基于区块链的陆地生态系统观测数据安全共享系统的设计与应用.pdf

摘 要 摘要 生态数据存储规模随着生态学领域研究尺度的拓展不断扩张，而传统中心化数据 存储方式面对日益庞大的海量生态数据越来越难以为继，观测数据易重复、易篡改、 难共享以及存储成本高、数据利用效率低等弊端进一步诱发了生态学研究对更高效数 据存储技术的需求。与此同时，衍生于比特币交易的区块链技术凭借其分布式数据存 储成本低、数据安全共享程度高等优势迅速得到金融、保险等行业青睐。在此背景下， 本研究从区块链技术视角出发，通过数据标签实时发布、数据修改实时验证等技术设 计，有效实现分布式存储与传统数据库相结合、系统对数据发布实时监听、网络用户 实时利用数据标签查询验证等区块链技术在生态学领域研究中的具体应用。这一技术 实现不仅能够有效降低生态数据存储成本，而且能有效保障生态观测数据的安全共享 与存储，从而破解传统生态数据存储面临的难题。 基于对区块链技术、数据存储底层技术等信息技术的了解与掌握，本研究立足于 生态学领域研究生态观测数据使用与共享等环节中的现实问题，首先进行生态数据存 储的功能性与非功能性需求分析。在此基础上，本研究对基于区块链的陆地生态系统 观测数据安全保障系统总体功能进行方案设计，包括对系统中各个子模块的设计思路 进行细致阐述。其后，再运用 Python 开发语言完成目标系统的技术开发工作，实现 前述系统需求分析中提出的各项功能需求，并采用野外实际观测的碳通量数据进行系 统试验，进一步完善与改进系统功能。 研究结果表明，本研究基于经典C/S 架构、wx-python 开发模式下可执行脚本文 件框架设计，实现了能够快速入门的生态观测数据安全保障系统客户端，能够有效满 足生态学领域研究中的常见功能需求。相比于传统中心化数据存储方式，本研究结合 区块链技术，使用Hash 算法对系统数据层中原始数据进行加密处理，并引用时间戳 技术保证数据的实效信息，有效规避传统中心化数据存储中面临的安全问题。作为对 区块链技术在生态学领域实际应用的一次探索，本研究试图将区块链技术优势应用至 生态数据管理中，用以解决生态学领域研究中长期存在的数据安全存储与共享难题， 以期为后续相关探索提供有益参照。 关键词：陆地生态系统；区块链；观测数据；安全共享 I 目 录 目录 摘要 I ABSTRACT II 第一章 绪论 1 1.1 研究背景与意义 1 1.1.1 研究背景 1 1.1.2 研究意义 2 1.2 国内外研究进展 3 1.2.1 生态数据观测研究演进及现状 3 1.2.2 信息技术发展与生态数据观测研究 4 1.2.3 区块链技术与应用研究进展 6 1.3 研究内容与技术路线 8 1.3.1 研究内容 8 1.3.2 技术路线 9 1.4 论文研究方法 10 1.5 论文组织结构 11 第二章 相关理论 12 2.1 区块链定义 12 2.2 区块链技术支撑 12 2.3 区块链理论依据 16 2.4 区块链的工作流程 18 2.5 本章小结 18 第三章 基于区块链的陆地生态系统观测数据安全共享系统设计思路 19 3.1 系统预期目标 19 3.2 系统配置与使用角色 20 3.3 系统功能分析 20 3.4 本章小结 21 第四章 基于区块链的陆地生态系统观测数据安全共享系统设计 22 4.1 系统总体架构