政府數據開放與共享模型研究

秦森林

（四川大學計算機學院，成都610065）

0 引言

近年來隨著互聯網和大數據的快速發展，特別是移動互聯網已經進入到我們生活的方方面面。人們對于數據的認識已經有了很大的提升。大數據時代的來臨，數據已成為各領域最重要的生產資料，公眾的數據意識和使用能力隨之迅速提升[1]。一個國家絕大多數的數據都被政府所擁有，政府部門也是數據最大的生產者，所以政府數據共享可以豐富公眾獲取數據的渠道，數據獲得后可以將政府數據的潛在價值挖掘出來并且帶來巨大的效益。與此同時，政府數據的開放增強了信息民主化建設，使政府決策更加科學、精準、有效，政府工作將會更透明高效的開展。另外，政府數據的共享可以使政府部門內部相互協作，提高工作效率。然而數據的共享必然會面臨一系列安全和信任問題，數據會不會遭到篡改，數據會不會泄漏這些問題亟待解決。

區塊鏈本質上可以理解為分布式賬本，是眾多技術的結合體，這些技術包括點對點傳輸、共識算法、分布式存儲與加解密算法等。區塊鏈利用塊鏈式結構來驗證與存儲數據，基于分布式共識算法來生成和更新數據，通過密碼學的方式保證數據傳輸與訪問的安全。從功能上看，區塊鏈記錄不可篡改，不需要第三方中介的介入。而且區塊鏈具有去中心化的特點，能夠減少服務器宕機造成的數據丟失以及可以降低對中心服務器管理的復雜性等問題[2]。本文的設計正是基于區塊鏈技術特有的優勢，設計了一個基于區塊鏈的政府數據開放和共享模型。

1 政府數據開放平臺

美國是數據開放的先行者，在數據的采集、處理、挖掘與管理各個方面已經相對成熟，已經擁有了一套十分成熟的運作體系。近年來，美國政府已經將數據上升至國家戰略角度，并且已經將數據作為資產進行管理，目前成效顯著。在美國之后就是歐盟了，在過去的幾年里，歐盟關于科學數據的基礎設施投資已經達到了一億多歐元，并且歐盟已經將大數據信息化的發展作為了Horizon 2020 的有限領域之一[3]。我國國務院在2015 年9 月15 日發布的《促進大數據發展行動綱要》中提出，將在2018 年底前建成國家政府數據統一開放平臺。在這一總目標下，自2011 年起，北京、上海等地區在大數據的影響下率先開啟了政府數據開放的工作，建立了各自的政府數據開放平臺。2018 年5月8 日，成都市公共數據開放平臺（www.cddata.gov.cn）正式上線，標志著成都公共數據開放工作邁出了重要一步[4]。

2 存在的問題

現有的政府數據開放平臺不管是國外的還是國內的都是基于傳統方法來存儲數據，將數據以文件存儲、將相關信息以數據庫存儲，這種方式雖然簡單方便但是安全性極差，極易被黑客或別有用心的不法分子利用和篡改。另外，現有的政府數據開放平臺的數據都是免費的數據，政府對于開放平臺的管理還處于起步階段，對于數據的流通還沒有明確的法律法規。目前，中國進入了經濟發展的新階段，大數據作為經濟增長的新動力、政府科學決策的新方法，迫切需要探索一種新的政府大數據管理和使用模式，制定一定的規范，使政府大數據既可以方便群眾、構建一個更高效更透明的政府，又可以創造一定的價值和收益，帶來一定的經濟效益，進而不斷推動政府開放更多更有價值的數據出來。

數據作為一種資源和資產，只有共享才能發揮出它的潛在價值。當前由政府主導的政府數據開放平臺的運行仍處于不成熟的階段，很多有價值的數據都還沒有開放，主要原因在于政府對于數據開放后數據安全的考慮。因此，如何能在確保數據安全的前提下，開放更多更有價值的政府數據，將會是今后發展的趨勢。

3 區塊鏈基礎和關鍵技術

區塊鏈有很多優良的特性。

（1）多中心：不同于傳統應用的中心化數據管理，區塊鏈技術基于P2P 網絡，去掉了中心化服務器，也沒有數據的管理機構，單個節點的鼓噪不會對整個系統造成影響，區塊鏈網絡中有多個節點相互監督，從而避免了數據造假，提高了數據的安全性。整個網絡基于開源的信用算法，所有交易都發生在節點設備上，不需要任何信任中介及信用背書，大幅降低了信任成本。

（2）可信任、可溯源：區塊鏈中的交易記錄都通過Hash 算法等密碼學方法與相鄰區塊相連，交易數據和其他數據不可篡改并且可溯源，可以很好地解決信任問題，不需要信任中介，降低了信任成本。

（3）可靠數據庫：區塊鏈中所有的節點都有全部交易數據與其他數據的備份，使數據有高度冗余的特性。理論上除非能操控51%以上的節點，否則個別節點的宕機失效甚至遭到篡改都不會對整體數據造成影響。

（4）交易透明，匿名：交易雙方以及系統的參與者都是匿名的，而且交易是通過純算法來實現，保證了交易數據透明而且也保護了個人隱私。

（5）自動化：區塊鏈系統中的智能合約是可以自動化的執行一些預先定義好的規則和約定的一段計算機程序代碼，它大大提高了價值傳輸與契約達成的效率。

4 政府數據開放和共享模型設計

4.1 系統總體架構

本文在區塊鏈的技術基礎上設計政府數據開放和共享的模型，如圖1 所示，主要分為應用層、智能合約層、共識層、網絡層與數據層。

圖1 政府數據開放和共享模型架構

數據來源主要有三種形式：首先政府相關部門會手動上傳一部分數據，這種方式是當前獲取數據的主要方式，而各種電子政務系統如人事管理系統等也是政府數據開放共享的來源之一，另外，政府部門有很多的物聯網設備，例如交管部門的電子眼等這些都可以作為數據的來源。其中后兩者都是未來為本模型提供數據的主要方式，這兩種方式更智能更方便，不需要手動上傳，大大提高了數據上傳的效率。

數據層與網絡層主要提供底層技術支持，對區塊鏈的格式進行了定義，保證數據進行安全有效地傳輸。數據層由加解密算法確保安全，Hash 摘要算法可以確保數據不可篡改，并且需要按照定義好的區塊鏈格式，最后加上時間戳形成區塊，然后連接成區塊鏈。網絡層主要是對節點網絡接入和傳輸的支持，使用P2P 網絡并進行身份驗證之后將相應的數據存儲在分布式節點中。

智能合約層與共識層主要的作用是進行節點的協同與管理，確保在多節點的情況下如何達成一致、如何自動化執行約定好的合約。在本模型中共識層使用PoS（股權證明機制）或DPoS（股權授權證明機制）的共識算法，摒棄了比特幣使用的PoW（工作量證明機制）。而智能合約層主要是將相關的法律法規等內容嵌入到本模型區塊鏈中，利用計算機程序自動執行相關的規則。

本模型的應用層主要是政府數據開放共享平臺信息門戶網站。該網站可以作為政府數據交易的平臺。而數據的消費者可以是普通用戶、政府部門還有第三方公司，例如圍繞數據產業鏈做采集、清洗、建模、脫敏、脫密、可視化、算法的公司。

4.2 數據存儲

眾所周知，比特幣是基于區塊鏈的典型應用。比特幣中每個區塊主要包括區塊頭和區塊體，其中區塊頭由上一個區塊頭的Hash 值、區塊頭Hash 值、Merkle樹根的哈希值、時間戳、難度指標、Nonce 隨機數等信息組成，而區塊體主要是包含交易數據。而在本模型中我們除了要保存交易信息外，我們還需要保存共享的政府數據信息。在這里我們對區塊的結構進行修改，我們將政府開放共享的數據進行Hash 計算后放入區塊體中，并且將這塊信息形成Merkle 樹將Merkle 樹根放入區塊頭中，該結構如圖2 所示。

圖2 政府數據開放和共享模型區塊結構

4.3 門戶網站

本模型設計了政府數據開放共享平臺信息門戶，可以作為政府數據交易的平臺，也是普通消費者獲取政府數據的平臺，消費者可以通過搜索查看得到自己想要的政府數據。政府部門在本平臺的后臺可以上傳相應的政府數據，未來可以使用物聯網設備與各種電子政務系統自動化的介入該平臺。該平臺的底層使用了區塊鏈技術，保證了數據的不可篡改。

5 結語

本文分析了目前我國的政府數據開放平臺存在的問題，利用區塊鏈技術不可篡改、去中心化與可信任的優勢，設計了一個政府數據開放與共享的模型。通過本模型，更好地改進了政府數據開放平臺的不足，提高了政府數據開放和共享過程中的安全性，保證了數據的不可篡改，更好地促進了政府數據的開放共享。