Designing and Implementing a Decentralized Storage Framework Using Blockchain-Based Technology

Abstract

En la era digital, donde la seguridad, la integridad y la transparencia de los datos son imperativos, los entornos de almacenamiento respaldados por tecnología blockchain emergen como una solución disruptiva y de alto impacto. Esta tecnología no solo garantiza la inmutabilidad de la información una vez almacenada, sino que se consolida como una de las alternativas más robustas, confiables y seguras frente a los desafíos contemporáneos en la preservación de datos. Una de sus ventajas más distintivas es la transparencia: todos los participantes de la red pueden acceder y verificar cada transacción registrada en la cadena de bloques, lo que incrementa sustancialmente la confianza en el sistema. En particular, el almacenamiento on-chain, que implica la conservación directa de los datos dentro del libro mayor de la blockchain, ofrece una protección sin precedentes frente a la alternativa convencional de almacenamiento fuera de cadena (off-chain) donde la información se guarda en servidores externos susceptibles de manipulaciones o fallos. El enfoque on-chain asegura una trazabilidad completa y una resistencia inherente a alteraciones, consolidando la confianza en la autenticidad y permanencia de los datos digitales en entornos críticos. En esta tesis se presenta un framework de almacenamiento inalterable de archivos, basado en tecnología blockchain con modalidad on-chain, que garantiza la inmutabilidad, transparencia y trazabilidad de los datos y que representa una alternativa robusta y segura frente a los enfoques tradicionales. Para mitigar las limitaciones inherentes a esta modalidad —como el alto costo y la restricción de capacidad—, la propuesta incorpora una estrategia eficiente de asignación de recursos mediante la implementación de un entorno cliente-blockchain. En este entorno, los datos son comprimidos, fragmentados, codificados, serializados, indexados y distribuidos dentro de los bloques del libro mayor, permitiendo un uso más racional del espacio disponible sin comprometer la integridad del sistema. Asimismo, los chaincodes desarrollados emplean estructuras de datos especializadas para gestionar los fragmentos de archivos, optimizar el rendimiento operativo y maximizar la capacidad del libro mayor. Para evaluar la eficacia del marco propuesto, se ha llevado a cabo un análisis exhaustivo de los datos recopilados. Los resultados evidencian que variables como el tamaño óptimo de los fragmentos, la efectividad en la reducción del tamaño de los archivos y la selección adecuada de estructuras de datos tienen un impacto significativo en el desempeño global del sistema, consolidando el enfoque propuesto como una solución viable y escalable para el almacenamiento on-chain de información digital crítica.

In the digital era, when data security, integrity, and transparency are essential, blockchainbased storage systems provide a transformative and significant response. This technique ensures the immutability of recorded information and establishes itself as one of the most resilient, trustworthy, and secure options for modern data preservation difficulties. A notable feature is transparency: all network members can see and verify any transaction recorded on the blockchain, significantly enhancing trust in the system. In particular, on-chain storage, which entails the direct preserving of data within the blockchain ledger, provides exceptional security compared to the traditional method of offchain storage, where information is stored on external servers vulnerable to manipulation or failure. The on-chain method guarantees complete traceability and built-in resistance to manipulation, hence reinforcing trust in the authenticity and permanence of digital data in essential contexts. This thesis introduces a tamper-proof file storage framework that uses blockchain-based technology, mainly on an on-chain modality. This framework aims to provide robust security features such as the immutability, transparency, and traceability of data, providing an alternative to traditional approaches. However, on-chain has some limitations and challenges, including elevated costs and capacity constraints. The proposal incorporates an efficient resource allocation strategy through the implementation of an edge-blockchain paradigm, which utilizes data that is compressed, chunked, encoded, serialized, indexed, and distributed within ledger blocks, allowing for a more rational use of available space without compromising the integrity of the system. Furthermore, the developed chaincodes utilize specific data structures to manage file chunks, enhance operational efficiency, and optimize ledger capacity. A comprehensive analysis of the obtained data has been conducted to evaluate the efficacy of the suggested framework. The findings indicate that factors such as optimal chunk size, efficacy in minimizing file size, and appropriate selection of data structures significantly influence the system’s overall performance, thereby establishing the proposed method as a feasible and scalable solution for on-chain storage of essential digital information.