本文档属于类型a，即报告了一项原创性研究的学术论文。以下是针对该研究的详细学术报告：
一、研究团队与发表信息
本研究由Jin Wang（福建理工大学计算机科学与数学学院）、Jiahao Chen（同单位）、Yongjun Ren（南京信息工程大学计算机科学与数字取证教育部工程研究中心）等学者合作完成，其他作者来自英国阿伯丁大学、沙特国王大学等机构。论文标题为《Data security storage mechanism based on blockchain Industrial Internet of Things》，发表于期刊《Computers & Industrial Engineering》2022年第164卷，于2021年12月25日在线发布。
二、学术背景与研究目标
科学领域与背景
研究聚焦于工业5.0（Industry 5.0）环境下的工业物联网（IIoT）数据安全存储问题。随着IIoT系统从“信息-物理”系统升级为“人-信息-物理”复杂系统，数据安全挑战加剧。传统区块链采用Merkle树存储数据，存在验证开销大、无法批量验证等问题，导致通信延迟，影响IIoT稳定性。
研究目标
提出一种基于增量聚合子向量承诺（Incremental Aggregator Subvector Commitment, IASVC）的区块链数据存储机制，以替代Merkle树，降低验证开销，提升通信效率，同时支持节点数据上传资格的动态管理。
三、研究流程与方法
1. 问题分析与方案设计
- 研究问题：传统区块链的Merkle树验证机制在IIoT中效率低下，单次验证需生成大量证明（proof），通信压力大。
- 解决方案：采用IASVC技术，其核心优势包括：
- 证明聚合：支持多数据块的批量验证，减少通信负载。
- 动态资格管理：通过向量承诺替代传统资格列表，降低节点存储压力。
2. 技术实现
- IASVC算法构建：
- 基础框架：基于双线性映射（bilinear mapping）设计，相较于RSA隐藏阶群方案，证明尺寸更小。
- 关键算法：包括
IASVC.Setup（参数生成）、IASVC.Com（向量承诺）、IASVC.Open（证明生成）、IASVC.Verify（验证）等，新增IASVC.Disagg（证明解聚合）和IASVC.Agg（证明聚合）功能。
- 区块链集成：
- 区块结构改造：用IASVC替换Merkle树，区块头存储承诺值，区块体存储交易数据。
- 节点角色划分：感知节点（数据聚合）、存储节点（区块生成与验证）、监管节点（资格管理）。
3. 实验验证
- 性能对比：在128位安全级别下，对比Merkle树、Catalano-Fiore方案（CF13）和Campanelli方案（CF20）。
- 证明尺寸：单数据块证明尺寸仅为Merkle树的15%（1000笔交易/块时）。
- 通信开销：验证5个数据块时，总通信消耗为Merkle方案的63.6%。
四、主要研究结果
效率提升：
- IASVC的单数据块证明尺寸显著降低（例如，1000笔交易/块时，证明尺寸减少85%）。
- 批量验证功能使多数据块验证的通信开销随数据量增加而递减。
安全性证明：
- 通过归约到立方Diffie-Hellman（CubeDH）假设，证明方案具有位置绑定（position binding）安全性。
- 支持动态更新承诺与证明，适应IIoT节点频繁加入/退出的场景。
应用价值：
- 隐私保护：可灵活结合加密算法，满足不同数据隐私需求。
- 存储优化：通过资格承诺替代全量列表，监管节点存储压力降低。
五、研究结论与价值
科学价值
- 理论创新：首次将IASVC引入区块链数据层，解决了IIoT中验证效率与通信负载的瓶颈问题。
- 方法突破：设计的双线性群IASVC方案在同等安全级别下，证明尺寸优于现有RSA方案。
应用价值
- 工业5.0适配：为个性化定制、供应链协同等场景提供高效安全的数据存储基础。
- 扩展性：支持未来多承诺聚合（multi-commitment aggregation）与多线性映射（multilinear mapping）的进一步探索。
六、研究亮点
创新性方法：
- 提出首个支持证明解聚合与聚合的IASVC方案，填补了区块链批量验证的技术空白。
- 双线性群实现较隐藏阶群方案减少50%以上的证明尺寸。
跨学科融合：
- 结合密码学（向量承诺）、分布式系统（区块链）与IIoT需求，推动工业互联网安全架构升级。
实验验证充分：
- 通过不同交易规模（500–5000笔/块）的对比实验，验证方案的普适性与优越性。
七、其他价值
- 开源潜力：算法设计可复现，为后续研究提供基础实现参考。
- 政策意义：符合《网络安全法》对工业数据安全的要求，助力企业合规化转型。
（全文约2000字）