区块链技术的创新需求及其应用重要性推动了多个科学与实践领域的持续探索。尽管仍处于初步测试阶段，区块链已被视为解决当代技术关切的革命性方案，如去中心化、身份认证、信任机制、数据所有权及信息驱动决策。与此同时，全球正面临机器与用户产生的数字信息在多样性和数量上的激增。在高效寻求云数据存储与处理理想方案的过程中，区块链技术提供了重要思路。本文系统回顾了区块链技术在保障云存储安全方面的应用。
云存储与区块链技术概述
云存储的基本概念
云存储被描述为通过服务器与连接网络提供计算效益以存储用户数据的系统。目前，众多组织与互联网资源正采用云存储服务以满足个人与机构用户的需求。作为云计算模型之一，云存储可容纳海量数据，并能通过互联网进行检索。云存储服务提供商可管理任何形式的数据（包括结构化与半结构化数据）。
云存储提供了物理存储设备的抽象层，并将数据存储作为一种服务提供，通常按使用量计费。这使得用户能够在无需了解文件具体存储位置的情况下，通过云存储访问其文件。此外，文件可在全球范围内被访问。随着将数据托管于云端的用户数量增加，云存储已成为重要主题。然而，用户通常不信任其数据的存储位置及访问权限，因此许多用户希望实施安全措施以完全掌控自身数据。身份验证、完整性、可用性、机密性和隐私保护成为用户关注的核心需求。
区块链技术的关键特性
区块链是当前最受关注的技术之一，已在多个领域展现出重要价值。区块链主要被视为分布式账本或分布式数据库。自2008年诞生以来，区块链持续发展为一种颠覆性技术，可能彻底改变我们交互、创建数字资产、跟踪交易及监控操作的方式。
区块链的关键特性包括：
- 分布式：采用标准协议确保每个节点接收所有交易，并按预定规则将交易分组至区块中。其设计允许数据在多个网络间同步与分布。
- 去中心化：作为核心优势，每个节点保存所有交易数据记录，无需中央机构，消除了单点故障风险。
- 共识机制：通过算法维护数据一致性，确保所有节点对交易有效性达成一致。
- 匿名性：用户通过生成地址进行交互，系统不泄露实际身份信息，但成员可查看加密的交易详情。
- 可追溯性：时间戳与数字签名使每个交易可追踪至特定时间及对应参与方，每个区块都与前一个区块永久关联。
区块链在云存储中的现有技术
基于文献分析，区块链技术在云存储中的应用主要分为以下几类：
基于加密技术的云存储服务
该框架允许用户以加密形式传输数据，将数据内容分布至云节点，并通过加密技术确保数据可访问性。其结构包含数据处理器（预处理数据）、数据验证器（验证损坏数据）和令牌生成器（为用户生成访问令牌）。流程包括数据所有者预处理数据、授权搜索、生成令牌、云服务器使用令牌定位加密文件并返回结果，以及随时进行数据完整性验证。
数据去重方案
数据去重通过消除冗余数据优化云存储空间，仅保留唯一数据副本以提高存储效率并降低成本。然而，这可能增加数据可靠性问题。通过将去重方案与区块链结合，可实现系统机密性与数据完整性的保护。去重方法按数据单元（文件级与块级）、位置（源端与目标端）和磁盘布局（前向与后向引用）进行分类。
数据完整性检查技术
基于区块链的结构为云存储服务提供去中心化数据完整性检查。该技术依赖区块链、云存储服务提供商（CSS）和数据用户三个组件。数据完整性服务（DIS）构建于区块链之上，使用Merkle树进行验证，包括预处理阶段（数据分片构建哈希树）和验证阶段（挑战-响应机制确保数据未受损）。
存储效率优化技术
随着云计算快速发展，NoSQL数据库成为云存储的理想选择。BigchainDB作为无主、可扩展的去中心化数据库，在NoSQL数据库基础上提供区块链功能（如哈希块、交易、投票和记录不可变性），显著提升云存储效率。
分布式云存储访问控制系统
区块链技术可用于不可信云环境中信息的安全访问控制。基于属性的加密方案与动态属性结合，通过去中心化账本记录所有安全事件（如撤销、密钥生成、策略分配和访问请求），确保数据共享安全。智能合约基于角色的访问控制（RBAC-SC）利用区块链实现跨组织信任关系描述与身份验证。
实际应用项目分析
MaidSafe
SAFE网络是一个点对点去中心化数据与通信网络，通过资源证明（POR）验证节点提供的存储、带宽和在线时间，确保高性能、可靠性和隐私保护。
Sia
去中心化存储网络，通过存储合约（区块链记录）实现用户与存储提供者间的协议，采用客户端加密和两重加密算法保障数据机密性，使用Siacoin作为支付手段。
Storj
对象存储网络通过客户端加密、分片和分布式哈希表（DHT）实现数据保护，持续审计机制验证存储提供者的数据持有情况。
Filecoin
基于区块链的分布式存储网络，利用复制证明（PoRep）和存储证明（PoS）验证数据存储，通过智能合约实现数据存取市场化。
IPFS
点对点文件系统结合分布式哈希表与Merkle有向无环图（DAG），确保数据完整性与可追溯性，支持去中心化内容分发。
区块链与云存储集成的需求与挑战
集成区块链与云存储需满足以下要求：
- 身份管理：区块链提供无需信任第三方的安全身份管理方案，增强用户对数据的控制力。
- 安全数据分类：基于数据重要性实施分类安全措施，结合区块链技术保护敏感信息。
- 可信解决方案：通过去中心化安全机制提升云服务的可信度，确保交易不可篡改。
- 基础设施安全：明确安全责任分工，采用身份管理系统协调服务模型、用户与系统间关系。
- 数据存储与安全：结合谓词加密和同态加密等前沿技术，提升云数据安全性。
主要挑战包括共识模型优化、计算成本降低、交易验证效率提升，以及现有系统的兼容性与过渡问题。
常见问题
区块链如何提升云存储安全性？
区块链通过去中心化、加密技术、不可篡改性和共识机制，确保数据存储与传输的完整性、机密性和可追溯性，减少对单一机构的依赖。
数据去重会否影响云存储的可靠性？
去重虽优化存储空间，但可能增加数据可靠性风险。结合区块链记录去重交易可验证数据真实性，平衡效率与可靠性。
智能合约在云存储中的作用是什么？
智能合约自动化执行访问控制、支付审计等操作，消除中介需求，提高流程透明度与效率，如自动验证数据完整性。
私有区块链与公有区块链在云存储中的区别？
私有区块链限制访问权限，需身份验证，适合企业内部数据管理；公有区块链完全开放，注重匿名性，适用于公共数据存储场景。
未来发展方向
未来研究应聚焦于身份管理系统优化、数据分类安全增强、可信云服务架构开发、基础设施安全透明化以及高级加密技术集成。区块链技术有望通过去中心化与自动化特性，为云存储提供更安全、高效的解决方案，推动云计算领域的创新与发展。
结论
本文系统综述了2010年至2019年间区块链技术与云计算在保障云存储安全方面的研究。区块链为云数据管理带来新范式，用户可直接控制数据与交易，消除对第三方机构的依赖。其去中心化、加密验证和智能合约等特性，为云存储安全提供了可靠基础。尽管在共识机制、计算成本和系统过渡方面仍存在挑战，但随着技术持续成熟，区块链有望在云存储领域发挥更重要的作用，为用户提供安全、透明且高效的数据管理方案。