物理节点下载或查看文件，所述被连接物理节点确定所访问的文件是否存在于该节点，若存在，则直接提供下载，若不存在，则通过账本信息提供文件地址至客户端，同时，所述被连接物理节点对该文件进行缓存，所述缓存过程为：检验所述文件在区块链中指定的节点Alive状态的个数是否满足配置额，若满足，则所述缓存文件标记为临时状态，所述临时状态文件在规定时期内会自动清除，若不满足，则所述缓存文件标记为永久存储，更新所述被连接节点区块链信息并将该区块链账本信息公布至全网。
4.根据权利要求3所述的一种基于区块链的持久化文件存储方法，其特征在于，所述方法还包括：校验所述文件存在的真实性；
被连接物理节点校验所述文件存在的真实性过程为：
客户端向被连接物理节点提供哈希值或提供文件；
若提供哈希值，则系统通过文件检索器检索文件是否存在，同时检索文件详细信息，所述文件详细信息包括：文件块个数、服务器地址、端口、上传时间信息；
若提供文件，则系统通过文件分割器进行文件分块；
计算所述文件块哈希值及文件整个哈希值；
通过文件检索器进行文件整个哈希值的计算和匹配；
计算每个文件块的哈希值通过文件检索器进行匹配；
合并最终检索结果给前端，内容包括文件是否篡改以及被篡改的文件块信息。
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