基于區(qū)塊鏈政務(wù)信息資源共享系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(diǎn)。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(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級(jí)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(duì)象為中心，實(shí)現(xiàn)各級(jí)各類政府跨部門，跨領(lǐng)域，跨平臺(tái)之間完整及時(shí)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(duì)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(huì)信用、自然環(huán)境等信息內(nèi)容。長(zhǎng)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(guó)際貨幣基金組織再首份數(shù)字貨幣報(bào)告中指出，區(qū)塊鏈具有改變金融的潛力；英國(guó)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(guó)發(fā)布的《2018中國(guó)區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)白皮書》，顯示我國(guó)區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)生態(tài)初步形成，將成為“數(shù)字中國(guó)”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(jì)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(shí)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(jì)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(duì)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(dú)立的信息系統(tǒng)，但是部門間數(shù)據(jù)庫(kù)重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象嚴(yán)重，大量信息資源散落于各個(gè)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(shí)踐中，有兩種交換模式：一種是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(diǎn)，也有各自適用的場(chǎng)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(shí)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(xiàng)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(gè)去中心化的數(shù)據(jù)庫(kù)，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(gè)數(shù)據(jù)塊中包含了一段實(shí)踐內(nèi)全網(wǎng)交易的信息，用于驗(yàn)證其信息的有效性（防偽）和生成下一個(gè)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(gè)可靠數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)方案。區(qū)塊鏈中的每一個(gè)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(shí)層、激勵(lì)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(duì)稱公私鑰數(shù)據(jù)加密技術(shù)和時(shí)間戳技術(shù)，是整個(gè)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(yàn)證機(jī)制等。因?yàn)椴捎昧送耆玃2P的組網(wǎng)技術(shù)，所以區(qū)塊鏈?zhǔn)蔷哂凶詣?dòng)組網(wǎng)功能的。共識(shí)層主要封裝網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的各類共識(shí)機(jī)制算法。共識(shí)機(jī)制算法是區(qū)塊鏈技術(shù)的核心技術(shù)。激勵(lì)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(lì)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(chǎng)景和案例。其中數(shù)據(jù)層，網(wǎng)絡(luò)層，和共識(shí)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(lì)層，合約層和應(yīng)用層則不是每個(gè)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(shí)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(shí)過程的區(qū)塊鏈。私有鏈?zhǔn)侵钙鋵懭霗?quán)限由某個(gè)組織和機(jī)構(gòu)控制的區(qū)塊鏈。讀取權(quán)限或者對(duì)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(shí)過程受到預(yù)選節(jié)點(diǎn)控制的區(qū)塊鏈。本文采用了作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

區(qū)塊鏈具有可溯源，不可篡改，去中心化，高度安全等特點(diǎn)，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(guó)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(jí)關(guān)系的職能部門，“塊塊”部門指的是每一級(jí)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(shí)現(xiàn)信息在各個(gè)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(diǎn)互相連接，通過共識(shí)機(jī)制和智能合約自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和更新。

4.2 系統(tǒng)的平臺(tái)設(shè)計(jì)

本文以區(qū)塊鏈為底層技術(shù)，鏈接政府的各個(gè)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(tái)，促進(jìn)信息流在各個(gè)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)并不完全平等，只有按照規(guī)則篩選過的部分節(jié)點(diǎn)才能獲得驗(yàn)證新區(qū)塊及記賬的權(quán)利，參與鏈上的共識(shí)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(gè)預(yù)選節(jié)點(diǎn)和記賬人，每個(gè)區(qū)塊的生成是由所有的預(yù)選節(jié)點(diǎn)共同決定的，其他節(jié)點(diǎn)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(shí)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(shí)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(chǔ)數(shù)據(jù)和代碼，每個(gè)節(jié)點(diǎn)中還包含一個(gè)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(gè)非常方便的JavaScript庫(kù)web3.js，它封裝了以太坊節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(kù)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(gè)部門都有一對(duì)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(shí)節(jié)點(diǎn)，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(gè)組織進(jìn)行業(yè)務(wù)處理時(shí)，如信息增刪，首先核實(shí)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(qǐng)求進(jìn)行核實(shí)，最后通過P2P網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)散到整個(gè)區(qū)塊鏈上的相關(guān)業(yè)務(wù)機(jī)構(gòu)。

3）共享表單驗(yàn)證

當(dāng)共享表單傳播至全網(wǎng)，每個(gè)機(jī)構(gòu)都將收到的表單暫時(shí)緩存到區(qū)塊中。只要有一個(gè)部門查詢到以前該信息的共享表單，就把所有加蓋時(shí)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(duì)，最后生成共享總表單。

4）共享表單反饋

在通過節(jié)點(diǎn)上的組織機(jī)構(gòu)驗(yàn)證信息后，通過數(shù)字簽名反饋給請(qǐng)求機(jī)構(gòu)，對(duì)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(qǐng)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(diǎn)上的各個(gè)政府組織機(jī)構(gòu)對(duì)共享表單進(jìn)行簽名后，并且通過P2P傳播驗(yàn)證，匯成共享總表單，通過共識(shí)節(jié)點(diǎn)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(gè)特征：

1）安全性高

由于是去中心化的應(yīng)用，單個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障或受到攻擊并不會(huì)使整個(gè)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(gè)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(gè)鏈上的數(shù)據(jù)記錄，具有可溯源性，消除了信息不對(duì)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(xiǎn)。

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(duì)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(shí)等痛點(diǎn)，結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)，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(jì)，解決了當(dāng)前信息共享存在一些難題。然而在實(shí)際應(yīng)用中，還需結(jié)合具體的實(shí)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。

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