开放式富语义非同质化数据要素链网融合架构

doi:10.11772/j.issn.1001-9081.2024121845

《计算机应用》唯一官方网站 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (11): 3502-3509.DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2024121845

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开放式富语义非同质化数据要素链网融合架构

王晶晶¹, 陈孟泽², 晏紫微¹, 王嘉讯³, 罗赞⁴, 任亚坤⁵, 雷凯¹()

^1.北京大学深圳研究生院深圳市内容中心与区块链重点实验室，广东深圳 518055
^2.深圳大学电子与信息工程学院，广东深圳 518060
^3.内蒙古大学计算机学院，呼和浩特 010021
^4.天源迪科信息技术股份有限公司，广东深圳 518063
^5.顺丰科技有限公司，广东深圳 518057

收稿日期:2024-12-31 修回日期:2025-03-24 接受日期:2025-04-01 发布日期:2025-05-26 出版日期:2025-11-10
通讯作者: 雷凯
作者简介:王晶晶（1996—），女，广东深圳人，博士，CCF会员，主要研究方向：图论、博弈论、机器学习
陈孟泽（2000—），男，江西吉安人，硕士研究生，主要研究方向：未来网络（信息中心网络）、区块链
晏紫微（1999—），女，湖南株洲人，硕士，CCF会员，主要研究方向：网络体系结构、区块链、信息安全
王嘉讯（1999—），男，山东济宁人，硕士，主要研究方向：未来网络（数据中心网络）、区块链
罗赞（1974—），男，广东深圳人，硕士，主要研究方向：机器学习、大语言模型、多模态模型、大数据、区块链
任亚坤（1989—），男，广东深圳人，主要研究方向：区块链、P2P网络通信、数据分析、分布式存储、机器学习、深度学习、物联网
第一联系人：共同第一作者
基金资助:
深圳市科技计划重点基础研究项目(JCYJ20220818100810023);深圳市科技研发资金资助项目(KCXST20221021111201002)

Open chain-network integration architecture with semantic-rich non-fungible data element

Jingjing WANG¹, Mengze CHEN², Ziwei YAN¹, Jiaxun WANG³, Zan LUO⁴, Yakun REN⁵, Kai LEI¹()

^1.Shenzhen Key Lab for ICN and Blockchain Technologies，Peking University Shenzhen Graduate School，Shenzhen Guangdong 518055，China
^2.College of Electronics and Information Engineering，Shenzhen University，Shenzhen Guangdong 518060，China
^3.College of Computer Science，Inner Mongolia University，Hohhot Inner Mongolia 010021，China
^4.Tianyuan Dic Information Technology Company Limited，Shenzhen Guangdong 518063，China
^5.Shunfeng Technology Company Limited，Shenzhen Guangdong 518057，China

Received:2024-12-31 Revised:2025-03-24 Accepted:2025-04-01 Online:2025-05-26 Published:2025-11-10
Contact: Kai LEI
About author:WANG Jingjing， born in 1996， Ph. D. Her research interests include graph theory， game theory， machine learning.
CHEN Mengze， born in 2000， M. S. candidate. His research interests include future network （information-centric networking）， blockchain.
YAN Ziwei， born in 1999， M. S. Her research interests include network architecture， blockchain， information security.
WANG Jiaxun， born in 1999， M. S. His research interests include future network （information-centric networking）， blockchain.
LUO Zan， born in 1974， M. S. His research interests include machine learning， large language models， multimodal models， big data， blockchain.
REN Yakun， born in 1989. His research interests include blockchain， P2P network communication， data analysis， distributed storage， machine learning， deep learning， internet of things.
Supported by:
Shenzhen Science and Technology Plan Key Basic Research Project(JCYJ20220818100810023);Shenzhen Science and Technology Research and Development Funding Project(KCXST20221021111201002)

摘要/Abstract

摘要：

针对现有非同质化代币（NFT）的流转机制存在跨链开放性限制、安全性问题以及网络拥堵和交易费用增高的问题，设计一种名为IEN NFDE（Intelligent Eco Networking Non-Fungible Data Element）的开放式富语义非同质化数据要素（NFDE）链网融合架构。首先，该架构设计了覆盖网络的传输协议，包括命名规则、报文的数据结构与编码规则以及基于命名寻址的数据转发和验证机制；其次，创新性地定义了富语义NFDE，将元数据和数字资产本身封装为一个独立且具有语义属性的数字实体，从而实现链上、链下的自由流通，解耦区块链系统与数据要素之间的绑定限制，提高数据要素流转的灵活性；最后，完成了IEN NFDE架构的原型系统设计与实现，并对它进行了性能测试。实验结果表明，在数据传输次数大于600时，与传输控制协议/互联网协议（TCP/IP）架构的NFT交易平台相比，IEN NFDE架构的原型系统在数据传输平均时延上至少降低了46.34%，数据传输总时延至少降低了52.43%，网络通信开销至少降低了36.98%，吞吐量至少提高了135.71%。这表明IEN NFDE架构的原型系统在提高数据跨链流转效率的同时，能显著降低网络资源的消耗。IEN NFDE架构不仅可为NFDE的高效流转提供新的解决方案，而且在实际应用中能够有效缓解网络拥堵现象，降低交易成本，为NFT市场的健康发展提供技术支持。

关键词: 第三代互联网, 非同质化数据要素, 实体非同质化代币, 区块链, 命名数据网络

Abstract:

To address limitations of cross-chain openness， security issues， network congestion， and increased transaction costs in the circulation mechanism of existing Non-Fungible Token （NFT）， an open semantic-rich Non-Fungible Data Element （NFDE） chain-network integration architecture named IEN NFDE （Intelligent Eco Networking Non-Fungible Data Element） was designed. Firstly， a transmission protocol for the overlay network was designed， encompassing naming rules， data structure and encoding rules of packets， as well as a data forwarding and verification mechanism based on named addressing. Then， the semantic-rich NFDE was defined by encapsulating metadata and digital assets themselves into an independent digital entity with semantic attributes， enabling free circulation of on-chain and off-chain data， and decoupling the binding limitations between blockchain systems and data elements， and improving the flexibility of data element circulation. Finally， a prototype system of the IEN NFDE architecture was designed and implemented， and its performance was tested. Experimental results showed that when the data transmission frequency exceeds 600 times， compared to the NFT trading platforms based on Transmission Control Protocol/Internet Protocol （TCP/IP） architecture， the prototype system of IEN NFDE architecture reduced the average data transmission delay by at least 46.34%， the total data transmission delay by at least 52.43%， the network communication overhead by at least 36.98%， and increased the throughput by at least 135.71%. These metrics indicate that the prototype system of the IEN NFDE architecture significantly improves the efficiency of cross-chain data circulation while markedly reducing the consumption of network resource. The IEN NFDE architecture not only provides a new efficient solution for the efficient circulation of NFDE， but also effectively alleviates network congestion， reduces transaction costs in practical applications， and offers technical support for the healthy development of NFT market.

Key words: Web3.0, Non-Fungible Data Element (NFDE), entity Non-Fungible Token (NFT), blockchain, Named Data Networking (NDN)

中图分类号:

TP393.0

王晶晶, 陈孟泽, 晏紫微, 王嘉讯, 罗赞, 任亚坤, 雷凯. 开放式富语义非同质化数据要素链网融合架构[J]. 计算机应用, 2025, 45(11): 3502-3509.

Jingjing WANG, Mengze CHEN, Ziwei YAN, Jiaxun WANG, Zan LUO, Yakun REN, Kai LEI. Open chain-network integration architecture with semantic-rich non-fungible data element[J]. Journal of Computer Applications, 2025, 45(11): 3502-3509.

图/表 15

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命名规则组件	描述
命名空间分区	区分不同公链的数据，防止数据命名冲突
数据类型标识	区分不同类型的数据
数据名称标识	数字资产内容名称信息
数字资产唯一标识	避免请求重复，检测循环兴趣
版本号	区分不同版本的数据

命名规则组件	描述
命名空间分区	区分不同公链的数据，防止数据命名冲突
数据类型标识	区分不同类型的数据
数据名称标识	数字资产内容名称信息
数字资产唯一标识	避免请求重复，检测循环兴趣
版本号	区分不同版本的数据

关键字段	字段名称	长度/bit	描述	是否必须
报文首部	协议版本号	6	标识协议的版本，确保节点正确解析报文	是
	报文类型	2	区分报文的种类：兴趣包（Interest）或数据包（Data）	是
	内容名字	可变长度	唯一标识内容的名字，用于数据检索	是
	前缀标识	1	指示名字可否为前缀形式	否
	随机数/ 全局唯一标识	32	生成唯一报文标识，防止重放攻击/为内容提供全局唯一的标识，有助于区分不同来源的数据	是
数据信息	区块链	可变长度	标识数据所属的区块链，实现不同链之间的数据关联	否
数据信息	元数据	可变长度	与有效载荷数据相关的元数据，例如数据类型、哈希、创建时间、数据所有者等	否
签名部分	签名类型	可变长度	指定签名的类型	是
	公钥位置	可变长度	提供公钥的位置信息，以便验证者可以查询到公钥	是
	签名值	可变长度	报文内容的签名结果，用于验证报文内容的可信和完整性	是

关键字段	字段名称	长度/bit	描述	是否必须
报文首部	协议版本号	6	标识协议的版本，确保节点正确解析报文	是
	报文类型	2	区分报文的种类：兴趣包（Interest）或数据包（Data）	是
	内容名字	可变长度	唯一标识内容的名字，用于数据检索	是
	前缀标识	1	指示名字可否为前缀形式	否
	随机数/ 全局唯一标识	32	生成唯一报文标识，防止重放攻击/为内容提供全局唯一的标识，有助于区分不同来源的数据	是
数据信息	区块链	可变长度	标识数据所属的区块链，实现不同链之间的数据关联	否
数据信息	元数据	可变长度	与有效载荷数据相关的元数据，例如数据类型、哈希、创建时间、数据所有者等	否
签名部分	签名类型	可变长度	指定签名的类型	是
	公钥位置	可变长度	提供公钥的位置信息，以便验证者可以查询到公钥	是
	签名值	可变长度	报文内容的签名结果，用于验证报文内容的可信和完整性	是

算法	安全性	性能	适用性	兼容性
RSA	密钥越长越安全	执行速度较慢，需要更多的计算资源	依赖于密钥产生和保管的平台、环境	如果使用适当的随机数生成，难以被预测
ECDSA	同等密钥长度下比RSA提供更好的安全性	执行速度更快，需要更少的计算资源	更适合于嵌入式设备和区块链应用	如果椭圆曲线参数选择合适，难以被预测

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Open chain-network integration architecture with semantic-rich non-fungible data element

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