基于區塊鏈的綜合數據共享模型研究

孟令璽 劉英偉 孟令威

摘 要：區塊鏈技術是引發第五次人類社會顛覆性變革的技術，并逐漸在社會的各個領域產生影響，尤其在數據共享方面得到初步發展和應用。通過深入分析區塊鏈的發展與特點，設計了基于區塊鏈技術的綜合數據共享模型。希望本文的研究能為區塊鏈在數據共享中的發展提供理論依據。

關鍵詞：區塊鏈;綜合數據;共享模型

中圖分類號：TP309 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）34-0017-03

Research on Comprehensive Data Sharing Model Based on Blockchain

MENG Lingxi LIU Yingwei MENG Lingwei

（School of Humanities and information，Changchun University of Technology，Changchun Jilin 130000）

Abstract： Blockchain technology is the technology that triggered the fifth subversive change in human society， and has begun to have an impact in various areas of society， especially in the initial development and application of data sharing. Through in-depth analysis of the development and characteristics of blockchain， a comprehensive data sharing model based on blockchain technology was designed. It is hoped that the research in this article will provide a theoretical basis for the development of blockchain in data sharing.

Keywords： blockchain;comprehensive data;shared model

區塊鏈技術在全球金融行業、商業服務等領域被廣泛研究和應用。社會公眾及行業人士對區塊鏈技術的關注度不斷提升，對行業具有較高的期望值。雖然該技術得到了大量的投資，但產品或服務與用戶的需求和技術還不夠成熟[1]。目前區塊鏈技術在全球教育領域受到的追捧和關注。例如，美國麻省理工學院的媒體實驗室已利用區塊鏈技術頒發數字證書和數字幣，以認可加入其全球研究伙伴計劃的各行業才俊;霍布頓軟件工程學院就計劃從2017年開始與“比特認證”公司合作，采用區塊鏈技術進行學習認證;塞浦路斯尼科西亞大學推出了基于區塊鏈技術開發和應用的理學碩士學位項目，并開始使用區塊鏈技術追蹤、記錄學生的學習過程和結果;為促進區塊鏈技術專業人才的培養，哈佛大學伯克曼克萊恩互聯網和社會研究中心研究了區塊鏈技術在物權法、數字金融等領域的應用和影響。此外，許多企業和機構也開始投入資源來探索區塊鏈技術在數據共享中的應用[2]。

1 區塊鏈發展與特點分析

1.1 區塊鏈發展

區塊鏈技術被提出后迅速為金融機構所采用。自從2015年該概念風靡以來，世界各地對該技術均有涉獵。譬如，美國納斯達克證券交易所將區塊鏈與銀行業相融合，塑造了新型股票交易發行技術[3]。在其他與計算機密切聯系的領域，區塊鏈技術同樣得到了高度創新，例如：產權保護、公證、網絡游戲與其他領域。學者對該技術的發展、應用史進行總結，并將其分為三個縱向拓展的階段，即區塊鏈1.0、區塊鏈2.0和區塊鏈3.0。其中，區塊鏈1.0時期，對其的應用集中于貨幣轉移、匯兌和支付系統的初級升級;區塊鏈2.0時期，區塊鏈將與智能合約有機結合，從而實現對股票、債券、期貨、貸款、按揭、產權等各方面智能合約的智慧應用;而區塊鏈3.0時期，區塊鏈技術將全面聯通，不僅再局限于貨幣與金融業，無論是健康還是科學與教育，都將得到區塊鏈技術的強烈賦能[4]。區塊鏈3.0架構如圖1所示。

1.2 區塊鏈特點

區塊鏈技術包括四個主要特征：去信任、去中心化、集體維護和可靠的數據庫。其中，去信任和去中心化特征能解決共享經濟中存在的陌生人信任、信息不對稱和高交易成本的問題[5]。所以，區塊鏈技術被認為是繼蒸汽機、電力、互聯網之后的顛覆性創新。簡而言之，區塊鏈是由“塊”和“鏈”組成的，即每個數據塊里存在一個時間段內系統所有加密的信息交換數據;鏈則是鏈接塊跟下個塊之間的鏈條關系，這樣就產生了區塊鏈。因為每個分塊包括特定時間內系統全部的信息交換數據，每個分塊是平等的，并且單個分塊出現破損并不能影響整個系統安全，所以區塊鏈具有分散性、可靠數據庫等主要特性。相同地，每個分塊能統括系統的全部信息，能對信息的真實性進行交叉驗證，保證信息真實可信，因此區塊鏈的典型特征即是集體維護和去信任[6]。

2 基于區塊鏈的綜合數據共享模型

簡單來說，區塊鏈就是一個由所有參與者共同維護的交易賬本，賬本信息的公開使得所有參與者可以一起來校驗交易和記賬的正確性，使得賬本具有防止惡意篡改的能力，使得區塊鏈成為所有參與者可以信任的載體[7]。

2.1 區塊鏈數據共享

區塊鏈的數據塊主要由區塊頭及區塊體兩部分組成，底層數據是依據科學數據共享過程的實際狀況，涵蓋交互信息的一種或多種。區塊頭由版本號、前塊哈希、時間戳等組成;區塊體由當前區塊保存的共享主體間的數據交互記錄組成。

綜合數據共享區塊鏈的數據模型多為改進型賬戶模型，針對共享交互信息復雜性特征設置狀態賬戶和合約賬戶，階段性共享結果保存在狀態賬戶，數據共享智能合約信息保存在合約賬戶。綜合數據共享區塊鏈數據存儲采用LevelDB與CouchDB的融合模式，區塊體中的底層數據主要采用Key-Value型數據結構進行創建，LevelDB作為可以處理大規模Key-Value型數據的存儲庫，常用于寫入頻繁而查詢較少的場景。綜合數據的共享持續性生成大量交互信息，且都要寫入數據區塊，然而只有對交互歷史進行驗證和溯源時才需要查詢功能。

2.2 綜合數據共享模型

鏈式結構由時間節點連續的各數據區塊依次環環相接，使特定領域、特定集群的區塊主鏈不斷延續，記錄數據共享過程，并支持區塊鏈數據的定位及追溯。時間戳可以表示全部區塊數據的具體記錄時間，為區塊數據供應存在性證據，是區塊鏈數據實現不可篡改和偽造功能的關鍵要素。哈希函數值是科學數據共享交互記錄的抽象化表達方式，即交互記錄在數據區塊中被編碼成特定長度的字符串。基于區塊鏈的綜合數據連接模型如圖2所示。

3 區塊鏈的發展與展望

3.1 基于區塊鏈的綜合數據個性化共享

Ark認為，在個性化學習過程中，查詢者個人數據的管理非常重要。因此，在共享經濟和個人經濟日益發展的今天，對個人資源的有效管理和去中心化，即學校不應獨占學習者的個人資源并決定資源的內容，已成為了人們的共識。

3.2 區塊鏈技術應用的挑戰

由于區塊鏈記錄的分布式存儲及其不可改變的特性，查詢者必然會擔心搜索記錄及個人信息等數據的安全問題。同時，查詢者也會擔心誰有權創建和查看搜索報告，如何評估和確定查詢數據和許多其他問題。微軟的首席技術官埃文斯在一次采訪中指出，在當前數字化的學習環境中，雖然區塊鏈技術在各方面有無限的潛力，但它允許查詢者個人信息在不受控制的情況下被自由共享，將會導致查詢者個人信息泄露。格林斯潘提出了八個區塊鏈技術的應用條件：數據庫、交易眾多、去信任、無中介、交易互動、規則、驗證方和資產證據。貝爾肖指出，如果不能滿足上述八個條件，應采用傳統的文件存儲服務、中央數據庫，或訂購不同的數據庫。

3.3 應用前景的挑戰

Watters對區塊鏈技術在共享領域的使用提出了幾個問題：查詢者在記錄上述交易或活動時的得失是什么？數據共享區塊鏈誰可以信任？在談到數據共享區塊鏈技術中的“信任”時，人們往往認為查詢者是不值得信任的對象，認為他們在知識、技能、證書或文憑方面夸大甚至完全撒謊。而最重要的是，對于使用區塊鏈技術頒發資質證書的機構，其認證標準是什么？如果是按數量頒發，則是否會鼓勵這些機構變相簽發證書？各個行業是否擁有運行區塊鏈節點的巨大計算能力？區塊鏈技術的應用是否一定會提高數據共享效果，如何提高數據共享效果？

4 結語

區塊鏈技術不斷發展和迭代應用，可以為數據共享提供新的技術基礎以及實踐模式。雖然區塊鏈技術仍面臨諸多挑戰，但毋庸置疑的是，區塊鏈技術已經被社會所認可，其在各行各業具有較大的潛能。

參考文獻：

[1]王秀利，江曉舟，李洋.應用區塊鏈的數據訪問控制與共享模型[J].軟件學報，2019（6）：1661-1669.

[2]余益民，陳韜偉，段正泰，等.基于區塊鏈的政務信息資源共享模型研究[J].電子政務，2019（4）：58-67.

[3]曹亞波.一種數據開放和共享技術的模型研究[J].現代計算機（專業版），2018（2）：19-21，33.

[4]呼陽，陳亮.基于區塊鏈的生產線數據共享方案研究[J].國外電子測量技術，2019（5）：123-127.

[5]郭志旭，陳大鵬，肖揚，等.基于區塊鏈的基因數據共享平臺方案研究[J].中國數字醫學，2019（6）：84-86.

[6]黃佳.基于區塊鏈技術的跨區域電子證照共享平臺[J].科技與創新，2019（11）：61-63.

[7]李煒，黃倩.基于區塊鏈技術的多密級數據安全存儲系統設計[J].沈陽大學學報（自然科學版），2019（3）：223-228.