南陵縣政府&國家郵政局郵政業安全中心：快遞物流區塊鏈應用研究報告（51頁）.pdf

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1、基于網絡編碼的分布式存儲框架(network coding-based distributed storage，簡稱NC-DS)屬于協作式存儲，網絡編碼是一種將編碼和路由的信息交換技術，可以對接收的多個數據包進行編碼信息融合，從而提高單次傳輸的信息量，進而提升網絡整體性能25。NC-DS有兩種實現，一種是碼率確定的NC-DRDS，另一種是碼率非確定的NC-RLDS。NC-DRDS機制取代同時輸出數據包的形式，采用順序輸出的形式輸出編碼后的包。將大小為x的區塊(或多個區塊)，切分成k個包，對其進行Reed-Solomn編碼，得到n個編碼包，存放至n個節點中(即一個節點保存至一個包)。倘若仍有節點

2、未保存，繼續將k個數據包編碼成2n個編碼包，存放至2n個節點中。重復上述操作直至區塊鏈網絡中所有節點均保存了一個編碼包，如圖2-6所示。任意k 個編碼包都可恢復原始數據包。而NC-RLDS機制則采用了一種二進制域隨機偏移編碼，將數據包右移隨機位的比特然后按位的方式組合，同樣以NC-DRDS的方式分發至區塊鏈網絡中的每個節點?；诩m刪碼(erasure code)能夠設計降低節點的存儲負擔的LS(Low Storage)節點。區塊先被切分成k個片段，再使用偽隨機數生成器生成的系數對原始片段進行線性組合，生成編碼片段并發送至節點。當節點需要恢復區塊，只需從其它節點下載超過k個編碼片段，對這些編碼片

3、段進行逆線性變換，便可恢復出原始區塊。當有新節點加入區塊鏈網絡中，首先從全節點或者其他LS節點處下載完整區塊鏈，然后對每個區塊進行驗證，并生成編碼片段。新節點將完整的區塊刪除，同時保留區塊的哈希和編碼片段。因此，LS節點在不需要存儲完整區塊鏈的情況下，仍然可以驗證完整區塊鏈。在基于DHT集群的存儲平載均衡模型中，DHT由Chord協議26實現。在該方案中，區塊鏈網絡中的節點劃分成若干個DHT集群，一個DHT集群中的若干個節點共同維護一份完整的區塊鏈數據。區塊鏈中的節點通常需要保存兩部分內容，分別是區塊數據和區塊鏈狀態。在該方案中，DHT集群中的一個節點只需要保存完整區塊鏈副本中區塊數據的一部分

4、，而區塊鏈狀態部分則需要區塊鏈網絡中每個節點都存儲。新區塊產生后，根據區塊的散列值映射到Chord環的對應位置。根據哈希函數的特性，DHT集群內每個節點存儲多少個區塊滿足均勻分布。DHT集群內，如果需要重復存儲R次，則在Chord環中的節點的后面R個節點同樣存儲一次。如果一個區塊在DHT集群內的所有節點都重復存儲，那么此時DHT集群的節點就像全節點一樣。在基于DHT集群的負載平衡模型中，DHT由Kademlia實現。在這個方法中，區塊鏈中的節點分為兩類，第一類在純P2P網絡中挖礦，稱為挖礦節點，另一類在DHT網絡中驗證新交易和新區塊以及保存區塊鏈數據，成為數據節點。當數據節點產生了一個新交易，先廣播至該節點所在的DHT集群中，然后集群中的其他節點將該交易廣播至其他集群中。所有數據節點對交易進行驗證，如果交易有效，將其廣播至P2P網絡中，挖礦節點收集交易，并重復此過程直至挖出新區塊。根據新區塊的哈希得到該區塊的ID，與節點ID進行 XOR運算，得到與區塊ID距離最近的節點所屬的DHT集群。挖礦節點將新生成的區塊廣播至該集群，集群的節點對區塊進行驗證，并添加至區塊鏈中。