本文档属于类型a，即报告了一项原创性研究的学术论文。以下为针对该研究的详细学术报告：
作者及发表信息
本研究由Yongjun Ren（南京信息工程大学计算机学院数字取证教育部工程研究中心）、Xinyu Liu（同单位）、Pradip Kumar Sharma（英国阿伯丁大学计算科学系）、Osama Alfarraj与Amr Tolba（沙特国王沙特大学社区学院计算机科学系）、Shenqing Wang（南京航空航天大学计算机科学与技术学院）及Jin Wang（长沙理工大学计算机与通信工程学院）共同完成，发表于《Scientific Reports》期刊2023年第13卷，文章编号2746，DOI号为10.1038/s41598-023-29917-x。
学术背景
研究领域：工业物联网（Industrial IoT, IIoT）数据安全与区块链技术。
研究动机：工业4.0背景下，IIoT的数据安全面临严峻挑战，传统区块链技术难以同时满足一致性、可扩展性和数据安全需求。现有方案在数据存储验证和抗攻击能力上存在缺陷，亟需一种兼顾高效扩展与安全性的新型存储机制。
目标：提出基于局部可修复编码（Local Repairable Code, LRC）分片区块链的IIoT数据存储机制，通过编码分片技术提升容错能力，结合双线性累加器（Bilinear Accumulator）解决数据验证安全问题。
研究流程与方法
1. 系统架构设计
- 全局网络（Global Network）：采用中心化云计算架构，负责资源管理与逻辑执行，与区块链边缘网络连接。
- 边缘网络（Edge Network）：由分片区块链构成，每个分片包含边缘节点和IIoT节点，通过LRC编码增强数据可靠性，双线性累加器实现安全存储验证。
2. LRC分片区块链构建
- 编码过程：将数据块分割为
r部分，使用极值MDS码（Maximum Distance Separable Code）和Reed-Solomon码生成冗余编码，通过异或校验（XOR Parity）提升修复效率。
- 节点修复：当节点数据丢失时，仅需联系
r个本地节点即可完成修复，降低带宽开销（算法1-2）。
3. 双线性累加器集成
- 功能实现：
- 成员见证（Membership Witness）：验证数据是否属于累加集合，避免全节点存储压力。
- 动态更新：支持通过
batchadd和batchdel算法增删数据，确保存储灵活性。
- 安全机制：基于n-SDH假设的密码学证明，防止数据删除攻击（Data Delete Attack）和重放攻击（Replay Attack）。
4. 对抗模型与安全分析
- 攻击场景：包括数据隐藏攻击（Data Hiding Attack）、替换攻击（Replacement Attack）等。
- 防御策略：LRC编码使恶意数据隐藏难以实现；累加器通过成员验证确保数据完整性。
5. 实验验证
- 性能指标：
- 存储效率：LRC分片区块链（LRC-SB）节点存储需求仅238 MB（处理1500区块后），优于传统区块链（500 MB）和RC区块链（700 MB）。
- 修复速率：LRC在局部网络中修复错误节点的效率显著高于全局修复方案（图5）。
- 带宽消耗：分片节点编码时，带宽占用与数据分配量成反比（图4）。
主要结果
- 可扩展性提升：LRC-SB实现O(1)实时存储开销，较传统区块链的O(n²)显著优化（表3）。
- 安全增强：双线性累加器将数据验证安全等级提升至O(1)，优于多项式编码分片方案（Polynomially Coded Sharding）。
- 抗攻击能力：实验显示，LRC-SB可抵御51%攻击（Double Spending Attack），且数据修复成功率随冗余参数
p降低而提高。
结论与价值
科学价值：
- 首次将LRC编码与分片区块链结合，解决了IIoT数据可靠性与可扩展性的矛盾。
- 提出基于双线性累加器的动态验证方案，为区块链轻节点存储提供新思路。
应用价值：
- 适用于高吞吐IIoT场景（如智能制造、供应链管理），支持每秒1500+交易（TPS），延迟低至80秒（表4）。
- 为边缘计算设备提供低存储压力的区块链部署方案。
研究亮点
- 方法创新：
- 融合LRC编码与分片技术，实现本地化数据修复，降低通信成本。
- 设计累加器-分片节点联动机制，简化验证流程。
- 性能突破：存储效率较同类方案提升50%以上（图6）。
- 理论贡献：完善了编码分片区块链在抗攻击模型下的安全性证明。
其他有价值内容
- 开放问题：累加器操作流程复杂度较高，未来拟研究零知识累加器（Zero-Knowledge Accumulator）以平衡隐私与安全。
- 数据可用性：实验数据集可向通讯作者申请获取。
（报告总字数：约1800字）