本文是一篇工程硕士论文，本文介绍了基于区块链技术的公证信息管理系统所涉及到的区块链技术和存储扩容技术。 其次研究了国内外学者对于公证系统和基于区块链的公证系统方面的文献并进行了总结。最后对公证系统的存储优化和性能优化相关文献进行研究和总结。
第一章 绪论
1.1课题研究背景及意义
随着社会的不断进步和发展，公证业务变得越来越普及。传统的公证办理流程是申请人亲自到某一公证机构所在地址进行线下办理，申请方需要准备好所有的材料以及全部到场才能进行办理。通常，申请方可能会因为漏掉一些资料或者人员不能全部到齐等原因而导致多次往返公证机构，这样导致办理公证的效率非常低。
2020年初突如其来的新冠病毒扰乱了人们正常的生活，传统的线下公证办理方式已经不能很好的适用于当前环境。当事人或许因为疫情被隔离或者在国外不能回国，导致公证无法办理。所以基于线上的公证系统变得尤为重要。通过线上的公证系统，申请人可以和公证机构进行有效沟通，申请人办理公证的过程也在公证机关的全程监督之下。2020年4月，三峡公证处运用刚刚部署的公证系统帮助远在乌东德水电站工地因为疫情影响不能及时返回宜昌的王先生办理了购房和抵押贷款的委托公证。2020年6月，朱先生因为远在国外不能及时返乡出售房产为家人筹集医药费，三峡公证处得知情况后采用公证系统在网上办理房产出售委托公证，不动产登记中心认可公证书并快速办理了业务。
公证管理系统目前己经广泛应用于公证机构业务办理工作中。不同于传统纸质公证书有较强的防篡改性，电子公证信息存储在中心化数据库中，存在着很多网络攻击的风险，易于被内部人员或黑客攻击者进行伪造和篡改。针对我国公证系统中目前存在的数据安全存储等问题。
1.2课题来源及研究内容
本课题所涉及的研究内容的来源是导师的校企合作项目，该校企合作企业在多个行业和领域都涉及到基于区块链技术的系统的设计与研发。本校企合作项目的主要内容是运用区块链技术提升系统数据的安全性和防篡改性。因此本文运用该项目的基础架构设计了基于区块链技术的公证信息管理系统，实现了公证业务的线上办理和公证信息的隐私保护。
本课题将区块链技术应用于公证信息管理场景之中。首先对于传统的公证信息管理系统的现状进行研究和调查，分析出目前公证系统存在的问题与不足。针对存在的缺点，设计一个基于区块链技术的公证信息管理系统。其次对公证系统进行需求分析和总体设计，得出公证系统的用例图、框架图和时序图等设计图表。接着对区块链网络的存储模型进行优化，提出区块链的链下存储模型。同时通过设置数据节点和奖惩机制的方式来减少视图更换的频率以此来提高共识效率和系统交易吞吐量。最后对基于区块链的公证系统进行开发和测试。因此，本课题具有一定的研究价值和意义。
第二章 相关技术研究
2.1基础技术
基于区块链技术的公证信息管理系统是将区块链技术的优点运用于公证系统中来保障隐私数据不被篡改。所以需要深入了解区块链技术的概念和运行原理。本小节将对系统涉及到的相关技术进行研究和介绍。
2.1.1 区块链概念
2008年中本聪[1]发明了比特币。比特币因为具有去中心化、防篡改、可追溯性等特点，被广泛运用到区块链技术当中。区块链技术实质上是一个分布式存储的共享数据库，区块链网络中的节点通过去中心化的方式来参与数据的交易。区块链网络中的节点的数量没有限制，可以有任意多个，但是都得在规定的共识机制下才能产生新的区块。
区块链平台架构采用的是分层设计模式，每一层都负责不同的功能[2]。其中数据层负责存储区块链平台的数据，包括链式结构的数据区块，非对称加密和Merkle树等关键技术[3]。网络层通过P2P点对点的方式进行平台区块节点之间的数据通信[4,5]。共识层负责的内容是通过相应的共识算法实现交易数据的打包和上传。设置激励层的目的是为了通过奖励机制来鼓励矿工积极的挖矿，使得系统性能得到提升。合约层包含的主要内容是脚本代码和智能合约等关键技术。应用层则主要包含举例出区块链技术的应用场景和案例，包括可编程金融、众筹平台等。
区块链的存储结构是链式结构，每个区块通过哈希值连接在一起，每一个区块包含区块头和区块体两部分。区块头中包含前一个区块的哈希值，版本号，时间戳，随机数[6]和Merkle根节点等信息，区块体中包含具体的交易信息[7]。区块链网络中除了创世区块，其他所有区块都通过哈希值字段信息连接着上一个区块。因而如果有恶意节点妄图篡改已经上链的数据，则需要对所有的上链区块信息进行篡改。工作量的复杂且巨大使得区块中的数据很难被篡改[8]。区块链网络的具体结构如图2.1所示。
2.2公证系统相关研究
本小节对公证系统有关概念进行介绍。首先介绍公证的定义、起源以及公证的类型。其次介绍目前主流公证系统的操作流程和注意事项。接着介绍了目前公证系统的不足和暂未涉及的公证领域，分析和介绍了国内外对公证系统的研究现状。最后针对不足和可以改进的方面做了相关调研。
2.2.1 公证系统介绍
随着经济的不断发展与社会的进步，办理公证业务的需求在大众之中变得越来越旺盛。文献[29]指出所谓公证，即公证机构依照法律对公民或者组织团体提出的申请进行审批，证明申请人提交文书的真实性和有效性。公证起源于古罗马时期，是指代书人将自己亲身看见和认识到的事实撰写为法律文书，并在该法律文书上签字以作证明的行为，该代书人的职业在古罗马时期的历史上被称为“达比伦”。
公证作为一种非诉讼手段[30]，在社会活动和经济发展过程中发挥着重大的作用。目前我国主要的公证类型有遗嘱公证、委托公证、抵押公证和个人信息公证等类型。公证机构的含义是进行公证办理和证明等活动的司法机构，公证机构中的公证人员只能对其自己亲眼所见亲身经历的事情做公证是最基本的要求。现代的公证制度是我国一项重要的准司法制度，对公证机构、公证人员和公证程序等方面都做出了相应明确的规定。公证机构是以国家的名字来对组织团体或者个人公民之间的合同契约来做见证，走完公证流程办理完的公证即具有相应的法律效应。
第三章 系统总体设计 .................... 15
3.1系统需求分析 ............................................ 15
3.1.1 系统的设计目标 ....................................... 15
3.1.2 系统的功能模块分析 .................................. 16
第四章 基于奖惩机制的减少视图更换频率方案RP-PBFT ............................ 26
4.1问题分析 ....................................... 26
4.2RP-PBFT共识优化方案 .............................. 27
第五章 基于区块链的链下存储优化模型 ...................................... 40
5.1问题分析 .......................................... 40
5.2基于区块链的公证系统存储优化方案................40
第六章 系统原型实现及测试
6.1系统开发环境
6.1.1 硬件环境
本文的公证系统开发和部署需要硬件环境的支持，公证系统需要的硬件环境包括软件开发环境，代码存储服务器，数据存储服务器。其中软件开发环境主要用来对公证系统进行前后端代码的开发与测试，代码服务器主要负责存储打包上传的代码以及方便客户端用户进行远程访问系统，数据库服务器主要存储公证系统中的结构化数据，分布式文件存储系统主要存储公证系统中的非结构化的文件数据。具体的硬件环境如表6.1所示。
第七章 总结与展望
7.1总结
随着计算机技术的不断发展，人们对于公证信息管理系统的安全性和高效性提出了更高的要求。本文结合区块链等相关技术，对公证系统进行升级和改进成为了一个必然的趋势。区块链技术因为具有去中心化，防篡改性等特点可以很好的弥补传统公证系统的不足，防止公证系统内的敏感隐私数据被恶意获取和篡改。综上所述，本文对基于区块链技术的公证信息管理系统做了相关研究，主要的工作内容有如下几个方面。
(1) 介绍了基于区块链技术的公证信息管理系统所涉及到的区块链技术和存储扩容技术。 其次研究了国内外学者对于公证系统和基于区块链的公证系统方面的文献并进行了总结。最后对公证系统的存储优化和性能优化相关文献进行研究和总结。
(2) 对公证系统的总体架构进行设计。细分了系统的用户身份和子模块，并对其进行了详细的介绍，同时给出系统的架构图、网络部署图和UML时序图详细讲解系统的运行步骤。最后根据系统的需求设计了数据库表和ER实体关系图。
(3) 研究了如何通过改进公证系统的存储方式来改进系统的运行效率和交易吞吐量。通过对国内外研究现状的总结，提出一种区块链的链下存储优化模型。运用数据缓存机制，小文件缓存合并处理和动态闪电网络等概念，对存储模型进行优化。最后通过实验证明，本方案可以有效提升系统的存储效率和检索效率。
(4) 分析了目前共识机制存在的不足，通过对国内外研究现状的总结，提出了一种基于奖惩机制的减少视图更换频率的方案。该方法通过在区块链网络中引入数据节点，同时在节点区块头添加贡献因子，响应时间等字段来区分出优质节点并对节点进行分类。最后通过实验证明，本改进方案可以有效减少共识过程出现恶意节点的次数，从而减少视图更换的频率来提高系统的运行效率和交易吞吐量。
参考文献（略）
