本文是一篇软件工程论文，本文借助以太坊区块链平台和其支持的智能合约技术，设计了本文所提出的云存储资源信任管理仿真实现与测试方案，仿真实验结果证明了本文所提出基于区块链的去中心化云存储资源信任管理机制的正确性和可行性。当前，对于去中心化模式下利用区块链自身特性实现云存储资源的可信分配的研究仍处于起步阶段，本文所做的工作为未来的研究奠定了基础。
第一章 绪论
1.1研究背景和意义
区块链技术源于 2008 年中本聪发表的《比特币：一种点对点的电子现金系统》一文[1]，文章中也只是谈到数字货币形式，完全没有谈及区块链字眼以及有关区块链技术的愿景，随后比特币在十年间从未出现过服务暂停，据区块链图表 blockchain.info 统计，截止 2021 年 1月，比特币系统已经累计生成超过 67 万个区块，平均每天有约 26 万笔交易写入，海量交易每一笔都可以被追溯，可谓是迄今为止最成功的区块链应用。区块链是一种“点对点”的公共账本技术，它提供了一种方法，可以通过加密协议在计算机的对等系统上公开记录和分发有关交易的信息[2]。区块链技术的诞生正在极大地改变着世界，目前区块链的应用领域已经从数字货币领域发展到金融服务、公众投票、能源管理、信息资源共享[3]、去中心化交易所、人工智能以及物联网[4]，云计算和大数据等领先行业，在工业界和学术届取得了许多成就，它的诞生甚至被认为是一次技术革命。
近年来，云服务市场迅猛发展，市场规模也不断扩大，国内外的互联网企业也纷纷追加自己在云服务领域的投入资产。据 2021 年 3 月 18 日美国知名度相对较高的市场调研组织Synergy Research Group 对外公开的一份权威数据资料统计报告显示，2020 年全球云服务商在其基础设施上的年度支出总额约为 1300 亿美元，较以往增长了 35％[5]。同年 2 月 2 日的报告显示，亚马逊的市场份额比微软、谷歌、阿里巴巴、腾讯四家公司份额的总和多，在过去 4年中，亚马逊的市场份额一直保持在 32%-34％的范围内，在亚马逊和微软继续占据全球市场一半以上的同时，微软再次在更大的竞争对手中立足，达到了全球市场份额的 20%，其中亚太地区的云服务市场中 40％的份额被我国云服务提供商占据[6]。当下的云服务已经和人们生活中的水和电一样，成为了数字社会的基础设施，也在改变着人们的工作和生活方式，云存储服务只是云服务中的一个小的分支。基于云计算概念，诞生了一种全新存储方式即云存储，该存储方式将互联网中多种类型的存储设备协同工作，主要应用于海量数据的存储[7]。随着全球传统产业逐步向数字化方向转型和物联网等新一代信息技术的方兴未艾，全球数据量井喷式爆发，据国际数据公司（Intenational Data Corporation，IDC）分析预测全球数据规模在2025 年或可以达到达 175ZB，其中我国数据规模将进一步扩大至 48.6ZB[8]。
..............................
1.2 研究现状
1.2.1 区块链技术国内外研究现状
人们对“数字货币”的探索可以追溯到 20 世纪 70 年代末 80 年代初[12]，直到 2008 年 11月一个人或一群人化名为中本聪（Satoshi Nakamoto）发表的一篇题为《比特币：一种点对点的电子现金系统》的文章中提出了一个搭建一套去中心化的基于密码学原理而不是信任的电子支付系统的新颖理念，而后又将该理念完全付诸实践，开发出比特币系统，该系统的功能包括电子货币的发行、去中心化交易和账户管理，由此“数字加密货币”从理想跃然成为现实[13]，此后各种数字货币系统犹如雨后春笋般出现，例如狗狗币、莱特币等。自从中本聪的论文中提出区块链概念，它在过去十年间已从原型概念迅速发展成一项热门技术。从技术上讲，区块链是由哈希函数链接的一种区块组合，其本质是基于非对称加密算法的公共帐本，它是一项集成了加密技术、去中心化、网络安全和其他功能的创新技术。区块链的出现改变了过去依赖于可信第三方交易机构的交易管理模式，中央监管机构不能再严格限制交易的双方，并且每一笔交易都由网络中超过一半的节点严格验证，使完全去中心化的点对点交易模式成为可能。大家把以比特币为首等的数字虚拟货币称作为区块链 1.0，就是基于区块链技术将经过加密的数字货币都直接部署到一个点对点数字现金支付系统，相比股票、债券、贷款、智能财产等更为简单的现金交易，直到以太坊等区块链平台的出现完成了智能合约和区块链技术的结合将区块链技术推动至 2.0 阶段，完成了区块链应用和平台的解耦，使得开发者可以在区块链开发平台上研发出去中心化应用（DApp）或者可以将传统互联网应用移植到区块链网络中，从此整个区块链产业链将不再局限于数字货币领域，开始逐渐衍生出不同的生态层次[14]。
随着区块链技术的不断进步和发展，区块链概念已从传统的金融领域扩展到了慈善、医疗、物联网、供应链等领域，并与其他应用场景不断融合，逐渐向“区块链+应用”的方向发展，各个大学和研究机构都非常重视这项技术，并发表了大量与区块链相关的学术成果。各国政府也纷纷对区块链技术予以重点关注、推动和探讨。
..............................
第二章 相关技术分析
2.1 区块链分析
随着比特币的诞生，区块链技术成为了世界科技研究的新焦点。区块链是一种“点对点”的公共账本技术，其通过加密协议在在对等网络中公开记录和分发有关交易的信息。通俗地说区块链可以被看作所有人共享的文档[35]。每个人都可以查看文档内容并可以向其中添加新信息，但是不能编辑或删除条目。这个公共账本从结构上来看是一条区块之间首尾相接的不断延长的链，因此被形象地称作“区块链”。
2.1.1 区块链架构
在技术层面上，区块链可以认为是基于一系列加密算法、存储技术和对等网络的集成式技术，具有不可篡改、多方共识和去中心化的特征[36]。在数据层面上看，可以将区块链视为大家共同维护的公共账本。在经济层面上看，区块链可以为无信任基础的对等交易双方之间的建立可靠的信任基础。总之，区块链是多种现有技术的创新集成解决方案，它集成了密码技术，多方一致性协议，网络安全性和其他相关技术[37]。如图 2.1，区块链的整体架构大致可以划分为核心数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层 [38]。
软件工程论文怎么写
.........................
2.2 区块链核心技术
区块链技术是密码学、博弈论和计算机科学工程概念的辉煌融合[45]。区块链中的交易都是使用密码学进行安全保护，可以确保有效用户发起交易，没有人可以伪造欺诈性交易，这意味着在密码学上，用户 A 绝不能通过伪造用户 B 的签名来代表他进行交易。那么如何应对一个用户或节点试图发起双重支付攻击？防止双重支付的方法就是让每个节点悉知所有的交易行为。既然每个节点都要维护交易数据库，那怎么才能所有节点都约定一个一致的共享数据库状态呢？同时，系统如何避免一个或多个计算节点故意试图颠覆系统并试图注入欺诈性数据库状态的情况，大多数此类问题都属于拜占庭将军问题。在数据中心或者分布式数据库的解决方案中这是一个常见问题，他们要支持容错性。这种情况的解决方案实际上是来自博弈论（Game Theory），博弈论领域为确定系统的行为提供了一种截然不同的方法。博弈论中的技术可以说是最复杂、最现实的技术，它通常从不考虑一个节点是否诚实、恶意、道德，或具有任何其他此类特征，并认为参与方是根据他们获得的优势而不是道德价值观行事的，区块链中博弈论的唯一目的是参与方达成共识确保系统稳定（即在纳什均衡中）[46]。尽管密码学和博弈论的概念已经存在了相当长一段时间，但正是计算机科学通过数据结构和点对点网络通信技术将这些点点滴滴拼接在一起，显然，在数字世界中实现任何逻辑或数学概念都需要“智能软件工程”。计算机科学工程技术将密码学和博弈论概念集成到区块链中，下文将对区块链核心技术做出详细分析。
2.2.1 P2P 网络架构
区块链底层网络架构一般采用的是基于 P2P（Peer-to-Peer）对等网络架构，对等网络被称为基于对等体之间信息交换的分布式系统，而不依赖于系统中的特定点，也就大大避免了单点故障的问题，在这些系统中所有对等方（客户端和服务器）均被视为同一级别，他们之间相互直接进行通信。对等网络是去中心化并且开放的，总结它的几个特性如下[47]：（1）对称角色：每个对等方同时具有客户端角色和服务器角色，换句话说，在安装对等软件的关联部分时，它们将被安装并能够在两个角色中运行。（2）可伸缩性：对等网络的规模可以达到数百万个规模，换句话说，此定义是最全面的可伸缩性定义，其中包括对网络上所有可用处理能力的使用，传统的分布式系统不强调此级别的可伸缩性。（3）异构：从硬件功能的角度来看，对等网络以某种方式表示异构的概念。（4）分布式控制：在最理想的情况下，没有用于管理这些对等节点的集中化控制机构，这是这种系统的突出特点。（5）动态性：点对点网络通常在动态环境中工作，由于对等体之间的连接不稳定，拓扑可能会快速更改。区块链网络中的每个节点都要负责网络信息路由、打包验证区块、广播区块的职责，每个节点都是平等的。
.............................
第三章 基于区块链的去中心化云存储的研究............... 21
3.1需求及问题分析 ................................................. 21
3.1.1 存储资源的可信发布 ........................................ 22
3.1.2 存储资源的可信分配 .................................... 23
第四章 基于区块链的云存储系统的设计和实现.............................. 34
4.1系统的功能设计 ................................ 34
4.1.1 存储资源提供消息发布功能模块设计 ............................. 35
4.1.2 存储资源使用请求发布功能模块设计 ................................. 36
第五章 测试结果与分析 ....................................... 47
5.1测试方案与测试用例 ............................... 47
5.1.1 测试方案 .......................................... 47
5.1.2 测试用例 .......................................... 47
第五章 测试结果与分析
5.1测试方案与测试用例
5.1.1 测试方案
本文提出的解决方案旨在实现一种基于区块链的完全去中心化的云存储资源信任管理机制，以解决传统云存储存在的中心化信任问题。根据第三章的需求分析，归纳出的三个亟待解决的技术问题为存储资源的可信发布、可信分配与可信使用，然后针对每个技术问题进行了解决方案的具体设计，要对存储资源提供信息和存储资源使用请求信息进行可信标识、合规性验证、节点身份真实性验证，最终需要由存储资源提供方节点基于链上记录的可信交易信息做出是否开放存储资源使用权限的决策。第四章中对于去中心化云存储系统的功能模块的设计与实现，包括存储资源提供信息的可信发布功能模块、存储资源使用请求可信发布的功能模块以及存储资源使用合规性验证功能模块。软件测试中比较常见的测试方法有偏向检测代码的白盒测试和偏向检测软件功能的黑盒测试。本文中解决方案偏向于去中心化应用（DApp）中功能模块的仿真实现所以选择偏向检测软件功能的黑盒测试，从满足系统用户实际使用需求的角度出发进行整个系统的各项功能测试。
5.1.2 测试用例
本节分别针对存储资源提供信息发布功能、存储资源使用请求发布功能（存储资源分配）以及存储资源使用合规性验证这三个功能模块设计具体的测试用例。
为了验证本文所提出的基于区块链的去中心化云存储系统的关键技术点设计的的正确性和可行性，测试实验需要证明系统参与方可以根据自身需求情况通过前端页面输入具体的存储资源提供信息/存储资源使用请求，并以去中心化的形式进行发布，最终可以无第三方监管的情况下完成存储资源的可信分配。同时在后端执行存储资源使用合规性验证以及节点身份真实性验证代码，最终完成完整的可心存储资源的可信发布、可信分配、可信使用流程。以下是具体测试用例设计。
软件工程论文参考
...............................
第六章 总结与展望
6.1论文工作总结
为了摆脱目前大多传统云存储几乎唯一依赖于第三方信任机构的现状，以及当前中心化云存储存在的短板，本文设计了一种以去中心化的模式对网络上闲散存储资源进行整合的方案。区块链具有去中心化、不可篡改、基于多方共识的信任等技术特征，为实现基于区块链的去中心化云存储资源信任管理机制提供了设计思路。在提出的系统总体目标的基础上，主要研究和实现了基于区块链的去中心化云存储资源的可信发布、可信分配、可信使用一整个云存储资源共享流程的技术方案构建。对现存的基于区块链的云存储项目进行了改进，不再仅仅凭借区块链的激励机制鼓励存储资源提供方贡献空闲存储资源，而是基于区块链自身技术特点实现去中心化云存储系统中的可信共享。提供方以可信的方式发布合法的存储资源提供信息，需求方以可信的方式发布合法的存储资源使用请求，其中涉及到系统参与方身份真实性验证以及合规性验证，与此同时，由于本系统拟定的使用规则还要最终完成存储资源使用合规性验证，在需求方请求存储资源时本文设计的双重可信验证通过的情况下才可进行后续操作。同时，本文借助以太坊区块链平台和其支持的智能合约技术，设计了本文所提出的云存储资源信任管理仿真实现与测试方案，仿真实验结果证明了本文所提出基于区块链的去中心化云存储资源信任管理机制的正确性和可行性。当前，对于去中心化模式下利用区块链自身特性实现云存储资源的可信分配的研究仍处于起步阶段，本文所做的工作为未来的研究奠定了基础。
参考文献（略）