Page 309 - 《软件学报》2026年第6期

2628 软件学报 2026 年第 37 卷第 6 期

一致性, 确保各副本状态同步. 针对这些问题, 已有多种解决方案被提出, 但在性能优化、存储开销和系统复杂性
等方面仍存在挑战. 本节分析当前主要的可信性问题及其对应的解决方案.
4.3.1 数据变更可追溯性
在存储系统中, 数据通常会经历多次修改, 因此变更的可追溯性是保障数据可信性的重要要求. 实现可追溯性
需要记录数据内容的修改记录以便后续审计和责任追踪. 然而, 一些存储系统本身不直接支持版本追踪和修改记
录. 为应对这一挑战, 一种有效的设计思想是将数据存储平面与行为审计平面进行解耦和分层.
在这种分层架构下, 研究者利用区块链技术构建独立且不可篡改的审计平面. 例如, Nyaletey 等人 [119] 将文件
内容存储在 IPFS 等系统中, 将文件操作和变更记录写入区块链, 形成可追溯的审计链, 实现了对存储全过程的追
踪. 区块链的核心价值在于记录和验证数据写入、修改、删除等操作, 生成可验证、不可篡改的日志, 适用于对透
明性要求高的场景. 然而, 该方法面临存储膨胀和吞吐瓶颈等问题, 尤其在高频更新或大规模存储下, 性能成为主
要挑战. 未来可通过链下记录和分层结构等方式优化其在大规模系统中的适用性.
4.3.2 存储内容完整性
在数据存储阶段, 数据完整性是可信存储的重要因素. 分布式和云环境下, 用户无法直接验证服务商是否正确
存储数据, 存在数据被篡改或丢失的风险. 当前相关研究主要基于如下两类不同的信任根探索可验证存储问题.
● 基于数学难题的密码学证明. 这是一类常见的可验证存储方法, 通过密码学协议, 用户或第三方可以向存储
服务器发起挑战, 服务器需生成有效凭证以证明数据完整性. 例如, Anthoine 等人 [120] 提出了一种基于有限域上随
机线性代数验证方案的新型动态可检索性证明方法, 这一方法具有公开可验证性, 能够确保用户和任意第三方能
够验证数据在存储过程中是否被篡改. 该方案安全性较强、无需信任第三方, 但计算与通信开销较大.
● 基于物理隔离的硬件证明. 该方案利用 TEE 将数据完整性验证逻辑放在受硬件保护的 enclave 中, 简化了
设计并提升性能. 例如, Zhou 等人 [121] 利用 TEE 的硬件安全特性实现高效的数据完整性验证, 并降低了用户侧的
计算负担. 该方法在保障存储可验证的同时显著降低了用户侧计算负担, 并简化了协议设计. 然而, TEE 本身存在
潜在的硬件漏洞风险, 且对部署条件要求较高, 难以在大范围异构硬件环境下推广.
总体来看, 可验证存储能有效保障数据完整性, 适用于不可信云环境. 密码学方案安全性强, 无需信任第三方;
硬件方案在性能和易用性方面有优势. 未来可探索软硬件协同机制, 在保证验证能力的同时降低资源消耗.
4.3.3 分布式环境下的数据一致性
在多节点的分布式存储系统中, 数据一致性是实现可信保障的基础, 如果系统在节点故障、网络分区或并发
访问时无法确保各副本最终状态一致, 任何可信性保障都无从谈起.
为解决这一问题, 以 Paxos [122] 、Raft [123] 等为代表的一致性协议被广泛应用, 这类协议通过选举主节点和日志
复制等机制, 以保证分布式存储系统的强一致性 [124] . 一致性协议是分布式存储可信的核心技术, 理论成熟、应用
广泛. 然而, 如何兼顾一致性保障与系统性能, 仍是核心挑战. 未来可关注协议的轻量化和模块化设计, 实现高效且
可信的数据一致性.
4.3.4 小 结
本节从数据变更可追溯性、存储内容完整性和分布式环境下的数据一致性这 3 个方面分析了数据存储阶段
面临的可信挑战. 总体来看, 现有技术主要展现出以下 3 个特点.
1) 分层与解耦的系统架构成为应对复杂可信需求的重要设计方向. 通过划分独立的审计平面与数据平面, 实
现功能上的分工与协作, 有助于提升系统的灵活性和可维护性.
2) 关于信任根的选择, 不同方案在数据完整性保障上分为依赖数学证明和依赖硬件证明两类路径. 信任根的

不同, 直接影响系统的安全性、性能表现及实际部署方式, 是该领域方案设计时的重要权衡因素.
3) 以数据一致性协议为核心的分布式系统基础理论, 为可信存储提供了坚实支撑. 相关协议的工程化实现与
优化, 直接决定了上层机制的可信性与可用性.
综上, 可信存储正逐渐从单一技术手段演进为多技术协同、层次分明的系统工程, 推动该领域向更高水平发展.