基于區塊鏈的電子政務大數據安全共享研究

金 泳 徐雪松, 王 剛 曾 智

1(新零售虛擬現實技術湖南省重點實驗室 長沙 410205)2 (智能物聯網信息安全湖南省工程研究中心 長沙 410205)

“數據”在信息技術蓬勃發展的新形勢下已經成為一種資源，并且具有其他資源無法替代的經濟功能，現如今數據的競爭性和排他性導致數據共享面臨著必然性的障礙.特別是大數據時代的來臨，數據維度越來越多，體積也越來越大，結合物聯網、云計算、移動互聯網、GIS等技術應用的不斷發展，數據的潛在價值也越來越高.2017年9月，國家發展改革委員會印發的《“十三五”國家政務信息化工程建設規劃》指出，“十三五”期間，將大力加強統籌整合和共享共用，統籌構建一體整合大平臺、共享共用大數據、協同聯動大系統，將“大平臺、大數據、大系統”作為較長的一個時期指導我國政務信息建設化的發展藍圖[1].政務數據信息資源共享是電子政務建設的主要內容，政府數據信息資源共享和應用，對跨部門業務協作和跨部門服務協同起關鍵支撐作用，也能實現各政府跨部門、跨領域、跨平臺之間完整及時的信息流轉和業務的協同共享[2].現如今的共享經濟發展如火如荼，大數據共享能夠有效解決“數據孤島”的現象，數據資源也能有效整合.但一直以來如何評估數據的價值，如何利用數據進行交換和交易，以及如何避免寶貴的大數據在未經許可的情況下泄露出來，一直都是數據共享亟待解決的問題.以電子政務為例，數據共享不當會造成政務信息泄露，各部門相互信任難，業務協同困難，甚至會給公民造成恐慌.因此無論是政務大數據共享，亦或是公共管理大數據共享，如何在大數據共享時保證其安全性是如今值得關注的重點問題.近年來，區塊鏈技術的出現以及迅猛的發展趨勢、廣闊的應用前景已經吸引了各領域研究學者的關注.目前，區塊鏈技術已經在社會經濟的不同領域中展現出巨大的發展潛力，對金融、保險、教育、能源等領域面臨的眾多問題給出了變革性的解決方案.也有許多學者對區塊鏈技術在政務領域已經進行了相應的研究：例如區塊鏈技術對政府治理創新的影響[3]、應用區塊鏈技術促進政府治理模式的創新[4]、基于區塊鏈對電子政務的研究[5]等.但目前并沒有出現區塊鏈技術與政務大數據安全共享的交叉性研究，希望本文的研究能豐富該領域的內容.區塊鏈技術的核心優勢是去中心化，能夠通過對數據進行加密，加上時間戳、分布式共識機制和智能合約等手段.在節點無需相互信任的分布式系統中，實現去中心化信用的點對點交易、協調與協作，從而為解決中心化機構普遍存在的高成本、低效率和數據存儲不安全等問題提供了解決方案[6-10].區塊鏈技術的出現，為大數據安全共享易出現的問題提供了解決的潛在可能.利用共同記錄的共享賬本，數據在多方之間的流動將得到實時的追蹤和管理.通過對一些敏感信息的脫敏處理和訪問權限的設定，區塊鏈技術可以對大數據的共享授權進行精細化的管控與規范，能夠促進大數據共享的交易與流通[11-14].

1 基于區塊鏈的大數據安全共享需求模式研究

1.1 區塊鏈技術于大數據安全共享領域的可行性研究

大數據安全共享本身會面臨一些必然性的障礙，但結合區塊鏈分布式、去中心化、可追溯性和非對稱密碼加密的中心特點來看，區塊鏈技術非常適合解決現有的大數據共享困難境況.我國目前的大數據共享涉及了大數據技術以及大數據的應用，在實際中政務大數據共享體現在多部門、多級別的海量數據共享，這也正好與區塊鏈技術的分布式存儲特點相呼應.共享經濟的發展形勢迅猛，大數據共享也為共享經濟發展出了一份力[15-16].電子政務大數據共享使得不同層次、不同部門信息系統更加合理地配置資源，節約成本和創造價值.大數據的共享不僅能提高信息資源利用率，避免信息在采集、存儲和管理上的重復浪費之外，更有利于合理安排物力和財力，發揮數據的更大價值[17].以研究電子政務大數據共享為例，現如今面臨的主要問題包括：有些部門敏感數據在共享時可能會存在泄露、各部門級別數據在共享時無法清楚地知道數據的來源、政府現存的中心化的存儲數據也可能會導致數據在共享過程中出現不可避免的安全問題等.區塊鏈技術對于大數據的安全共享提供的是一個底層的技術，點對點的分布式存儲系統可以幫助海量數據分布式的存儲；可追溯性的特點可以在數據被共享時追溯數據的原始信息；公鑰加密、私鑰簽名的非對稱加密技術可以有效地防止數據在共享過程中出現泄露現象.因此，區塊鏈技術對于大數據的共享提供了安全方面的可行性研究.

1.2 基于區塊鏈的大數據安全共享需求模性架構

本文提出了一種去中心化系統架構，構建了一種基于區塊鏈的政務大數據安全共享的模式.以區塊鏈為底層技術，針對政務大數據安全共享需求的問題，為政務大數據在共享時提供了堅實的安全保障.在政務大數據共享需求模式中，數據供需雙方依托區塊鏈的基礎設施，憑借數據監督方頒布的可信證書加入大數據共享網絡中，數據的提供方(政府)將數據信息描述發布到區塊鏈中，數據需求方從區塊鏈獲取數據提供方(政府)發布的數據信息，選擇信息目標，發布數據權限請求到區塊鏈.數據提供方(政府)根據區塊鏈上的信息獲取數據需求方發布的數據權限請求，按照特定時間規則進行權限批復，將結果發布到區塊鏈上.數據需求方的數據訪問請求經請求代理發送到數據提供方的訪問代理，如果認證通過則可以訪問大數據中心數據.數據監督方作為一個子節點加入區塊鏈節點網絡，同步區塊鏈上所有的數據，對大數據的安全共享需求進行監管.以對政務大數據共享的需求模式為例，本文提出了基于區塊鏈的大數據安全共享需求模型，如圖1所示:

圖1 基于區塊鏈的大數據安全共享需求模型

圖2 數據存儲區塊示意圖

以政務大數據需求模型為例，推導出基于區塊鏈的大數據安全共享模型理應是類似的.因此，在上述需求模型中，數據是存儲在區塊之中，區塊與區塊之間是根據時間的順序以鏈條的形式相連，每條鏈不能隨意地刪減或者修改，這樣保證了大數據存儲的安全性和完整性.每個存儲數據的區塊都包含2個部分：區塊頭和區塊體.區塊頭包含當前版本號、前一區塊地址、當前區塊的目標哈希值、當前區塊共識過程的解隨機數、Merkle根以及時間戳等信息；區塊體則包括當前區塊的交易數量以及經過驗證的、區塊創建過程中生成的所有交易記錄[8].這些記錄通過Merkle樹的哈希過程生成唯一的Merkle根并記錄區塊頭.在本文中，區塊鏈中的每一個區塊包含多個區塊記錄，記錄中則包含了共享過程中的數據訪問請求、請求回復等記錄類型，如圖2所示:

2 基于區塊鏈的大數據安全共享保障方案研究

對于大數據的安全共享研究，如何在保障安全的前提下進行數據共享，也是本研究的主要內容之一.安全性是數據安全共享方案中最為重要的一環，因此，基于區塊鏈底層設計、密碼協議的分析和設計原理，針對現有的區塊鏈技術對于實現大數據安全共享存在機密性、完整性、可用性3方面安全需求等級上可能存在的不足，本文以政務大數據安全共享為例，提出了一種基于區塊鏈的大數據安全共享保障方案.在精準解決如今的大數據共享業務需求的同時，加入區塊鏈技術，使其在安全性方面具有更高的強度和普適性.數據的擁有者、數據服務的提供者和數據請求者將以區塊鏈技術作為底層技術，將政府各部門的數據添加進區塊鏈中存儲，區塊鏈在此可以是一個“完美的計算機云”，它永遠不會死機、永遠不會受到病毒的侵襲，永遠能準確地執行預設的指令，無法停止、可驗證、不可篡改、永遠也不丟失數據、永遠誠實、零維護等.加進了區塊鏈的技術，數據的擁有者可以放心地將數據存儲在區塊鏈這種分布式的數據庫中，數據請求者想訪問其他的數據塊時也能在區塊鏈中安全地進行，保證了數據在共享中的機密性、完整性和可用性，如圖3所示：

圖3 基于區塊鏈技術的底層架構方案設計

3 基于區塊鏈的大數據安全共享特點

3.1 大數據的分類分級規范化

基于區塊鏈的電子政務安全共享模式兼顧了傳統的點對點數據資源共享和信息資源管理中心2種模式的優點，既可以在多部門多級別之間實現點對點的數據信息共享交換，又可實現去中心化和去信任化，于此同時又能做到備份，實現了數據信息可追溯可管理，這樣大大增加了政務信息共享的范圍和效率.大數據的共享也能夠幫助數據申請訪問者們獲得更多的價值.由于區塊鏈技術是將數據以塊狀的形式相連，每個區塊中區塊頭和區塊體的信息十分明確，可以有效地幫助數據擁有者更好地進行數據的分類分級.大數據的主要特點之一就是數據量大，再加上如今的電信化技術發展速度的加快，使得無時不刻都在產生數據，而堆積的數據利用區塊鏈的技術進行分類分級的存儲，規范了以往的數據量大、中心化的存儲共享可能會導致數據儲存不安全的現象，區塊鏈技術的推進能夠更加便利地使大數據共享安全的進行.

3.2 大數據共享隱私安全化

從實際政策、學術研究或探索經驗來看，目前我國的大數據信息共享反映出集約化的發展態勢，這意味著大數據的整合共享具有極大的發展空間.海量的數據中必然會含有隱私數據，隱私數據的泄露可能會導致嚴重的泄密問題.而區塊鏈技術是建立在分布式的網絡基礎之上，具有分布式的安全特性.在分布式的網絡中，任何一個節點出現問題，或者被黑客攻擊都不會影響整個網絡.另外，區塊鏈技術采用了數字簽名、非對稱加密算法等黑客很難破解的技術，數據存儲時受攻擊的可能性大幅降低.除此之外，數據被共享，無論是在線上或者是在線下，操作記錄都被添加進區塊中，作為數據共享的憑證，再通過非對稱加密技術，公鑰私鑰同時采用可以更好地保護數據擁有者的隱私數據，確保數據在共享時隱私數據不被泄露.由此可以避免隱私數據被大量泄露的現象，提高了大數據在共享時的安全程度.

3.3 降低大數據的安全共享風險

不當的大數據開放共享會帶來一定的風險.風險管理時社會組織或者個人用以降低風險的消極結果的決策過程，通過風險的識別、風險的評價，并在這些基礎上選擇與優化組合各種風險管理技術，對風險實施有效控制和妥善處理風險所致損失的后果.沒有區塊鏈的智能合約、非對稱加密技術和共識機制的加入，大數據在共享時會面臨數據被盜、黑客侵襲、隱私數據泄露等不可避免的問題.區塊鏈的交易記錄在全網是透明公開的，有利于政府部門的監管.與現有的政務大數據共享相比，區塊鏈技術具有很大的潛力和價值.區塊鏈實際上是一個嶄新的、分布式的、可信任的數據庫，這個數據庫代表的是數字世界里一個公共總賬本，所有的數據共享交易記錄被都記錄在這個賬本上，加上這個賬本是公開透明的，解決了信息不對稱的問題，也就降低了數據在共享時容易出現的風險問題.

4 小 結

電子政務大數據的安全共享是跨部門和跨層級的多元主體之間相對固定但又時常發生的交互過程，在安全有效的技術支撐下實現多部門多層級的共享，是如今于共享經濟下數據共享存在的主要問題.區塊鏈技術的發展，為在政務大數據安全共享時能夠保證其機密性、完整性和可用性提供了機遇，解決了如今大數據共享時遇到的安全問題，但仍然面臨一些挑戰.本文以區塊鏈技術作為底層技術，以分析政務大數據安全共享為例，進而推進地分析了大數據安全共享的可行性，在分析政務大數據安全共享的基礎下，提出了基于區塊鏈的大數據安全共享需求模型以及保障方案，最后分析了基于區塊鏈技術下的大數據安全共享特點，以期為大數據的安全共享提供有益參考.