Page 304 - 《软件学报》2026年第6期

陈毅飞 等: 安全可信的数据要素流通综述 2623

中通过 DAG 和追加式跳表提升索引效率, 但在数据频繁更新时维护成本较高, 可能出现索引退化. Zawoad 等人 [98]
引入布隆过滤器, 实现快速存在性验证, 提高查询效率, 但存在假阳性, 且难以支持数据删除或更新时的一致性维
护. 数据溯源系统的写入性能瓶颈可能来源于多种因素, 包括底层存储结构、日志写入策略及一致性共识机制等.
近年来, 随着区块链在溯源系统中的应用, 其写入性能问题日益突出. 与中心化系统相比, 基于区块链的溯源
系统需在链上确认每条记录, 写入吞吐受限于共识协议和区块生成速度. 为此, 研究者对共识机制和区块组织进行
了优化. 例如, Zhang 等人 [101] 提出基于哈希链的快速共识协议, 提升了私有链和联盟链的写入速率. 为了提高出块
效率, Liu 等人 [102] 设计了 Dolphin 共识协议, 采用非阻塞并发区块生成机制, 在高延迟环境下显著提升了区块链的
交易吞吐量, 使其更加适用于高频数据溯源场景. Zhang 等人 [103] 提出的 Phantasm 协议增强了系统的鲁棒性, 以应
对分裂攻击. 但区块链的高存储成本和扩展性限制仍需关注. 综上所述, 数据溯源系统的可用性保障机制需综合考
虑查询效率与写入能力的平衡.
当前研究表明, 溯源系统的可用性保障, 本质上是在确保安全的前提下, 弥补链式结构带来的性能损耗. 目前,
跳表和布隆过滤器可提升查询性能, 轻量级共识协议和并发处理机制有助于提高写入吞吐量. 未来可进一步探索
异构链结构、多层缓存和链下验证等技术, 构建高可用的溯源系统.
3.6.4 小 结
数据溯源作为贯穿数据生命周期的审计流程, 其安全技术的发展也呈现出独特的趋势. 综合本节分析, 可以提
炼出两大核心特点.
首先, 信任模型由中心化向去中心化演变. 这是溯源技术发展的主线, 也标志着分布式可追溯路线在数据全生
命周期安全保障中正式占据了重要地位. 从依赖单一服务器到校验平台再到彻底去中心化, 信任模式的变化推动
了溯源系统的演进.
其次, 完整性与可用性之间存在权衡. 不可篡改性是溯源系统的核心价值, 但通过链式结构和共识机制实现
时, 往往会降低查询和写入性能, 因此系统设计需在两者间进行平衡.
总体而言, 溯源安全技术正从单纯记录转向实现无需信任、不可篡改且高效的复杂系统. 未来突破将依赖于
轻量级密码学协议、高效去中心化共识和创新的链上/链下协同结构.
3.7 总 结
数据要素在流通的各个阶段均面临复杂的安全威胁, 且不同阶段的防护需求与技术瓶颈各异. 本节对 6 个阶
段所面临的主要安全挑战、现有研究工作及待解决问题进行了系统性梳理与汇总, 具体如表 6 所示.

表 6 数据要素流通各阶段安全问题、现有研究工作以及待解决问题

流通阶段 问题 研究工作 技术路线 典型时间复杂度 待解决问题
硬件依赖导致适配难成本高, 软件隔离
基于TEE的采 进出enclave固定开销O(1)+具体执行开
设备采集 [26–28] 集设备保护 销O(f(n)), f为TEE中运算 弱易受内核及旁路攻击, 轻量化方案难
数据泄露 兼顾性能与安全
及篡改 轻量级加密 依赖具体算法, 例如, AES为O(n), n为 在低功耗设备上难以同时满足较高强度
[29]
算法 输入数据长度 算法的算力与能耗需求
数据 [31] 用户认证 依赖具体协议 身份认证影响用户体验, 策略可能误判,
采集 人工录入 维护成本高
数据泄露
及篡改 [32] 采集端环境 非算法, 系统级开销 环境隔离在受限设备上仍需必要的性能
隔离 与资源开销
爬虫/接口 依赖协议, 例如文献[34]包括: 生成随 系统在复杂异构网络中仍难兼顾高灵活
2
数据泄露 [33,34] 数据源认证 机数O(1)+签名O(k )+计算MAC O(1)+ 性与通用协议的安全适应性
2
及篡改 验签O(k ), k为密钥长度
握手O(k )+证书链验证O(m)+数据传输
2
传输数据 加密传输协议 O(n), k为密钥长度, m为证书链长度, n 协议防护受限于系统复杂性、资源瓶颈
数据 泄露 [35,37] 为数据长度 及工具可靠性不足
传输
2
2
传输数据 [39,40] 数字签名方案 签名O(k )+验证O(k ), k为密钥长度 (以 同时受传统签名的量子风险与后量子方
篡改 ECDSA/EdDSA为例) 案在性能和适配性上的部署限制