基于區(qū)塊鏈政務(wù)信息資源共享系統(tǒng)的設(shè)計

張大勇

摘要： 目前，電子政務(wù)存在著跨部門信息協(xié)同一致難和相互信任難的核心問題。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心模式和點對點模式都存在缺陷。區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N分布式賬本技術(shù)，具有去中心化、可溯源、不可篡改性、集體維護(hù)性的特點。該文旨在將區(qū)塊鏈技術(shù)與政務(wù)信息相結(jié)合，探討出一種新型的電子政務(wù)共享信息系統(tǒng)，用以解決當(dāng)前電子政務(wù)信息共享的難題。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈技術(shù)；信息共享；去中心化應(yīng)用

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）28-0037-03

1 引言

隨著信息化的發(fā)展，電子政務(wù)已經(jīng)是一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級的重要標(biāo)志。電子政務(wù)中的信息資源共享是其中的主要內(nèi)容。它的宗旨要求政府以服務(wù)對象為中心，實現(xiàn)各級各類政府跨部門，跨領(lǐng)域，跨平臺之間完整及時的信息流轉(zhuǎn)和業(yè)務(wù)的協(xié)同共享。政府基礎(chǔ)信息是政府信息資源的重要組成部分，是政府信息資源共享和應(yīng)用的核心內(nèi)容，對跨部門業(yè)務(wù)協(xié)作和跨部門服務(wù)協(xié)同起關(guān)鍵支撐作用，具有基礎(chǔ)性、基準(zhǔn)性、標(biāo)示性、開放性、完整性、穩(wěn)定性等特征，包括人口、法人、地理空間、宏觀經(jīng)濟(jì)、社會信用、自然環(huán)境等信息內(nèi)容。長期以來，由于信息技術(shù)的限制、政府共享機(jī)制不健全，存在著跨部門之間難合作，信息共享范圍小、效率低、業(yè)務(wù)協(xié)同困難等問題。因此需要一種更合理的運(yùn)行模式來解決這些問題。

近年來，區(qū)塊鏈成為技術(shù)創(chuàng)新的熱詞。應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建去中心化應(yīng)用受到了越來越多的關(guān)注。國際貨幣基金組織再首份數(shù)字貨幣報告中指出，區(qū)塊鏈具有改變金融的潛力；英國政府發(fā)行的《分布式賬本技術(shù)：超越區(qū)塊鏈》提出，將優(yōu)先再傳統(tǒng)金融行業(yè)應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)。5月20日我國發(fā)布的《2018中國區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)白皮書》，顯示我國區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)生態(tài)初步形成，將成為“數(shù)字中國”建設(shè)的重要支撐。

本文基于區(qū)塊鏈技術(shù)提出了一種去中心化的政府信息共享系統(tǒng)的設(shè)計方案。其結(jié)構(gòu)如下：首先闡述政府信息資源共享的理論背景、實踐模式及存在的問題，其次介紹區(qū)塊鏈技術(shù)的內(nèi)涵、特征和類型，然后設(shè)計了一種基于區(qū)塊鏈技術(shù)的政務(wù)信息資源系統(tǒng)，最后對本文進(jìn)行總結(jié)。

2 政務(wù)信息資源共享的研究

隨著電子政務(wù)的不斷發(fā)展，大部分政府都擁有自己獨立的信息系統(tǒng)，但是部門間數(shù)據(jù)庫重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象嚴(yán)重，大量信息資源散落于各個部門系統(tǒng)中，互不連通，因此形成了大量的“信息孤島”。在信息資源共享具體實踐中，有兩種交換模式：一種是點對點的信息共享模式，一種是信息資源管理中心的信息共享與交換模式。

這兩種模式各有不同的特征和優(yōu)缺點，也有各自適用的場景。但是業(yè)務(wù)復(fù)雜性的增加，政府部門條塊分割，信息共享的安全性等問題，使得以上兩種模式都不能有效解決當(dāng)前的業(yè)務(wù)問題。因此，建立政務(wù)信息資源共享體系，實現(xiàn)可靠性高、快速、擴(kuò)展性強(qiáng)、安全性強(qiáng)、大容量的政務(wù)信息資源交換共享，滿足多部門、多領(lǐng)域、多業(yè)務(wù)及多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的政務(wù)信息共享已經(jīng)成為一項非常急迫的工作，也是促進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+政務(wù)服務(wù)”的重要基礎(chǔ)。

3 區(qū)塊鏈的介紹

區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一個去中心化的數(shù)據(jù)庫，是一連串使用密碼學(xué)方法產(chǎn)生相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)塊，每一個數(shù)據(jù)塊中包含了一段實踐內(nèi)全網(wǎng)交易的信息，用于驗證其信息的有效性（防偽）和生成下一個區(qū)塊。所以說區(qū)塊鏈?zhǔn)且匀ブ行幕腿バ湃蔚姆绞剑瑏砑w維護(hù)一個可靠數(shù)據(jù)庫的技術(shù)方案。區(qū)塊鏈中的每一個區(qū)塊的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

區(qū)塊鏈系統(tǒng)由自上而下的數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵層、合約層和應(yīng)用層組成。數(shù)據(jù)層封裝了底層數(shù)據(jù)區(qū)塊的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，以及相關(guān)的非對稱公私鑰數(shù)據(jù)加密技術(shù)和時間戳技術(shù)，是整個區(qū)塊鏈技術(shù)中最底層的數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)層包括分布式組網(wǎng)機(jī)制，數(shù)據(jù)傳播機(jī)制和數(shù)據(jù)驗證機(jī)制等。因為采用了完全P2P的組網(wǎng)技術(shù)，所以區(qū)塊鏈?zhǔn)蔷哂凶詣咏M網(wǎng)功能的。共識層主要封裝網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的各類共識機(jī)制算法。共識機(jī)制算法是區(qū)塊鏈技術(shù)的核心技術(shù)。激勵層將經(jīng)濟(jì)因素集成到區(qū)塊鏈技術(shù)體系中，主要包括經(jīng)濟(jì)激勵的發(fā)行機(jī)制和分配機(jī)制等，該層主要出現(xiàn)在公有鏈中。合約層主要封裝各類腳本，算法和智能合約，是區(qū)塊鏈可編程性的基礎(chǔ)。應(yīng)用層則封裝了區(qū)塊鏈的各種應(yīng)用場景和案例。其中數(shù)據(jù)層，網(wǎng)絡(luò)層，和共識層是構(gòu)建區(qū)塊鏈應(yīng)用的必要因素，否則不能稱為真正意義上的區(qū)塊鏈。而激勵層，合約層和應(yīng)用層則不是每個區(qū)塊鏈應(yīng)用的必要因素。

區(qū)塊鏈的類型可以分為公有鏈，私有鏈和聯(lián)盟鏈。所謂公有鏈，是指全世界任何人都可以在任何時候加入，任意讀取數(shù)據(jù)，任何人都能發(fā)送交易能獲得有效確認(rèn)，任何人都能參與其中共識過程的區(qū)塊鏈。私有鏈?zhǔn)侵钙鋵懭霗?quán)限由某個組織和機(jī)構(gòu)控制的區(qū)塊鏈。讀取權(quán)限或者對外開放，或者被進(jìn)行了任意程度的限制。聯(lián)盟鏈?zhǔn)侵钙涔沧R過程受到預(yù)選節(jié)點控制的區(qū)塊鏈。本文采用了作為系統(tǒng)設(shè)計。

區(qū)塊鏈具有可溯源，不可篡改，去中心化，高度安全等特點，能有效解決當(dāng)前政務(wù)信息資源共享中存在的問題。

4 基于區(qū)塊鏈的系統(tǒng)搭建

4.1 系統(tǒng)的概念模型

我國政府的組織機(jī)構(gòu)可以分為“條條”部門和“塊塊部門”。“條條”部門指的是具有上下級關(guān)系的職能部門，“塊塊”部門指的是每一級地方政府內(nèi)部按照管理內(nèi)容劃分的不同機(jī)構(gòu)或部門。政府信息資源共享需要打破條塊分割的信息壁壘，實現(xiàn)信息在各個部門之間的流通。圖2是基于區(qū)塊鏈電子政務(wù)信息資源共享的概念框架，組織機(jī)構(gòu)之間通過節(jié)點互相連接，通過共識機(jī)制和智能合約自動實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和更新。

4.2 系統(tǒng)的平臺設(shè)計

本文以區(qū)塊鏈為底層技術(shù)，鏈接政府的各個職能部門，構(gòu)建去中心化的電子政務(wù)信息資源共享平臺，促進(jìn)信息流在各個節(jié)點的流通，提高各環(huán)節(jié)信息的透明度，建立互信高效的信息生態(tài)系統(tǒng)。

在系統(tǒng)中，采用聯(lián)盟鏈這種類型。聯(lián)盟鏈中的節(jié)點并不完全平等，只有按照規(guī)則篩選過的部分節(jié)點才能獲得驗證新區(qū)塊及記賬的權(quán)利，參與鏈上的共識機(jī)制。相比較公有鏈和私有鏈來講，聯(lián)盟鏈的適用范圍更廣，它結(jié)合了公有鏈的完全開放和私有鏈的高度集中，聯(lián)盟內(nèi)部首先指定多個預(yù)選節(jié)點和記賬人，每個區(qū)塊的生成是由所有的預(yù)選節(jié)點共同決定的，其他節(jié)點只能接入?yún)^(qū)塊鏈負(fù)責(zé)交易，可以通過接口進(jìn)行查詢，但不參與共識過程。圖3是系統(tǒng)的基于以太坊的去中心化應(yīng)用架構(gòu)，以太坊是一種區(qū)塊鏈的實現(xiàn)，可以在上面進(jìn)行區(qū)塊鏈程序的開發(fā)。

以太坊區(qū)塊鏈不僅存儲數(shù)據(jù)和代碼，每個節(jié)點中還包含一個虛擬機(jī)（EVM：Ethereum Virtual Machine）來執(zhí)行合約代碼。為了便于構(gòu)建基于web的DApp，我們使用以太坊還提供的一個非常方便的JavaScript庫web3.js，它封裝了以太坊節(jié)點的API 協(xié)議，使開發(fā)者可以輕松地連接到區(qū)塊鏈節(jié)點而不必編寫煩瑣的RPC（遠(yuǎn)程過程調(diào)用協(xié)議）協(xié)議包。我們可以在常用的JS框架 （比如 reactjs、angularjs 等）中直接引入該庫來構(gòu)建去中心化應(yīng)用。

基于區(qū)塊鏈的電子政務(wù)信息資源共享流程可分為如下五步：

1）生成智能合約

政府業(yè)務(wù)中心部門參與到區(qū)塊鏈，每個部門都有一對公鑰和私鑰，保障其在區(qū)塊鏈內(nèi)的權(quán)限。各部門共同商定一份承諾，規(guī)定了雙方的權(quán)利和義務(wù)，然后承諾進(jìn)行編程，各部門使用各自的私鑰簽名以確保合約的有效性。在各部門共同認(rèn)可后，選擇某部門作為區(qū)塊鏈的共識節(jié)點，由它代為執(zhí)行把智能合約傳入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中。

2）共享業(yè)務(wù)創(chuàng)建

當(dāng)某個組織進(jìn)行業(yè)務(wù)處理時，如信息增刪，首先核實身份、信用狀況等信息，之后用私鑰進(jìn)行數(shù)字簽名，制成共享表單并記賬，再向其他機(jī)構(gòu)發(fā)起查詢請求進(jìn)行核實，最后通過P2P網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)散到整個區(qū)塊鏈上的相關(guān)業(yè)務(wù)機(jī)構(gòu)。

3）共享表單驗證

當(dāng)共享表單傳播至全網(wǎng)，每個機(jī)構(gòu)都將收到的表單暫時緩存到區(qū)塊中。只要有一個部門查詢到以前該信息的共享表單，就把所有加蓋時間戳的該區(qū)塊記錄的表單傳播給全網(wǎng)，并由全網(wǎng)其他機(jī)構(gòu)核對，最后生成共享總表單。

4）共享表單反饋

在通過節(jié)點上的組織機(jī)構(gòu)驗證信息后，通過數(shù)字簽名反饋給請求機(jī)構(gòu)，對已有信息進(jìn)行提醒，避免重錄信息，反饋殘缺信息，揭發(fā)有誤信息，從而使請求部門做出合理的決策。

5）共享總表單備份

區(qū)塊鏈節(jié)點上的各個政府組織機(jī)構(gòu)對共享表單進(jìn)行簽名后，并且通過P2P傳播驗證，匯成共享總表單，通過共識節(jié)點上傳至區(qū)塊鏈，然后區(qū)塊鏈通過智能合約進(jìn)行備份且不可篡改，可以安全可靠地方便下次共享的需要。

4.3 基于區(qū)塊鏈電子政務(wù)信息資源共享系統(tǒng)的特征

基于區(qū)塊鏈電子政務(wù)信息資源共享系統(tǒng)的特征有如下幾個特征：

1）安全性高

由于是去中心化的應(yīng)用，單個節(jié)點出現(xiàn)故障或受到攻擊并不會使整個系統(tǒng)受到影響。賬本記錄無法被摧毀。

2）信用性好

阻礙政府間信息共享一個比較大的因素就是信用問題。由于缺乏信任，業(yè)務(wù)協(xié)同共享難，信息共享效率低。由于區(qū)塊鏈上的區(qū)塊記錄了整個鏈上的數(shù)據(jù)記錄，具有可溯源性，消除了信息不對稱性，提高各部門的信任度。因此從整體上降低了系統(tǒng)的信任風(fēng)險。

3）可拓展性好

其他部門可通過加入?yún)^(qū)塊鏈擴(kuò)大信息共享范圍，提高信息利用率。

5 總結(jié)

隨著電子政務(wù)的快速發(fā)展，業(yè)務(wù)的復(fù)雜性越來越高。傳統(tǒng)的電子政務(wù)信息共享模式無法滿足現(xiàn)有的需求。本文針對傳統(tǒng)電子政務(wù)信息資源共享中信任度低，信息交互不及時等痛點，結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)的核心優(yōu)勢，提出了基于區(qū)塊鏈電子政務(wù)信息資源共享系統(tǒng)的設(shè)計，解決了當(dāng)前信息共享存在一些難題。然而在實際應(yīng)用中，還需結(jié)合具體的實際情況面臨更復(fù)雜的問題。但是隨著區(qū)塊鏈技術(shù)不斷成熟，區(qū)塊鏈在電子政務(wù)信息資源共享方面將發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高國偉，龔掌立，李永先.基于區(qū)塊鏈的政府基礎(chǔ)信息協(xié)同共享模式研究[J].電子政務(wù)，2018（2）：15-25.

[2] Yu Liu. A Blockchain-based Verification for Sharing Data Securely[C]. IEEE Beijing Section、Nanjing University of Science and Technology、Shanghai University of Finance and Economics.Proceedings of 2017 International Conference on Progress in Informatics and Computing（PIC）.IEEE Beijing Section、Nanjing University of Science and Technology、Shanghai University of Finance and Economics，2017：5.

[3] Ming Wei. Research on Financial Audit Innovation Based on Blockchain Technology[C]//上海筱虞文化傳播有限公司.Proceedings of 2017 International Seminar on Social Science and Humanities Research （Session 1）.上海筱虞文化傳播有限公司，2017：5.

[4] 皞罡，趙精武.區(qū)塊鏈重塑電子政務(wù)新模型[J].高科技與產(chǎn)業(yè)化，2017（7）：56-59.

[5] 王繼業(yè)，高靈超，董愛強(qiáng)，等.基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)安全共享網(wǎng)絡(luò)體系研究[J].計算機(jī)研究與發(fā)展，2017，54（4）：742-749.

[6] HU Wei-hong，AO Meng，SHI Lin，et al.Review of blockchain-based DNS alternatives[J].網(wǎng)絡(luò)與信息安全學(xué)報，2017，3（3）：71-77.

[7] 蔡維德，郁蓮，王榮，等.基于區(qū)塊鏈的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)方法研究[J].軟件學(xué)報，2017，28（6）：1474-1487.

[8] 畢瑞祥.基于區(qū)塊鏈的電子政務(wù)研究[J].中國管理信息化，2016，19（23）：148-151.

[9] 沈鑫，裴慶祺，劉雪峰.區(qū)塊鏈技術(shù)綜述[J].網(wǎng)絡(luò)與信息安全學(xué)報，2016，2（11）：11-20.

[10] 謝輝，王健.區(qū)塊鏈技術(shù)及其應(yīng)用研究[J].信息網(wǎng)絡(luò)安全，2016（9）：192-195.

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