A Multi-Layer Secure Sharing Framework for Aviation Big Data Based on Blockchain

Qing Wang

doi:10.3390/fi17080361

2025-08-09

Qing Wang

Yanrong Lu

DOI：10.3390/fi17080361

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摘要

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作为一种新型生产要素，数据具有多维应用价值，其在航空领域的核心作用日益凸显。数据共享能够显著提升数据资源利用效率，是构建智慧民航的关键任务之一。然而当前，数据孤岛现象普遍存在，大量数据仅在有限范围内被利用和分析，其全部潜力尚未被充分挖掘。数据共享的挑战主要源于三个方面：(1) 数据所有者对数据安全和隐私存在担忧。(2) 航空运营的高度动态性和实时性对数据共享的及时性、稳定性和可靠性提出了严格要求，从而限制了其范围和程度。(3) 缺乏合理的激励机制导致数据所有者共享意愿不足。因此，解决航空大数据共享问题具有重要意义。自2008年比特币白皮书发布以来，区块链技术在数据安全和协同计算领域取得了持续突破。其独特的去中心化、防篡改、可追溯和可扩展特性，为与航空领域的融合奠定了基础。区块链可与空中交通管理（ATM）运营深度融合，有效解决ATM数据在分布式场景下的信任、效率与合作挑战。为满足不同ATM参与方对异构数据的使用需求，本文构建了一种基于区块链的多级数据安全共享架构，实现了细粒度管理和安全协作。此外，为满足航空运营的严格时效性要求及海量数据带来的存储压力，本文优化了区块链存储部署和共识机制，从而提升了系统可扩展性和处理效率。同时，提出了一种结合原始数据共享与模型共享的双模式数据共享方案，为航空大数据共享提供了新途径。安全性和形式化分析表明，所提方案在安全性与有效性方面均得到保障。

Keyword:

data sharing

blockchain technology

smart civil aviation

data security

air traffic management