轻量化区块链技术下的网络信息安全防护方法研究

引言

随着物联网、移动互联网等技术的发展，网络信息安全面临新的挑战。传统区块链技术虽然安全可靠，但其高计算复杂度和大存储需求限制了在资源受限环境中的应用。轻量化区块链技术通过优化共识机制、简化验证过程等方式，在保证安全性的同时大幅降低资源消耗，为网络信息安全防护提供了新的解决方案[1]。

探讨轻量化区块链技术在网络信息安全防护中的应用，分析其技术优势，提出针对性的安全防护框架和算法。研究结果对于推动区块链技术在网络安全领域的应用，特别是在物联网、移动终端等场景中的安全防护具有重要意义。

1. 轻量化区块链技术特点

轻量化区块链技术是针对特定场景优化传统区块链的新型分布式账本技术，核心特点为计算、存储、通信轻量化。计算上，改用低能耗共识算法（如 PoS、DPoS），降低超 6 0 % 计算资源需求；存储上，借助数据结构与“修剪”技术，将存储需求控制在传统 30 % - 5 0 % ；通信上，优化传输使带宽需求降 4 0 % - 6 0 % ，适配资源受限场景。

2. 网络安全威胁与防护需求

当前网络环境面临的安全威胁日益复杂多样。DDoS 攻击、中间人攻击、Sybil 攻击等传统威胁持续演变，同时出现了针对物联网设备的僵尸网络、针对移动终端的零日漏洞利用等新型攻击方式。

在物联网场景中，安全威胁尤为突出。约 6 0 % 的物联网设备存在严重安全漏洞，且由于计算资源有限，难以部署传统安全防护措施。移动终端则面临恶意软件、数据泄露等风险[4]。这些环境对安全防护提出了特殊需求：低开销、高效率、易部署。

传统安全防护方法存在明显不足。中心化的安全认证体系存在单点故障风险；分布式方案又往往需要大量计算资源。轻量化区块链技术恰好能够满足这些特殊需求，为解决当前网络安全问题提供了新思路。

3. 安全防护框架设计

基于轻量化区块链技术的安全防护框架采用分层架构设计，包含设备层、共识层、服务层三个主要层次。设备层负责轻量级客户端的接入和安全认证，采用改进的椭圆曲线加密算法，将认证时间控制在 以内。

共识层是框架的核心，采用动态可配置的混合共识机制。在网络状况良好时使用低延迟的 DPoS 算法，在检测到攻击威胁时自动切换至更具安全性的 PoS 变种 [5]。实验数据显示，这种动态机制将共识延迟从传统PoW 的10 分钟降至30 秒以内。

服务层提供安全审计、威胁情报共享等增值功能。通过智能合约实现自动化的安全策略执行，将常见攻击的响应时间从人工干预的分钟级提升至毫秒级。框架还设计了跨链安全验证模块，支持不同轻量化区块链之间的安全互操作。

4. 关键安全防护算法

本研究提出了两项核心算法创新：分层验证机制和动态共识算法。分层验证机制将网络节点分为全验证节点和轻验证节点两个层级。全验证节点负责完整的交易验证，而轻验证节点只需验证区块头信息和部分关键交易，验证时间缩短了 。

动态共识算法根据网络状况实时调整共识参数。通过监测节点在线率、网络延迟等指标，在BFT 类算法和CFT 类算法之间智能切换[7]。在 100 节点的测试网络中，该算法使共识效率提升了3 倍，同时将拜占庭容错能力保持在 3 3 % 的安全阈值以上。

针对物联网场景，设计了基于身份的轻量级认证协议。采用双线性对技术实现设备间的直接认证，避免了证书管理的开销。与传统的PKI 体系相比，认证过程的通信量减少了 7 0 % ，内存占用降低到 50KB以下。

5. 性能评估与安全分析

在性能评估方面，搭建了包含 200 个节点的测试网络。测试结果显示，轻量化区块链方案在吞吐量、延迟和资源消耗三个关键指标上均有显著改善。交易吞吐量达到 1500TPS，是传统区块链的 15 倍；交易确认延迟平均为2.5 秒；单个节点的存储需求控制在50GB 以内。

安全分析采用了形式化验证和渗透测试相结合的方法。渗透测试中模拟了 DDoS、Sybil 等攻击，系统表现出良好的抗攻击能力。在持续30 分钟的 DDoS 攻击下，系统可用性仍保持在 9 5 % 以上，远高于传统方案的 6 0 % 。

能耗测试结果显示，轻量化区块链节点运行24 小时仅消耗 0.15 度电，是比特币全节点的 。这使得该技术非常适合部署在电池供电的物联网设备中，预计可使设备续航时间延长3-5 倍。

6. 应用前景与挑战

轻量化区块链技术在网络信息安全领域具有广阔的应用前景。在物联网安全方面，可应用于智能家居设备认证、工业物联网数据完整性保护等场景。在移动安全领域，该技术可用于 APP 来源验证、移动支付安全等。

然而，技术推广仍面临若干挑战。标准化进程滞后是首要问题，目前缺乏统一的轻量化区块链协议标准。监管政策也存在不确定性，特别是在数据隐私保护方面。此外，用户接受度也是一个障碍，需要简化用户体验，降低技术使用门槛。

未来发展方向包括三个方面：一是进一步优化性能；二是增强隐私保护；三是发展跨链技术。随着这些技术的成熟，轻量化区块链有望成为网络信息安全的基础设施之一。

结束语

本研究证实了轻量化区块链技术在网络信息安全防护中的有效性和实用性。通过技术创新和算法优化，在资源受限环境下实现了与传统安全方案相当甚至更优的防护效果。提出的分层架构和动态算法为解决区块链技术的可扩展性问题提供了新思路。未来工作需要继续完善技术细节，推动标准化进程，加强实际场景验证。特别是在 5G、边缘计算等新兴领域，轻量化区块链技术有望发挥更大作用。随着研究的深入和应用的拓展，这项技术将为构建更加安全、高效的网络环境做出重要贡献。

参考文献

1. 吴享南 . 计算机网络信息安全中数据加密技术的研究 [J]. 信息系统工程 ，2025，（04）：125-128.

2. 高银渌 ， 卢妙 . 计算机技术驱动的工业信息安全管理优化策略[J]. 现代工业经济和信息化 ，2025，15（03）：194-195+198.

3. 张芳平 . 大数据环境下高校校园网络信息安全隐患与防护措施[J]. 网络安全技术与应用 ，2025，（03）：97-99.

4. 付天宇 . 基于神经网络的 5G 通信网络信息安全防护技术 [J].电子元器件与信息技术 ，2025，9（02）：173-175.

5. 陈俊运 . 计算机网络信息安全隐患对技工院校校园安全的冲击与应对策略 [J]. 职业 ，2025，（02）：80-83.

6. 张妍， 肖志勇. 大数据时代计算机网络信息安全与防护策略[J].数字通信世界 ，2025，（01）：89-91.

7. 王超 . 计算机网络信息安全防护领域的虚拟网络技术分析 [J].信息与电脑 （ 理论版 ），2024，36（22）：104-106.

作者简介：陈晓玉（1980 年12 月-），女，汉族，河北石家庄人，大学本科，教授，主要研究方向：网络安全、软件开发、算法研究。

通讯作者：陈新（1977 年 11 月 -），男，汉族，河北沧州人，大学本科，副教授，主要研究方向：区块链技术应用、网络安全、软件测试。

高巍（1981 年3 月-），女，汉族，河北石家庄人，硕士研究生，副教授，主要研究方向：应用数学。