大數(shù)據(jù)環(huán)境下數(shù)據(jù)追溯的研究

趙佳彬 富春巖

摘要：隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)等的發(fā)展，大數(shù)據(jù)的時代已經(jīng)到來。大數(shù)據(jù)給人們的生活帶來了極大的便利，但也給傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理方式帶來了極大的挑戰(zhàn)。為保證已經(jīng)歷多次加工過程的數(shù)據(jù)能被正確使用，用戶必須知道數(shù)據(jù)的演化過程。該文介紹了數(shù)據(jù)追溯概念框架，提出一種數(shù)據(jù)追溯系統(tǒng)，并對其部分功能進行了分析。

中圖分類號：TP311? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1009-3044（2018）34-0012-02

1 引言

大數(shù)據(jù)環(huán)境下，數(shù)據(jù)從最初的發(fā)布者到最后的銷售者之間可能經(jīng)過了多個節(jié)點，經(jīng)歷了多次加工。在這種情況下，驗證數(shù)據(jù)的可靠性、時效性及安全性非常必要，但目前還缺乏有效的手段。研究者必須采用最準確的、最完整的、最具時效的數(shù)據(jù)才能開展有效的研究工作。不僅對科學(xué)計算、電子政務(wù)、企業(yè)信息化等領(lǐng)域非常重要，在政府部門、公司企業(yè)進行統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析時，如果用存在問題的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)挖掘，都可能產(chǎn)生嚴重的不良后果[1]。

為了保證已經(jīng)歷多次加工的數(shù)據(jù)能被正確使用，用戶必須知曉數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、更新、變換和傳播過程。通過數(shù)據(jù)追溯，用戶可了解數(shù)據(jù)在生命周期的語義變化過程，鑒別數(shù)據(jù)的來源，并回溯到所有相關(guān)數(shù)據(jù)的來源，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的質(zhì)量評估、數(shù)據(jù)的審計跟蹤，數(shù)據(jù)交換監(jiān)控等問題，并在相關(guān)的數(shù)據(jù)交換平臺中應(yīng)用。此外，數(shù)據(jù)追溯還可用于病毒防護及入侵檢測、數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)、信息檢索等應(yīng)用領(lǐng)域。

2 數(shù)據(jù)追溯概念框架

要對數(shù)據(jù)進行有效的追溯需要一個概念框架。首先，數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建，決定了原始數(shù)據(jù)的獲取、更新、重構(gòu)、評估等各種操作。本文提出了如圖 1 所示的概念框架。圖中包含了所追溯數(shù)據(jù)的初始數(shù)據(jù)模型應(yīng)該包含的數(shù)據(jù)信息。

3 數(shù)據(jù)追溯的方法

數(shù)據(jù)追溯的方法目前主要有標(biāo)注的方法[2]和基于逆置函數(shù)的方法[3]。

3.1基于標(biāo)注的方法

標(biāo)注法是一種基于注釋的、簡單有效地進行數(shù)據(jù)追溯方法。只需要記錄、注釋下相關(guān)數(shù)據(jù)的輔助信息，以供使用者處理信息即可。工作流追溯管理系統(tǒng)一般采用的都是這種基于標(biāo)注的方法。標(biāo)注用于數(shù)據(jù)追溯，是對記錄中關(guān)于數(shù)據(jù)出處、作者、時間及其演變歷史等重要信息進行注釋，并將這些注釋信息與數(shù)據(jù)一起傳輸，這樣用戶就可以接通過注釋信息查詢數(shù)據(jù)的起源信息。

對于小型系統(tǒng)來說，進行數(shù)據(jù)追溯時，只要數(shù)據(jù)存儲策略得當(dāng)，采用這種方式的效率還是很高的。但對于大型系統(tǒng)來說，數(shù)據(jù)記錄得太詳細會使注釋信息可能比原數(shù)據(jù)還多，系統(tǒng)將很難對超細粒度的實驗數(shù)據(jù)進行良好的管理，這樣就會導(dǎo)致管理和使用效率的降低。

3.2 基于逆置函數(shù)的方法

這種方法是另外一種進行數(shù)據(jù)追溯的方法，它一般是通過構(gòu)造逆向函數(shù)對查詢求逆，從結(jié)果逆向追溯到源數(shù)據(jù)。一般只有在需要用到數(shù)據(jù)追溯時，才進行計算。這種方法，只要設(shè)好逆置機制就可以實現(xiàn)跟蹤，無需存儲數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時的中間結(jié)果，也不像標(biāo)注法那樣，要存儲數(shù)據(jù)整個過程的注釋信息，這種方法只需要少量的元數(shù)據(jù)知識的信息，即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)追溯。理論上來說，在一定的限制條件下，通過分析數(shù)據(jù)庫操作語句，可得出任意粒度的數(shù)據(jù)追溯。但實際上，逆置方式的優(yōu)點雖然很多，但不是所有的數(shù)據(jù)追溯都可以用逆置法實現(xiàn)。

4 數(shù)據(jù)追溯系統(tǒng)總體設(shè)計

包括模式級數(shù)據(jù)追溯解析、字段級模式級數(shù)據(jù)追溯解析功能，標(biāo)注信息生成功能，溯源信息存儲、溯源信息查詢以及溯源信息顯示功能。

系統(tǒng)通過詞法分析器和語法分析器進行詞法和語法分析得到抽象語法樹;通過對抽象語法樹進行起源語義分析，將獲得 SQL 中模式級與字段級數(shù)據(jù)。 進行模式級及字段級數(shù)據(jù)追溯解析后，將生成SQL 執(zhí)行計劃，通過執(zhí)行計劃，生成元數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)追溯起源標(biāo)注信息，并將標(biāo)注信息填充到元數(shù)據(jù)中。因此，標(biāo)注信息會隨著元組的傳遞而進行傳輸，在元組傳遞到根結(jié)點時，將源元組的數(shù)據(jù)追溯起源標(biāo)注信息與目標(biāo)元組的數(shù)據(jù)追溯起源標(biāo)注信息都填充至起源元數(shù)據(jù)表中。 最后，通過溯源信息存儲、溯源信息查詢以及溯源信息顯示功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)追溯查詢和顯示的功能。

5 模式級和概念級溯源信息查詢功能

當(dāng)溯源信息被解析和存儲后，可進行查詢并及顯示。下面簡單介紹一下模式級和概念級溯源信息查詢功能。

5.1 模式級溯源查詢

首先，輸入目標(biāo)表名，從表名id映射表中找到目標(biāo)表名對應(yīng)的 id，再從關(guān)系定義的表中找到目標(biāo)表的定義，接下來根據(jù)表的類型對相應(yīng)的表結(jié)點進行初始化，然后遍歷目標(biāo)表字段定義，生成一個新的子節(jié)點描述該字段并放入相應(yīng)的表結(jié)點中，并找到對應(yīng)該目標(biāo)表的轉(zhuǎn)換結(jié)點，遍歷轉(zhuǎn)換列表，生成轉(zhuǎn)換對應(yīng)的 dot 圖形，再從對轉(zhuǎn)換表操作得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)換定義。然后就可以初始化一個轉(zhuǎn)換 dot 結(jié)點，根據(jù)轉(zhuǎn)換定義填充 dot 圖，添加源表 dot 與新生成的轉(zhuǎn)換 dot 圖之間的連接邊，最后生成dot腳本。

5.2 概念級溯源查詢

首先，輸入目標(biāo)表名和目標(biāo)字段名，從表名id映射表中找到目標(biāo)表名對應(yīng)的 id，再從關(guān)系定義的表中找到目標(biāo)表的定義，從目標(biāo)表定義中找到相關(guān)的目標(biāo)字段定義，然后根據(jù)目標(biāo)表名找到對應(yīng)的目標(biāo)字段的定義，生成目標(biāo)字段 dot 結(jié)點，找到該字段所對應(yīng)屬性的映射的 id，再在屬性映射表中找到屬性映射項，這樣就可以生成屬性映射 dot 結(jié)點，建立屬性映射 dot 結(jié)點到所對應(yīng)目標(biāo)字段結(jié)點的連接。對源字段隊列進行初始化，將屬性映射的來源字段 id 放入其中，然后再取出源字段隊列的首元素字段 id，進行遞歸調(diào)用，最后生成dot腳本。

6 總結(jié)

數(shù)據(jù)溯源可以查詢數(shù)據(jù)來源，對數(shù)據(jù)來源進行跟蹤，評估數(shù)據(jù)的質(zhì)量好壞和數(shù)據(jù)的可靠性;可再現(xiàn)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、重構(gòu)過程，有利于數(shù)據(jù)共享和優(yōu)化;發(fā)生錯誤時，可迅速定位錯誤位置，分析錯誤原因，并解釋數(shù)據(jù)現(xiàn)狀產(chǎn)生的原因。因此，數(shù)據(jù)溯源在科學(xué)與生產(chǎn)、生活各個領(lǐng)域都有非常重要的意義。

參考文獻：

[1] 中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中心.2015年中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計報告[EB/OL]， http：//www.cnnic.net.cn/hlwfzyj/hlwxzbg/hlwtjbg/201502/P020150203548852631921.pdf？COLLCC=3994320344&，2015.

[2] CHITICARIU L，TAN W C，VIJAYVARGIYA G. DBNotes： a post-itsystem for relational databases based on provenance[C]// Proc of theACM SIGMOD International Conference on Management of Data.NewYork： ACM Press，2005： 942-944.

[3] FAN Hao，POULOV A.Tracing data lineage using automed schematransformation pathways[C]// Proc of the 19th British National Con-ference on Databases.Berlin： Springer，2012.

【通聯(lián)編輯：梁書】