Page 303 - 《软件学报》2026年第6期

2622 软件学报 2026 年第 37 卷第 6 期

性. 尽管如此, 密钥分发与嵌入容量等问题仍需进一步解决, 实际应用中需权衡系统资源和数据特性.
综上, 数据溯源阶段的机密性保护机制体现出多路径协作的特点, 字段加密和访问控制适用于结构化数据,
ZKP 与匿名凭证满足高隐私需求的验证场景, 加密水印机制则适合数据分发等应用. 整体上, 保护目标从静态记
录延伸到动态验证和数据载体, 形成纵深防护. 不同技术各有侧重, 但普遍面临性能和管理复杂性挑战. 未来研究
可探索多机制融合, 在保障溯源能力的同时提升隐私保护和计算效率.
3.6.2 溯源数据完整性保护
数据溯源系统需持续记录数据流转过程中的操作和状态变化, 记录通常以链式时间序列形式存在, 是责任追
溯、行为审计和安全取证的依据. 因此, 任何对溯源记录的篡改、伪造或删除都会破坏溯源链的可信性, 影响数据
来源的可验证性. 为此, 研究者提出了多种溯源完整性保障技术, 体现了信任模型的不断演进 (如图 5 所示).

中心化模型 改良模型 去中心化模型
核心: 不可信平台+
核心: 可信服务器 核心: 区块链
公开证明
问题: 单点信任风险 问题: 校验单点依赖 问题: 性能与扩展性
信任模型演进
图 5 数据溯源完整性保障技术信任模型演进

● 第 1 阶段是中心化的信任模型. 传统数据溯源完整性方案主要依赖链式结构 [97] , 其中, Hasan 等人 [93] 提出的
溯源方案是溯源完整性保护的奠基性工作. 在该方案中, 每条溯源记录包含前一条的校验和, 并由用户私钥签名,
保证记录不可篡改. 这种方式具备结构简洁、验证高效的优点, 适用于单域环境下对篡改行为的防范. 但由于其依
赖中心化平台管理, 存在明显的信任单点问题, 一旦可信节点被攻破, 整个链条可能被伪造.
● 第 2 阶段是中心化的信任模型面向不可信云的改良. 随着云计算的普及, 研究者开始考虑云服务商自身不
可信的场景, Zawoad 等人 [98] 结合聚合签名以对溯源链进行管理, 并定期发布累加值作为公开证明, 即使云服务提
供商恶意, 也无法篡改或伪造可追溯性记录, 从而确保完整性. 该工作将云端的合谋攻击纳入溯源系统威胁建模之
中, 为虚拟化环境下的溯源系统设计提供了系统级的安全保障.
● 第 3 阶段是去中心化的信任模型. 随着多组织间数据流转需求增长, 传统中心化结构难以满足跨域完整性
保障. 区块链作为去中心化、不可篡改的账本, 被广泛应用于溯源系统, 例如, Liang 等人 [99] 提出了基于区块链的
数据溯源架构 ProvChain, 利用哈希和默克尔树将溯源记录的根哈希上链, 保障不可篡改性并提升数据写入效率.
进一步地, Ruan 等人 [100] 提出的 LineageChain 引入智能合约, 实现链上动态查询和篡改检测, 支持在线可验证的溯
源. 这类方法适用于多方协作、跨组织数据流通场景下的行为可审计需求, 但其链上计算开销与共识延迟仍是系
统吞吐能力的制约因素.
综上, 数据溯源系统的完整性保障经历了从信任单点、校验单点到去中心化的演变. 尽管去中心化提升了安
全性, 但也带来了性能、成本和可扩展性等新挑战. 未来可进一步研究轻量级链上存证、链下验证和跨链协同等
机制, 以在提升系统扩展性与能力的同时保持溯源链的不可篡改性和全生命周期一致性验证.
3.6.3 溯源可用性提升
数据溯源需要实时记录流转行为, 并支持高频、低延迟查询, 以满足审计和追责需求. 随着数据量和并发访问
增加, 溯源系统容易出现查询慢、写入阻塞甚至不可用等问题, 影响其可用性和应急响应. 因而, 提升系统可用性、
高效写入和快速查询, 是保障溯源系统稳定运行的关键. 然而, 其链式结构和共识机制往往成为性能瓶颈.
在问题表现上, 溯源阶段的可用性问题主要可以分为两类, 一类是查询效率不足, 即在面对复杂溯源路径或高
频存在性验证请求时, 系统响应延迟明显. 另一类是写入吞吐受限, 尤其在采用链式结构或区块链结构记录溯源信
息的系统中, 写入操作往往受到链结构维护或共识协议性能的瓶颈影响.
由于溯源链结构不利于随机访问, 效率受限, 研究者提出多种结构优化. 例如, Ruan 等人 [100] 在 LineageChain