互联网信息技术的兴起带动了区域经济的发展，由此也产生了大量的经济信息。为了便于查找、分析区域经济历史数据、预测未来区域经济的发展趋势，将信息共享理念引入到区域经济发展中，通过建立共享机制开启一种经济信息管理新模式[1]。共享概念最早由国外学者马科斯·费尔逊和琼·斯潘思教授提出，主张利用一个第三方平台实现区域间的信息共享交流[2-5]。区块链技术是一种新兴科技，通过去中心化的方式建设系统信任机制，具有开放、透明和不可篡改等技术特点，因此将该技术作为实现系统数据存储安全、使用安全的关键，本文设计了基于区块链技术的区域经济信息共享系统。
1系统硬件框架设计
为有效增强区域经济信息共享系统在数据存储与数据共享方面的安全性，本文构建一个具有可追踪功能的共享系统硬件框架，如图1所示。图1中，开发板是系统中追踪定位设备的主要载体，数据存储、程序运行、信息界面显示等一系列操作均需通过开发板执行[6]。同时，其他的系统构成硬件也需配合开发板完成各自的工作。连接无线适配器A通过空中接口与GPS接收器相连，从而形成一个“无线内网”，实现本地数据的接收和更新。在本地设备和远端设备之间通过空中接口建立网络连接，构成“无线外网”，可实现共享系统中多个设备的经济信息共享。利用USB集线器扩展开发板的USB接口，可使得开发板能够支持更多本地设备和远端设备。电脑界面中的各项操作由鼠标控制[7]。本文设计的系统硬件框架中，选用OK6410开发板，该开发板具有低功耗、高性价比的RSIC处理器和ARM11内核，可在667MHz主频上平稳运行。利用该开发板处理视频、音频和三维图像后，可实现利用2D加速和数据显示功能处理信息[8]。系统选用型号为MTKMT3329的GPS接收器，其具有快速定位、高灵敏度和低功耗的特点，可用来同时搜索多个共享端[9]，从而获得稳定的共享需求信号，并向共享用户端实时更新区域经济信息数据。将开发板与GPS接收器这两个主要硬件按照设计的框架进行安装和调试，在测试设备运行流畅度之后，完成对区域经济信息共享系统硬件环境的设计。
2系统软件部分设计
2.1利用区块链技术设置信息双链式存储方式
为提高信息共享系统中信息存储的安全性、确保信息查询和共享的有效性，本文利用区块链技术在共享系统中设置双链式存储方式。当提取网络中的信息后，将信息缓存在信息提取池中等待新的区块生成。生成新的信息区块后，根据信息提取量、查询内容等，将信息从提取池打包到区块中，并利用一体化网络验证区块信息[10-11]。上述数据存储过程中，新区块的产生速度和区块容量决定了区块链写入数据的速度。该速度的计算过程，如式(1)。(1)式中，vt表示区块链写入数据的速度;t1表示实际出块时间;t2表示目标出块时间;C1表示产生新区块的容量;C2表示实际信息所需容量;t1-t2表示网络时间延迟。根据式(1)可知，实际出块时间受目标出块时间和网络时间延迟的影响，因此需要确定最佳区块的大小。本文通过难度控制算法确定最佳区块的大小，如式(2)。(2)式中，D表示最佳区块大小;di+1表示下一区块的数据挖掘难度;di表示当前区块的数据挖掘难度;T、T′分别表示当前区块以及下一区块的出块时间;k1、k2表示两个特定的常数值。当di+1越小时，证明数据挖掘难度低，新区块产生的时间短[12]。在此基础上，为保证共享系统的安全性，根据陈旧率计算系统中存在攻击行为时系统对信息的算力，如式(3)(3)式中，β表示区块链陈旧率;φ表示存在攻击时系统对信息的算力。由于攻击程序需要掌握50%以上的全网算力，才能攻破系统的防御篡改区域经济信息中的有效数据，因此，本文从一定程度上减少网络延迟时间、提高数据读写速度，在此基础上建立双链式存储方式。双链式存储方式中，使用MySQL关系式数据库存储链上经济信息和查询哈希散列值，并随时保存哈希散列值[13]。在此基础上，通过在数据中加入父区块哈希散列值，可以在只知道最后一条数据对应地址的条件下，找到对应的所有数据，同时降低系统被篡改或被破坏的可能[14]。双链式存储结构，如图2所示。在本文设计的双链式存储结构中，每个区块都包含了上一区块中的数据信息，从而形成了链式存储结构，存储结构中对应的交易哈希最终值(lasttransactionhash)在下一次写入新数据时，利用上述存储的lasttransactionhash作为哈希值(Parenthash)写入本次区块链中，如此一来可以在每个哈希值中获取Parenthash，并一层一层向前找出所有哈希值。该过程的执行过程，如式(4)(4)式中，Si表示储存后的第i条经济信息;hi-1表示与Si对应的上一条哈希值[15];f(*)表示封装，生成全新的数据。
2.2利用P2P网络实现信息共享
在上述研究的基础上，本文利用区块链技术构建的共享系统的底层P2P网络。在P2P网络下，每个区域中的用户端均被当作一个平等节点，在信息获取和分享时具有同等的权利。且当网络中接入新的节点时，需要明确网络中的其他节点的位置与状态，才能实现区块链同步。因此，需写定多个可以提供DNS服务的节点IP地址，利用DNS节点扫描网络中的活动节点，并记录其IP信息。当系统中存在试图加入区块链网络的新节点时，其可向DNS节点发送随机请求，从而获取网络中的其他活动节点的位置与状态信息。但由于节点的活动性较强，一些节点可能出现不在线的情况，因此直到新节点请求被响应，系统才能返回网络活动节点的IP地址列表。但这一过程中，依靠DNS节点返回数据可能被其他软件或程序攻击，所以当节点上线后，与该节点相连的其他节点会发出IP地址和端口号，利用一个中心化方式验证节点状态[16-17]。在获取到其他节点IP后，试图加入区块链网络的新节点发送自己的版本信息，包括但不限于系统版本、已经同步的区块等，由此实现与对端节点的连接。当对端节点收到信息后，向新节点回复自己的版本信息，双方确认信息后，节点之间成功建立连接，此时要求节点运行时间同步。而节点首次加入区块链网络后，节点还需要下载网络中最长区块链上的所有区块数据。完成节点区块化后，该节点随机选择网络中的一个节点进行区块同步，此时的新节点向同步节点发送请求头部信息[18]，如图3所示。在请求头部信息头部哈希值字段内，新节点填入自己拥有的区块头部哈希，并在截止哈希值字段内填写0，请求最大数量区块头部。同步节点收到图3所示信息后，回复头部信息[19]，如图4所示新节点收到同步节点的回复后，根据共识机制和目标数判断头部哈希的正确性。不断重复上述步骤，直到同步节点回复的哈希值数量少于设定的头部信息。当获取的头部信息属于网络中的最优区块链后，新节点发送请求数据，从而获取完整的区块信息。请求区块信息，如图5所示[20]。新节点根据区块链上的顺序判断区块的准确性。当下一个需要被验证的区块还未获得时，需要设置系统等待时间。若一直未收到区块信息，新节点会断开连接，向其他节点发送请求，直至获取完整的信息。根据上述设置的信息共享机制，将双链式存储的区域经济信息进行数据共享。至此，基于区块链技术的区域经济信息共享系统设计完毕。
3实验测试与应用分析
为验证此次设计的基于区块链技术的区域经济信息共享系统的应用性能，测试其是否能防止恶意篡改、提升用户的使用信任度，设计如下仿真对比实验。所用的对比系统分别为基于物联网架构的信息远程共享系统(对照A组)、基于以太坊的物联网可伸缩信息共享系统(对照B组)和基于标准化建模的跨域信息共享系统(对照C组)。
3.1实验准备
实验准备过程中，设置一个篡改程序，将该程序植入到四台型号与配置均相同的计算机中，分别将本文系统与三组对照组系统与四台计算机相连，检测不同的信息共享系统是否被篡改程序攻击。用于实验的区域经济信息，如图6所示。在此基础上，分别利用四个系统共享上述所示的区域经济信息，在共享过程中，利用篡改程序攻击共享系统。存在篡改程序攻击下，四个系统共享过程中的区域经济信息，如图7所示根据图7可知，本文系统可分析的区域经济信息与系统初始录入的信息完全一致。对照A组系统区域名称被篡改，对照B组系统和对照C组系统中，共享系统存储的经济数值被篡改。由此可见，本文系统能够有效保证区域经济信息的共享安全性。为保证实验数据的真实性，随机选择3个省份的经济数据作为第二组测试内容，不同类型经济数据的频数，如图8所示。被篡改程序攻击后，四个系统中三个省份不同类型区域经济信息频数情况，通过数据对比可知信息被篡改情况，如表1—表3所示。表1表1—表3中数据显示，启动篡改程序后，实验组中的数据与图8数据保持一致。对照A组、对照B组和对照C组中的数据都发生了大量变化，将近50%的经济信息频数与图8中数据不同。由此可见，篡改程序成功篡改了传统共享系统中的部分经济信息，而无法篡改本文系统中的经济信息。在此基础上，将4个系统应用到实际工作中，统计不同系统的用户占比情况，如表4所示。表4结果显示，在实际应用中，参与调查的绝大多数企业，都选用了本文设计的经济区域信息共享系统，而使用三种传统系统的企业数量不超过总调查用户的5%。由此可见，用户更加信任本文设计的共享系统。
4总结
本文利用区块链技术设计的区域经济信息共享系统，充分发挥了区块链技术的双链安全存储功能，通过引入中心化数据库，确保系统经济信息的存储安全。但此次设计的共享系统工作量很大，需要注意对系统硬件的维护，防止因硬件故障而影响系统的稳定性。
《基于区块链技术的区域经济信息共享系统设计》来源：《微型电脑应用》，作者：骆亮