基于区块链技术的安全档案管理系统设计与应用

曾善会

（东营市胜利教育管理服务中心 山东 东营 257091）

0 引言

数字化时代下，安全档案管理系统的重要性不断上升，常见的安全档案管理系统的主要弊端是中心化存储的脆弱性、数据恢复过程的复杂性、对外部审计的高度依赖，导致系统难以应对日益精进的网络攻击手段，限制了系统处理效率与推广力度［1］。区块链技术的出现与推行为档案系统安全性的提高提供了重要支持。作为以去中心化为核心思想的数据技术，区块链技术不仅能够增强安全档案管理系统的数据安全性，还能提高系统的透明度和可追溯性，减少了单点故障带来的风险［2］。区块链技术在安全档案管理系统设计中的应用提高了系统安全性，为档案管理工作提供了巨大帮助，具有较高的推广价值。

1 区块链技术在安全档案管理系统中的应用场景

安全档案管理系统是专用于存储、处理和保护各种档案文件的信息系统，以数据安全为核心目标。基本功能包括档案的数字化存储、索引和检索、访问控制、数据备份和恢复、安全性监控等。在传统的安全档案管理系统中，虽然已采用多种技术手段如加密算法、权限控制和备份策略来保护数据，但仍存在数据篡改、中心化存储的风险。集中存储的档案容易成为黑客攻击的目标，一旦中心数据库受损，将影响整个档案系统的安全和稳定性。传统系统在档案的可追溯性和透明性方面常有不足。区块链的不可篡改特性保障了档案数据真实性，档案数据被分布存储于多个网络节点，即使部分节点受损，整体数据仍然保持安全和完整，提高了档案管理系统的整体可靠性。

2 系统架构设计

随着档案管理工作的逐渐发展，档案管理系统对安全需求的要求不断提高，追求数据不可篡改、审计可追溯［3］。而区块链技术具有数据不可篡改的性质，能对数据信息做特殊加密处理，为安全档案管理提供了新技术、新思路。基于这一思路可知，安全档案管理系统的设计原则应是：①数据不可篡改。一旦数据被录入系统后，便不能被修改或删除。②去中心化设计。任何单一点的故障或攻击都不能影响整个系统的可用性。③保障数据隐私。用加密算法来保护链上数据。④易用性。系统应能便捷集成已有基础设施，适应不同规模的档案管理需求。

该系统主要包括3 个模块：档案管理模块，区块链数据保护模块和安全监控模块。其中，档案管理模块主要负责档案的数字化输入、分类、索引和检索。该模块提升了电子档案存储的结构化程度，支持高效的数据处理和检索技术，使用元数据技术和快速搜索功能实现档案生命全周期管理［4］。区块链数据保护模块负责数据加密和链式存储，确保所有档案数据在录入之后不可篡改、可追溯。该模块可自动执行数据访问控制、验证和记录每一笔档案的访问和修改记录，为合规性审核提供强有力的技术支持。安全监控模块的功能负责实时监控系统的安全状态，防止未授权访问和检测潜在的安全威胁。该模块利用区块链的分布式节点检测分布式威胁，增强系统的整体安全性，负责生成安全日志，用以记录所有系统操作，为安全审计提供了可信的证据［5］。总之，基于区块链技术的安全档案管理系统是一个综合性的数据保护和监控平台，利用区块链技术的特点提高档案数据的安全性和可信度，使用智能合约等自动化工具降低运营成本。其具体架构设计如图1 所示。

图1 安全档案管理系统结构图

3 系统功能设计

3.1 档案管理模块设计

档案管理模块的设计是系统架构中的核心组件，承担着维护档案数据完整性、确保信息安全及提供实时档案访问的关键任务。档案管理模块设计包括数据层、逻辑层与表示层，以实现数据的高效管理与保护。数据层主要包含持久化的档案数据与索引信息，支持高并发的数据操作，以保证操作的一致性与隔离性。逻辑层通过RESTful 服务与数据层进行交互，实现数据的CRUD 操作（创建、读取、更新和删除）。表示层负责将档案数据在区块链网络中分布式存储，借助智能合约实现数据访问控制逻辑，提升数据安全性。档案管理模块设计体现了高度的安全性、可扩展性和用户友好性，综合应用了数据库技术、分布式计算、区块链技术、信息检索技术和微服务架构，确保系统数据安全。具体结构如图2 所示。

图2 档案管理模块设计

3.2 区块链数据保护模块设计

区块链数据保护模块的核心是分布式账本的实现，以此加强档案数据的安全性和完整性。该模块关系到加密数据的存储安全、数据不可变性、数据操作透明度和可追踪性。数据层采用分布式账本技术将档案数据加密并分散存储在去中心化的网络节点上，使用公私钥基础设施来保障数据传输的安全性和数据访问的控制。每一笔档案数据的存储都被构建为一个独立的区块，通过加密哈希函数链接到前一个区块，形成不可篡改的Merkle DAG 链结构，利用Merkle 树来提高数据存储效率和验证速度的数据结构。在Merkle DAG 中，每个节点包含数据块的加密哈希值，确保在数据量巨大的情况下也能快速验证数据的完整性。见图3。

图3 区块链数据保护模块设计

逻辑层基于区块链的智能合约，主要功能是实现自动化数据管理规则执行，做好访问控制、数据共享协议与自动化审计追踪。智能合约被存储在区块链上，可在预定条件被触发时自动执行合约条款，实现了无需信任第三方的自动化交易保证机制。表示层则通过RESTful API 与逻辑层进行交互，为不同的客户端应用提供简便接口，支持档案管理系统前端、移动应用与区块链数据保护模块通信。API 设计采用了无状态协议和标准的HTTP 方法，确保了服务的可扩展性和模块之间的低耦合性。

3.3 安全监控模块设计

安全监控模块构建了去中心化节点网络，每个节点由Agent 代表，负责档案数据的提交与验证。节点间的通信必须经过严格的加密协议，保证数据在传输过程中的机密性与完整性。模块智能合约的部署和执行由区块链主服务器（Server）控制，加强了系统的可靠性和权威性，采用了链上和链下存储结合的方式存储档案，将档案哈希值与时间戳直接存储在链上，以便于验证其完整性和原始性，实际的档案内容则存储在链下的分布式文件系统中，指向链上元数据的链接进行索引，既利用了区块链的安全特性，又优化了存储空间的使用效率。见图4。

图4 安全监控模块设计

4 系统测试

4.1 数据来源

本研究采用了CryptoCompare 数据集，这是一个涵盖了加密货币交易、挖矿信息、实时市场数据和历史市场数据的综合性数据集，包含超过5 000 个条目，其中涉及多种加密货币的价格、交易量、市场占有率等关键指标。系统测试遵循了严格的实验设计准则，旨在验证档案管理系统在数据保护和安全监控两个维度上的性能。测试过程分为数据保护功能测试和安全监控功能测试两个阶段。数据保护功能测试阶段重在验证系统存储、处理和传输档案数据时的完整性和不可篡改性。安全监控功能测试重点是测试系统的实时监控能力和异常检测机制。

4.2 数据保护功能测试

从CryptoCompare 数据集中导入10 000 条测试数据，在区块链档案管理系统中输入测试数据，每条数据被视为一个独立的交易，被记录到区块链中。使用系统验证每笔数据存储是否生成了对应的唯一哈希值，并且是否能够被正确地链接到区块链上的前一个记录。随机检查1 000条存储数据，比对数据条目的哈希值与系统中记录的哈希值是否一致。特殊修改1 000 条存储的数据，检测系统是否能够通过哈希不一致来识别出数据篡改。结果如表1所示，系统可几乎完美地实现数据保护功能，具有极强的安全性。

表1 数据保护功能测试结果

4.3 安全监控功能测试

配置安全监控系统异常行为检测参数， 从CryptoCompare 数据集中导入10 000 条测试数据，持续监控输入数据，检测并记录系统对数据流的处理性能和准确性。模拟加密货币市场高波动性场景，测试系统的报警功能能否及时触发。模拟网络DDoS 攻击与内部数据泄露事件，观察系统的检测和响应机制，记录系统从检测到异常到发出警报的时间，评估系统安全监控效率。结果如表2 所示，基于区块链技术的系统具有明显优于传统系统的性能，安全性极强。

表2 安全监控功能测试结果

5 结语

区块链技术能提供传统技术远不可及的强大安全性，为安全档案管理系统提供坚实的数据安全保障。该技术在安全档案管理系统中的应用能够显著提升我国档案管理的安全性。在数字化办公日益普及的当下，数字档案安全性的提升无疑是推动档案工作向前发展的必要动力。研究基于区块链技术设计了安全档案管理系统，结果表明系统具有较强的数据保护与安全监控性能，能够应对当前较为棘手的DDos 攻击等新型网络攻击，是符合当前市场需求的档案管理系统，可为安全系统技术的整体发展起到积极作用。