高文濤，張桂蕓

（天津師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，天津300387）

近年來，區(qū)塊鏈技術(shù)由于其去中心化和不可篡改等特性[1]，在金融、互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并逐漸滲透到音樂產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域.隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，音樂產(chǎn)業(yè)已經(jīng)逐步進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)音樂時(shí)代，這給音樂產(chǎn)業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)，即海量音樂數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和共享問題.

區(qū)塊鏈作為分布式記賬技術(shù)，可以完整地保存每一份在鏈上注冊(cè)過的新的數(shù)字內(nèi)容和版權(quán)等相關(guān)信息，然而，現(xiàn)有的區(qū)塊鏈直接鏈上大文本、 音頻和視頻等文件成本昂貴，并且系統(tǒng)計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力有限.針對(duì)以上問題，相關(guān)研究做了許多嘗試.文獻(xiàn)[2]設(shè)計(jì)了基于以太坊的物品共享交易服務(wù)系統(tǒng)，利用智能合約實(shí)現(xiàn)共享物品的租借與歸還服務(wù)，但沒有考慮到區(qū)塊鏈上直接存儲(chǔ)物品詳情信息等大文本數(shù)據(jù)的局限性.文獻(xiàn)[3]通過改進(jìn)拜占庭容錯(cuò)機(jī)制并定制個(gè)性化訪問控制，設(shè)計(jì)了電子醫(yī)療記錄共享模型，但該模型仍存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面的缺陷.文獻(xiàn)[4]提出一種基于區(qū)塊鏈和星際文件系統(tǒng)（inter planetary file system，IPFS）的框架來解決當(dāng)前在線出版的原創(chuàng)性和真實(shí)性問題，雖然該模型結(jié)合了IPFS， 但只驗(yàn)證了智能合約的功能，用戶的訪問權(quán)限部分沒有實(shí)現(xiàn)，在數(shù)據(jù)共享方面還存在不足.音樂產(chǎn)業(yè)結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)的研究還在初步階段，在音樂版權(quán)保護(hù)方面，文獻(xiàn)[5]通過分析中國(guó)音樂版權(quán)保護(hù)存在的所有權(quán)不明確以及版權(quán)分配不均等問題，提出了一個(gè)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的音樂版權(quán)保護(hù)途徑，為中國(guó)音樂版權(quán)保護(hù)提供了一個(gè)創(chuàng)新的商業(yè)模式，然而，海量音樂數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在鏈上會(huì)產(chǎn)生大量的區(qū)塊數(shù)據(jù)，影響區(qū)塊鏈的性能和存儲(chǔ)容量，這對(duì)于區(qū)塊鏈技術(shù)無疑是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，此文獻(xiàn)中并沒有給出合理的解決措施.

國(guó)內(nèi)外一些音樂服務(wù)商采用“區(qū)塊鏈+音樂”的模式， 如 BitTunes、Ujo Music、Peertracks 和 Voise 等基于區(qū)塊鏈的音樂媒體平臺(tái)[6]，但大多數(shù)平臺(tái)只結(jié)合區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)了版權(quán)管理和文件分享，而沒有考慮到音樂文件本身的存儲(chǔ)缺陷， 同時(shí)還存在用戶體驗(yàn)性差等問題，因而難以實(shí)現(xiàn)海量音樂數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)和廣泛共享.

區(qū)塊鏈的公有鏈架構(gòu)需要大量公眾節(jié)點(diǎn)共同參與來保證系統(tǒng)運(yùn)行，然而在音樂數(shù)字版權(quán)的應(yīng)用環(huán)境中，不需要大規(guī)模的節(jié)點(diǎn)參與，容易造成系統(tǒng)資源浪費(fèi).對(duì)此，本文提出一種基于以太坊聯(lián)盟鏈的去中心化音樂共享模型.采用IPFS 為區(qū)塊鏈提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，創(chuàng)作者將音樂數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在IPFS 上，而在區(qū)塊鏈上只存儲(chǔ)該數(shù)據(jù)的hash 值，在保證數(shù)據(jù)安全可靠的前提下，減少區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，從而實(shí)現(xiàn)海量音樂數(shù)據(jù)的分布式可靠存儲(chǔ)；通過設(shè)計(jì)用戶個(gè)性化訪問控制策略設(shè)置創(chuàng)作者和普通用戶之間的訪問權(quán)限，利用智能合約保證交易的可靠性和透明度，交易信息經(jīng)過全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)共識(shí)驗(yàn)證后寫入?yún)^(qū)塊鏈；通過數(shù)據(jù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型和智能合約的有效性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)模型提高了運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)了高可靠性的音樂數(shù)據(jù)存儲(chǔ).

1 區(qū)塊鏈技術(shù)和IPFS

區(qū)塊鏈源于比特幣的底層技術(shù).為了保證數(shù)據(jù)的不可篡改性，區(qū)塊鏈引入了一種以區(qū)塊為單位并按時(shí)間順序相連的方式組合而成的鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[7]，如圖1 所示.

圖1 區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of blockchain

以太坊是一個(gè)基于公有鏈的去中心化區(qū)塊鏈平臺(tái)，它通過共識(shí)機(jī)制和各個(gè)節(jié)點(diǎn)共同參與來保證系統(tǒng)運(yùn)行，同時(shí)以太坊支持智能合約，并可以執(zhí)行圖靈完備的腳本語(yǔ)言[8].共識(shí)機(jī)制致力于解決在去中心化的分布式互連網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)如何達(dá)成一致的問題[9].以太坊中的共識(shí)機(jī)制分為PoW（proof of work，工作量證明）和 PoA（proof of authority， 權(quán)利證明[10]）.

智能合約是運(yùn)行在區(qū)塊鏈上的一段計(jì)算機(jī)程序，它擴(kuò)展了區(qū)塊鏈的功能，但是合約不能直接運(yùn)行在區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)上[11].以太坊自定義了Solidity 等圖靈完備的腳本語(yǔ)言以開發(fā)智能合約， 外部去中心化應(yīng)用（decentralized application，DApp）需要調(diào)用智能合約，并依照合約執(zhí)行交易和訪問狀態(tài)數(shù)據(jù).

IPFS 是一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的分布式文件系統(tǒng)，提供了數(shù)據(jù)的永久性分布式存儲(chǔ)[12]，可以與區(qū)塊鏈的不可篡改和時(shí)間戳證明等特性相結(jié)合.IPFS 網(wǎng)絡(luò)是不固定的、細(xì)粒度的、 分布式的網(wǎng)絡(luò)，可以很好地共享圖像、音樂、視頻流等各類數(shù)據(jù).

2 基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈和IPFS的音樂共享模型設(shè)計(jì)

2.1 模型架構(gòu)

本文基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈和IPFS 設(shè)計(jì)的去中心化音樂共享模型系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示，分為2 層，上層為用戶交互層，下層為數(shù)據(jù)訪問層.

圖2 模型系統(tǒng)架構(gòu)Fig.2 System architecture of the model

模型采用Web3 和智能合約實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用與以太坊區(qū)塊鏈和IPFS 的連接，利用以太坊PoA 共識(shí)機(jī)制的Clique 算法實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間的分布式共識(shí)，通過可信任的簽名者產(chǎn)生新區(qū)塊，避免了算力挖礦.雖然PoA 的去中心化程度較弱，但是其可靠的權(quán)威節(jié)點(diǎn)認(rèn)證機(jī)制和高效的共識(shí)效率更適用于音樂聯(lián)盟鏈的應(yīng)用場(chǎng)景.

用戶交互層為用戶提供可視化的操作接口，是用戶與系統(tǒng)交互的橋梁，包括系統(tǒng)基礎(chǔ)功能模塊，能夠?qū)⒂脩舻牟僮髡?qǐng)求轉(zhuǎn)化為虛擬資產(chǎn)和交易發(fā)送給底層的以太坊區(qū)塊鏈，并永久保存在鏈上.

數(shù)據(jù)訪問層由分布式的以太坊P2P 網(wǎng)絡(luò)和IPFS網(wǎng)絡(luò)共同實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)操作.以太坊網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)組成聯(lián)盟體，利用共識(shí)算法達(dá)成一致，為系統(tǒng)提供去中心化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù).區(qū)塊鏈存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)由聯(lián)盟鏈中的所有節(jié)點(diǎn)共同管理，保證數(shù)據(jù)不可被篡改.IPFS 具有去中心化和可基于內(nèi)容尋址的特性， 用于存儲(chǔ)大文本、音頻等數(shù)據(jù)文件，文件內(nèi)容的hash 值則保存在以太坊區(qū)塊鏈上.

2.2 模型工作流程設(shè)計(jì)

模型工作流程如圖3 所示.

圖3 模型工作流程Fig.3 Work flow of the model

（1）創(chuàng)作者是音樂數(shù)字內(nèi)容的版權(quán)所有者（即數(shù)據(jù)擁有者），創(chuàng)作者創(chuàng)建智能合約，并且制定用戶訪問控制策略acpi，通過身份驗(yàn)證后將音樂文件Fi進(jìn)行加密，形成密文Ci上傳到IPFS；

（2）IPFS 根據(jù)音樂文件Fi計(jì)算出唯一的hash 值hashi并返回給創(chuàng)作者，然后創(chuàng)作者調(diào)用智能合約將該hashi和其他音樂屬性信息以交易的形式存儲(chǔ)在以太坊區(qū)塊鏈上；

（3）創(chuàng)作者可以根據(jù)該hashi驗(yàn)證版權(quán)， 查看音樂內(nèi)容是否發(fā)生篡改，同時(shí)允許其他普通用戶訪問音樂數(shù)據(jù)；

（4）普通用戶要獲取Fi，首先要通過請(qǐng)求區(qū)塊ID來獲取鏈上存儲(chǔ)的hashi， 當(dāng)滿足用戶訪問策略后才能根據(jù)該唯一的hashi在IPFS 中查詢到所需內(nèi)容，通過密鑰keyi解密文件獲取數(shù)據(jù).

音樂文件加密后存入IPFS，實(shí)現(xiàn)文件的分布式共享存儲(chǔ).創(chuàng)作者和普通用戶之間利用智能合約產(chǎn)生交易，從而實(shí)現(xiàn)交易過程的透明化和自動(dòng)化.同時(shí)，交易信息在全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)廣播驗(yàn)證后寫入?yún)^(qū)塊鏈，保證交易信息不可篡改.

2.3 訪問控制策略設(shè)計(jì)

針對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)訪問權(quán)限，設(shè)計(jì)用戶訪問控制策略為 acpi=（〈Ui，seqi〉，R，P）， 其中： Ui為數(shù)據(jù)擁有者用戶集合，seqi為允許請(qǐng)求訪問的數(shù)據(jù)序列號(hào)，R 為一組角色集合（即用戶在系統(tǒng)中的身份屬性集合），P 為數(shù)據(jù)擁有者允許訪問seqi的用戶屬性權(quán)限.acpi通過控制訪問者的角色實(shí)現(xiàn)用戶自定義的個(gè)性化訪問控制.訪問控制策略acpi以交易的形式存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈中，每個(gè)交易中可能存在一條或多條訪問控制策略.對(duì)于用戶發(fā)送的訪問請(qǐng)求seqi，若該請(qǐng)求屬性信息滿足acpi中的用戶屬性權(quán)限P，則根據(jù)策略描述來允許或拒絕該請(qǐng)求.策略信息對(duì)任何用戶都是可驗(yàn)證、可追溯且不可篡改的， 這保證了系統(tǒng)的魯棒性和可信性.訪問控制策略的判決過程通過智能合約實(shí)現(xiàn)，避免了第三方機(jī)構(gòu)參與.用戶訪問控制流程如圖4 所示.

圖4 訪問控制流程Fig.4 Flow of access control

用戶要訪問音樂數(shù)據(jù)，首先需要進(jìn)行身份驗(yàn)證，如果滿足訪問控制策略則擁有訪問請(qǐng)求.普通用戶和創(chuàng)作者擁有不同的訪問控制，創(chuàng)作者可以直接查看或上傳音樂數(shù)據(jù)，而普通用戶則需要驗(yàn)證其權(quán)限是否符合制定的acpi，若符合則可以直接訪問音樂數(shù)據(jù)，否則拒絕訪問.

2.4 智能合約結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)

智能合約是音樂共享模型的核心組件，用于實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的業(yè)務(wù)邏輯[13]，為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)提供支持，完成數(shù)據(jù)的上傳、 存儲(chǔ)等操作.本文模型中用戶有2 種身份：音樂創(chuàng)作者和普通用戶.智能合約可以將用戶操作轉(zhuǎn)換成區(qū)塊鏈中的交易， 完整記錄在以太坊網(wǎng)絡(luò)中.智能合約中需要結(jié)構(gòu)體（Struct）來記錄音樂共享等信息.本文模型的智能合約結(jié)構(gòu)體包括音樂數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體和普通用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體.

2.4.1 音樂數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

創(chuàng)作者注冊(cè)新的音樂作品，將音樂的音頻、 歌詞等數(shù)據(jù)上傳至IPFS，并將唯一的hash 值記錄到區(qū)塊鏈中，形成智能合約交易.以太坊的挖礦節(jié)點(diǎn)將交易寫入?yún)^(qū)塊，則表明合約交易創(chuàng)建成功.音樂數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)見表1.

表1 音樂數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體Tab.1 Struct of music data

2.4.2 普通用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

創(chuàng)作者和普通用戶之間的音樂交易，是智能合約處理的主體業(yè)務(wù).普通用戶需要提供賬戶地址，發(fā)起付費(fèi)購(gòu)買請(qǐng)求后需要對(duì)用戶賬戶的資金余額情況進(jìn)行驗(yàn)證，以保證音樂購(gòu)買流程的安全性.普通用戶結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)見表2.

表2 普通用戶結(jié)構(gòu)體Tab.2 Struct of users

2.5 智能合約詳細(xì)設(shè)計(jì)

本文的智能合約基于Truffle 框架[14]開發(fā)， 采用Solidity 語(yǔ)言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)作者和普通用戶之間的去中心化音樂共享.

2.5.1 音樂作品創(chuàng)建模塊

創(chuàng)作者擁有唯一的hash 地址，通過調(diào)用智能合約方法addMusicToBlockchain（）創(chuàng)建音樂作品（包括作品名稱、歌詞、價(jià)格等），創(chuàng)建過程中消耗一定數(shù)量的Gas.因此，創(chuàng)作者賬戶需要有足夠的以太幣，否則音樂作品會(huì)創(chuàng)建失敗， 無法上傳到以太坊區(qū)塊鏈和IPFS.

2.5.2 音樂查詢模塊

普通用戶和創(chuàng)作者都可以根據(jù)音樂編號(hào)ID 或音樂名稱查詢相應(yīng)的音樂作品，音樂編號(hào)ID 是唯一的，可以精確定位到某一音樂作品.查詢過程中只調(diào)用合約方法getMusic（），不需要修改數(shù)據(jù)，因此沒有產(chǎn)生交易，不消耗Gas.

2.5.3 音樂溯源模塊

創(chuàng)作者將原創(chuàng)音樂作品上傳到IPFS 后，返回的hash 值及音樂信息等元數(shù)據(jù)同時(shí)間戳一起被存儲(chǔ)到鏈上，這些數(shù)據(jù)都具有唯一性和不可篡改性.用戶可以根據(jù)音樂作品的hash 值追溯版權(quán)，查看該作品擁有者及其他相關(guān)信息.溯源過程沒有交易數(shù)據(jù)，因此不消耗交易費(fèi)用.溯源過程的合約算法如下：

2.5.4 普通用戶購(gòu)買模塊

普通用戶購(gòu)買音樂的前提條件是：（1）msg.value ＞music.price，其中：msg 為當(dāng)前賬戶，value 為該賬戶所持有的以太幣余額，price 為music 的價(jià)格；（2）用戶不是創(chuàng)作者本身.

普通用戶查詢到自己需要的音樂作品后，若滿足購(gòu)買條件且選擇付費(fèi)購(gòu)買，則完成一筆交易，區(qū)塊鏈相應(yīng)增加一條記錄.若當(dāng)前賬戶余額不足以支付音樂價(jià)格，則購(gòu)買失敗.購(gòu)買過程的合約算法如下：

3 實(shí)驗(yàn)與分析

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

搭建包含6 個(gè)節(jié)點(diǎn)的以太坊聯(lián)盟鏈和IPFS 私有集群，對(duì)設(shè)計(jì)的去中心化音樂共享模型進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)境見表3.

表3 實(shí)驗(yàn)環(huán)境配置Tab.3 Configuration of experimental environment

以太坊采用go-ethereum 客戶端進(jìn)行挖礦和同步區(qū)塊數(shù)據(jù)，采用puppeth 程序生成創(chuàng)世區(qū)塊的相關(guān)信息 Creation.json， 利用 Truffle 框架部署智能合約， 部署之前需要啟動(dòng)6 個(gè)節(jié)點(diǎn)的Geth 客戶端并設(shè)定RPC端口.本地IPFS 私有集群的搭建采用go-ipfs 客戶端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，所有節(jié)點(diǎn)共享同一個(gè)密鑰swarm.key.Geth 節(jié)點(diǎn)之間相互同步和驗(yàn)證區(qū)塊信息，共同組成一個(gè)以太坊網(wǎng)絡(luò).

3.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試和驗(yàn)證

智能合約運(yùn)行在以太坊虛擬機(jī)（EVM）中，經(jīng)過編譯驗(yàn)證智能合約的正確性，合約部署成功后會(huì)返回合約地址以及合約賬戶，用戶交互時(shí)會(huì)發(fā)送消息給該合約賬戶.通過調(diào)用智能合約測(cè)試音樂共享模型的有效性和可行性，同時(shí)對(duì)IPFS 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢進(jìn)行驗(yàn)證.IPFS 根據(jù)創(chuàng)作者上傳的加密音樂數(shù)據(jù)計(jì)算出唯一的hash 值，然后將其和其他音樂信息以JSON 文件格式存儲(chǔ)到鏈上并打上時(shí)間戳.當(dāng)普通用戶查詢獲取音樂數(shù)據(jù)時(shí)，首先通過請(qǐng)求區(qū)塊ID 獲得區(qū)塊鏈上的hash值，然后IPFS 通過該hash 值訪問一個(gè)分布式hash 表快速找到擁有數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢索，并使用hash 值驗(yàn)證該數(shù)據(jù)是否正確，最后將音頻數(shù)據(jù)返回給用戶.

3.3 實(shí)驗(yàn)分析

3.3.1 安全性分析

區(qū)塊鏈所面臨的主要安全風(fēng)險(xiǎn)來源于攻擊者通過攻擊共識(shí)機(jī)制來修改區(qū)塊數(shù)據(jù)，本文模型采用P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 避免了單點(diǎn)攻擊， 利用所有節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)，可以很好地保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性.以太坊聯(lián)盟鏈采用PoA 共識(shí)算法，通過可信任的簽名者產(chǎn)生區(qū)塊，其本身具有較強(qiáng)的防篡改能力.音樂文件以加密的形式存儲(chǔ)在IPFS 上，用戶只有通過記賬節(jié)點(diǎn)對(duì)于訪問控制策略的驗(yàn)證， 才能獲取到密鑰解密文件.IPFS 基于內(nèi)容尋址，利用音樂文件內(nèi)容生成唯一的hash 值，重復(fù)的音樂內(nèi)容只存儲(chǔ)一次，保證了音樂內(nèi)容的真實(shí)性和不可篡改性.普通用戶購(gòu)買到解密的音樂文件后，交易記錄被永久存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上.

3.3.2 共識(shí)算法分析

PoW 是目前公有區(qū)塊鏈系統(tǒng)采用最多的共識(shí)算法，但其性能較PoA 低，而PoA 的去中心化程度較弱.本文通過實(shí)驗(yàn)對(duì)這2 種共識(shí)算法的CPU 占用率進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖5 所示.由圖5 可見，PoA 的CPU 消耗率較低.PoA 通過一組授權(quán)節(jié)點(diǎn)來負(fù)責(zé)新區(qū)塊的產(chǎn)生和區(qū)塊驗(yàn)證，需要更少的算力，避免了PoW 因算力競(jìng)爭(zhēng)而造成的資源浪費(fèi)，從而能節(jié)約計(jì)算資源，更快地響應(yīng)數(shù)據(jù)請(qǐng)求.因此本文模型采用PoA 共識(shí)算法.

圖5 PoA 和 PoW 的 CPU 占用率Fig.5 CPU utility of PoA and PoW

3.3.3 吞吐量性能分析

吞吐量是衡量系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)之一[15].本文采用每秒交易數(shù)量（transaction per second， TPS）來定義吞吐量， TPS=Transactions/Δt， 其中： Δt 為共識(shí)間隔，即出塊時(shí)間，Transactions 為間隔Δt 內(nèi)區(qū)塊包含的交易數(shù)據(jù)量.對(duì)模型中PoA 算法的吞吐量進(jìn)行測(cè)試， 取 Δt=10、20、40 和 100 s， 對(duì)算法進(jìn)行連續(xù) 10 次無差異實(shí)驗(yàn)， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6 所示.由圖6 可見，PoA算法吞吐量相對(duì)較穩(wěn)定，可以滿足系統(tǒng)需要.當(dāng)Δt=10 s 時(shí)， TPS 最高可以達(dá)到 630， 當(dāng) Δt=100 s 時(shí)， TPS最高達(dá)到335.Δt=40 s 和100 s 的TPS 折線有部分交叉，這是由于區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)間的網(wǎng)絡(luò)通信延遲造成的.

圖6 TPS 折線圖Fig.6 Line chart of TPS

對(duì)不同的Δt，分別進(jìn)行10 次實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)TPS 的平均值， 得到 TPS 隨出塊時(shí)間 Δt 的變化曲線， 如圖7所示.由圖7 可見，隨著出塊時(shí)間增長(zhǎng)，因?yàn)橄到y(tǒng)中處理的交易數(shù)量逐漸增多，節(jié)點(diǎn)間的網(wǎng)絡(luò)通信逐漸頻繁，算法的共識(shí)效率有所下降，TPS 也隨之降低，Δt=100 s 時(shí)， TPS 的平均值為 311.

圖7 TPS 隨出塊時(shí)間的變化Fig.7 Change of TPS with out-of-block time

以TPS 作為性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，將本文模型與其他4個(gè)區(qū)塊鏈平臺(tái)進(jìn)行比較，結(jié)果見表4.由表4 可見，較其他區(qū)塊鏈平臺(tái)，本文模型的TPS 明顯提升，在性能上具有一定優(yōu)勢(shì).

表4 不同區(qū)塊鏈平臺(tái)的TPS 對(duì)比Tab.4 Comparison of TPS under different blockchain platforms

為檢驗(yàn)本文模型的交易處理效率，統(tǒng)計(jì)了不同交易量的系統(tǒng)處理時(shí)間，并與文獻(xiàn)[2]模型進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖8 所示.由圖8 可見，隨著交易量的增加，系統(tǒng)處理時(shí)間也隨之增加，文獻(xiàn)[2]模型處理1 000 條交易的時(shí)間約為2.3 s，本文模型的處理時(shí)間約為1.25 s，說明本文模型的交易處理效率較高.

圖8 不同交易量的系統(tǒng)處理時(shí)間Fig.8 Processing time of different transactions

4 結(jié)語(yǔ)

目前，音樂領(lǐng)域是區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用研究中的一個(gè)重要的發(fā)展方向.本文提出的聯(lián)盟式音樂區(qū)塊鏈系統(tǒng)結(jié)合IPFS 實(shí)現(xiàn)了音樂數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)和共享.搭建以太坊聯(lián)盟鏈和IPFS 私有集群對(duì)模型進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，采用以太坊PoA 共識(shí)機(jī)制使全網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)達(dá)成共識(shí)，驗(yàn)證了智能合約的有效性.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文模型的TPS 比較穩(wěn)定，在滿足基本功能的前提下，保證了數(shù)據(jù)的不可篡改性、完整性和安全性.在未來的工作中，還需要對(duì)共識(shí)算法進(jìn)行改進(jìn)，以進(jìn)一步提高全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的共識(shí)效率.