系統(tǒng)論視域下“區(qū)塊鏈+5G”生物安全戰(zhàn)略分析*

劉宗妹

（廣東司法警官職業(yè)學院，廣東 廣州 510520）

0 引言

2020年2月14日，中央深改委第十二次會議上，提出把生物安全納入國家安全體系。當前生物安全管理存在生物安全意識淡薄、數(shù)據(jù)資源利用率不高、信息共享能力不足、生物技術(shù)的“兩用性”以及生物安全預(yù)警不足等問題[1]。生物安全威脅監(jiān)測和態(tài)勢感知能力不足，渠道的溝通性、決策的及時性以及隊伍的職業(yè)化亟待提升。

我國區(qū)塊鏈應(yīng)用開發(fā)的大環(huán)境很好，區(qū)塊鏈專利的申請數(shù)量位居世界首位，為各類融合開發(fā)的實施創(chuàng)造了有利條件。本研究從系統(tǒng)論的視角，分析生物安全體系內(nèi)涵建設(shè)，闡述科技治理助推生物安全治理的改進邏輯，以基于區(qū)塊鏈技術(shù)和5G 的應(yīng)用開發(fā)研究為主線，利用區(qū)塊鏈的不可篡改性和有效溯源性，以及5G 的高傳輸速率和低延遲，探索搭建平臺增強生物數(shù)據(jù)溯源和審計能力，建立網(wǎng)格型科技生物安全服務(wù)，借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進行生物數(shù)據(jù)的捕捉和分析，以引領(lǐng)生物數(shù)據(jù)監(jiān)管的風潮，進一步拓展生物安全智慧監(jiān)管[2]。

1 基于扁平化結(jié)構(gòu)思維，促進生物安全體系的組織變革

扁平化結(jié)構(gòu)是對原結(jié)構(gòu)的機構(gòu)精簡，打破復雜的組織垂直結(jié)構(gòu)，減少不必要的信息傳遞，加速組織數(shù)據(jù)信息化、組織系統(tǒng)開放化和組織結(jié)構(gòu)扁平化[3]。

生物安全體系保障生物免受外界因素損害，事關(guān)人類的健康、經(jīng)濟的發(fā)展、社會的穩(wěn)定、民族的存亡，具體范疇涵蓋突發(fā)傳染病、外來物種入侵、動植物疫情、生物遺傳資源流失、人類遺傳因素、生化武器襲擊以及生物技術(shù)謬用等。因此，需再造生物安全體系，重組組織機構(gòu)、流程，助力政府及時響應(yīng)外部環(huán)境的變化。生物安全體系建設(shè)以關(guān)注法律法規(guī)和保障生物數(shù)據(jù)安全管理為切入點，努力做好如下3 個方面。第一，普及生物安全教育，通過網(wǎng)絡(luò)、廣播以及新媒體等多種形式，宣傳生物安全知識，鼓勵大家積極參與信息報送和監(jiān)督管理，實現(xiàn)人人都是生物安全管理的主人[4]。第二，大力評估完善野生動物保護法、突發(fā)事件應(yīng)對法、傳染病防治法以及進出境動植物檢疫法等，推動盡快出臺生物安全法，構(gòu)建法律法規(guī)體系。第三，生物安全管理的前行離不開先進科學技術(shù)提供的安全存儲、快速匹配，特別是借助區(qū)塊鏈技術(shù)、5G、人工智能和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，因此需健全風險評估、監(jiān)測預(yù)警、應(yīng)急管理和決策支持體系，實現(xiàn)生物數(shù)據(jù)安全管理的精準化、智慧化和高效化。前兩方面的實施需政府的大力宣傳和多方探討，下面將從第三方面展開研究，探索構(gòu)建基于“工具式”的評估體系。

區(qū)塊鏈的技術(shù)特征具有實現(xiàn)扁平化組織結(jié)構(gòu)的天然吻合性，將助力社會公信形成良好的局面。基于區(qū)塊鏈設(shè)計的生物安全體系扁平化組織形式如圖1 所示。

圖1 生物安全體系扁平化的組織形式

生物安全體系扁平化設(shè)計的出發(fā)點是借助區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)的不可篡改性、透明性和共享性，簡化管理層次、拓展管理跨度和有效信息共享，適應(yīng)生物安全工作創(chuàng)新需求。

1.1 簡化組織管理層次

目前，科層制的組織結(jié)構(gòu)隨著信息傳播方式的改變，暴露出不夠靈活的弊端，而扁平化結(jié)構(gòu)簡化管理盡量縮短指揮鏈，提高了縱向反應(yīng)能力，同時增強了橫向溝通能力，減化了請求傳達和請求批復環(huán)節(jié)，縮短了上下級溝通的距離[5-6]。

1.2 創(chuàng)建群體協(xié)作模式

打破領(lǐng)域界限，構(gòu)筑群體協(xié)作，組織動態(tài)知識團隊，實現(xiàn)知識共享，改變職能取向，實現(xiàn)問題取向。生物安全體系的構(gòu)建的目的是解決問題，而不是純粹發(fā)號施令，因此制定的解決方案更科學有效[5]。

1.3 構(gòu)建高水平專家團隊

構(gòu)建專家團隊，以協(xié)調(diào)動態(tài)知識團隊工作并提供技術(shù)支持。高水平專家團隊與政府部門有效對接，可從專業(yè)角度開展工作，改變行政化不良傾向，解決突發(fā)難點問題。針對生物安全體系跨度大、維度廣的特點，高水平專家團隊中配備專業(yè)計算機人才，從多維度智能評價和大數(shù)據(jù)技術(shù)等方面挖掘軌跡數(shù)據(jù)形成動態(tài)評估，使突發(fā)狀況扼殺在萌芽中。

2 基于協(xié)同原理，構(gòu)筑“區(qū)塊鏈+5G+生物安全體系”創(chuàng)新環(huán)境

協(xié)同原理作為系統(tǒng)思維的關(guān)鍵內(nèi)容，是推動系統(tǒng)各個要素之間協(xié)作的過程。在生物安全體系中，加強應(yīng)用協(xié)同原理，契入多種信息技術(shù)手段，探索技術(shù)之間的協(xié)作互助[3]。

2.1 區(qū)塊鏈賦能5G 數(shù)據(jù)保護

利用區(qū)塊鏈點到點的連接實現(xiàn)去中心化、時間戳實現(xiàn)可追溯性、全網(wǎng)共識實現(xiàn)透明性、加密算法實現(xiàn)不可篡改性[7]、智能合約實現(xiàn)自動觸發(fā)完成[8]，依托網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、共識層、合約層和應(yīng)用層構(gòu)建區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)架構(gòu)[9]，實現(xiàn)對數(shù)學（加解密，共識算法等）的信任和背靠背的信任[10]。5G 時代數(shù)據(jù)海量傳輸，數(shù)據(jù)的保護是重中之重，而區(qū)塊鏈的不可篡改性具有數(shù)據(jù)保護的天然屬性。區(qū)塊鏈的密碼技術(shù)重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)安全邊界，終端信息上鏈后在各節(jié)點分布式存儲，共筑協(xié)同防護空間。

2.2 5G 助力區(qū)塊鏈更快的傳輸速率、更豐富的上鏈數(shù)據(jù)和更強的穩(wěn)定性

5G 是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)。它的發(fā)展源于人們對移動數(shù)據(jù)日益增長的需求，目前正朝著網(wǎng)絡(luò)多元化、綜合化與智能化發(fā)展。5G 以其高速率、低能耗和高容量備受關(guān)注，已成為服務(wù)社會生產(chǎn)交易的基礎(chǔ)設(shè)施。截至2020 年3 月底，我國已建成19.8 萬個5G 基站[11]。5G 擁有高達10 Gb/s 的傳輸速率，極大地提升了區(qū)塊鏈的處理速度和應(yīng)用穩(wěn)定性。5G 每平方千米可連接100 萬個終端設(shè)備，傳輸延遲降低到1 ms 以下，實現(xiàn)了區(qū)塊鏈對生物數(shù)據(jù)體系的高效追蹤和溯源[12]。5G 邊緣網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑了分布式的通信基礎(chǔ)，GPU 算力構(gòu)筑區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)運行。5G 利用可變帶寬和廣播、組播技術(shù)保障信息同步，解決了區(qū)塊鏈為執(zhí)行共識算法消耗大量網(wǎng)絡(luò)帶寬的問題[13]。

2.3 生物安全體系可行性分析

區(qū)塊鏈為5G 提供安全的生物數(shù)據(jù)保護，5G 為區(qū)塊鏈提供交易速度快、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性高的數(shù)據(jù)采集，它們?nèi)诤系木薮笄熬耙讶找嫱癸@。第一，區(qū)塊鏈將數(shù)據(jù)按序存儲在鏈式存儲結(jié)構(gòu)，隨著節(jié)點的增多，篡改數(shù)據(jù)的難度將會增大，實現(xiàn)了生物安全數(shù)據(jù)一旦上鏈將無法修改的目的[14]。第二，元數(shù)據(jù)安全的前提下利用智能合約實現(xiàn)多元生物數(shù)據(jù)融合分析，確保數(shù)據(jù)共享中的數(shù)據(jù)安全[15]。第三，分布式賬本的功能解決了生物數(shù)據(jù)共享和傳遞過程中的所有權(quán)問題，解決了長期困擾數(shù)據(jù)資產(chǎn)的所有權(quán)不清晰問題。第四，利用5G 的靈活性，與4G、WiFi 等整合，用戶無需手動操作，系統(tǒng)就會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量情況連接到最佳網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)無縫切換，可滿足各種生物安全場景的需要。第五，5G 的到來降低了物聯(lián)網(wǎng)的維護成本，利用5G 的快速性和精確性拓寬了精確管理的范圍，為離散程度高、中間環(huán)節(jié)多、監(jiān)管曲線長的多方主體的有效合作提供了技術(shù)支撐[16]。第六，結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)，充分發(fā)揮5G 終端設(shè)備機器視覺智能分析和高清圖像傳輸功能，實現(xiàn)終端的可信互動。“5G+區(qū)塊鏈”給生物安全提供了一種全新的體驗，借助于5G 實現(xiàn)快速定位和應(yīng)急指揮調(diào)度，從而助力生物安全服務(wù)。

2.4 技術(shù)突破

伴隨著越來越多區(qū)塊鏈集成應(yīng)用的落地，處理速度慢成為所有平臺的“通病”。其中，基礎(chǔ)性能是瓶頸。目前的擴容方法主要有鏈上擴容技術(shù)和鏈下擴容技術(shù)[17]。文獻[13]呈現(xiàn)了一種鏈上擴容技術(shù)，思路是將區(qū)塊鏈節(jié)點劃分為多個分片，以相同的分片為單位維護同一條鏈，不同的分片維護不同的鏈，與頻分多路復用相吻合，從而實現(xiàn)容量的成倍擴容，并通過仿真分析給出區(qū)塊鏈分片的最佳規(guī)模。基于以上技術(shù)層面的創(chuàng)新研究，本研究重點探索其在應(yīng)用領(lǐng)域的融合拓展，即生物數(shù)據(jù)安全體系中的創(chuàng)新應(yīng)用開發(fā)，不僅維護生物安全體系的數(shù)據(jù)安全，還通過數(shù)據(jù)的傳遞共享實現(xiàn)應(yīng)急處理，進一步塑造誠信的生態(tài)環(huán)境[8]。

3 “區(qū)塊鏈+5G+生物安全體系”：一項系統(tǒng)工程

3.1 多源數(shù)據(jù)共享架構(gòu)

受到文獻[15]的啟發(fā)，在多源數(shù)據(jù)共享模式下，聯(lián)盟鏈內(nèi)的不同機構(gòu)共享數(shù)據(jù)摘要信息，利用區(qū)塊鏈建立機構(gòu)間的信任。成員節(jié)點包括防疫部門、醫(yī)療系統(tǒng)、傳染病檢測機構(gòu)以及生物個體等，而數(shù)據(jù)來源于多個部門的跨域多源數(shù)據(jù)。通過多源數(shù)據(jù)共享架構(gòu)，可在保證數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)安全的前提下，打通外部數(shù)據(jù)的相融性，進一步挖掘生物數(shù)據(jù)的潛能，如圖2 所示。

圖2 多源數(shù)據(jù)共享架構(gòu)

生物數(shù)據(jù)存于中心數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)的摘要信息上傳到區(qū)塊鏈，需經(jīng)過廣播、同步、共識和保存。專家團隊和政府機構(gòu)要查詢數(shù)據(jù)，需向區(qū)塊鏈提出請求，獲取摘要信息，然后傳送到中心數(shù)據(jù)庫申請元數(shù)據(jù)，獲得加密后的數(shù)據(jù)后進行數(shù)據(jù)分析，從而生成評估報告。

3.2 生物安全體系系統(tǒng)架構(gòu)

“區(qū)塊鏈+生物安全”實現(xiàn)了科技與民生問題的有機結(jié)合，是一項龐大的系統(tǒng)工程。建立生物安全區(qū)塊鏈社區(qū)，是為了更好地解決現(xiàn)存問題，創(chuàng)造生物安全治理生態(tài)。系統(tǒng)運行模式如圖3 所示。

圖3 生物安全體系系統(tǒng)架構(gòu)

3.2.1 助力系統(tǒng)

助力系統(tǒng)是生物安全體系運轉(zhuǎn)的驅(qū)動力，包括政府部門、專家團隊和“區(qū)塊鏈+5G”技術(shù)群。政府部門作為社會管理機構(gòu)，有義務(wù)監(jiān)督部署生物安全體系。專家團隊作為相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)人才，具有更高的話語權(quán)和更強的決斷力，是助力系統(tǒng)的中堅力量。“區(qū)塊鏈+5G”技術(shù)群有效組織數(shù)據(jù)資源，準確評估數(shù)據(jù)信息，是助力系統(tǒng)的源動力。

3.2.2 評估系統(tǒng)

評估系統(tǒng)實時檢測生物安全狀況，并向政府、知識團隊和區(qū)塊鏈技術(shù)群反饋，相互協(xié)作，保證體系正常運作[18]。政府監(jiān)督負責政策傳達、危機處理以及違規(guī)懲治等。生物安全涵蓋的分支較多，每個分支內(nèi)部自發(fā)組織動態(tài)知識團隊，在出現(xiàn)突發(fā)情況時及時上報專家知識團隊，以有效節(jié)省信息傳遞時間。技術(shù)群利用區(qū)塊鏈實現(xiàn)數(shù)據(jù)安全存儲和有效共享，利用AI 的安全計算自動完成智能評價，實現(xiàn)多維度信息關(guān)聯(lián)分析和綜合預(yù)警。

3.2.3 支持系統(tǒng)

支持系統(tǒng)是整個體系正常運行的保障，涵蓋政策、科研以及法律等多個要素。政策的支持調(diào)動生物安全各領(lǐng)域的積極性，科研支持有效保證體系的說服力，法律支持則使各個領(lǐng)域有章可循。

3.3 大數(shù)據(jù)綜合評估決策流程

系統(tǒng)自動感知獲取評估數(shù)據(jù)，如出現(xiàn)突發(fā)異常，自動觸發(fā)推送評估需求并開展評估工作。生物大數(shù)據(jù)來源于物聯(lián)網(wǎng)的信息采集，利用視頻智能分析技術(shù)去除背景干擾，識別出真正目的，實現(xiàn)從事后取證向事前防范的轉(zhuǎn)變。整個評價過程都是基于系統(tǒng)自動完成的，系統(tǒng)按照預(yù)定義的事件規(guī)則，經(jīng)過采集、過濾、分類、分級以及轉(zhuǎn)換等處理環(huán)節(jié)，形成有效的數(shù)據(jù)信息，并利用大數(shù)據(jù)進行分析，生成數(shù)據(jù)評價報告。大數(shù)據(jù)評估決策流程如圖4 所示。應(yīng)用表示層使用JavaScript 語言進行應(yīng)用開發(fā)，用HTML 語言提供可視化的操作界面。底層內(nèi)置智能合約部署和測試的全過程[19]。系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)架構(gòu)如圖5 所示。

3.4 系統(tǒng)性能分析

在系統(tǒng)科學理論的指導下，借助于區(qū)塊鏈技術(shù)和5G 大環(huán)境[20]，在未復雜化傳統(tǒng)生物安全概念的基礎(chǔ)上，通過組織結(jié)構(gòu)的精化和信息技術(shù)的支持，針對性地解決了數(shù)據(jù)孤島和數(shù)據(jù)不安全等問題[21]。系統(tǒng)性能對比見表1。

圖4 大數(shù)據(jù)評估決策流程

圖5 系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)架構(gòu)

表1 系統(tǒng)性能對比分析表

4 結(jié)語

結(jié)合系統(tǒng)思維方法分析，人類歷史的治理進入?yún)f(xié)同式治理階段，政府需完善生物安全法律法規(guī)，減少管理層級，實現(xiàn)工作秩序化。新一代信息技術(shù)促進了各個實體行業(yè)的發(fā)展壯大，因此要真正打造區(qū)塊鏈即服務(wù)（Blockchain as a Service，BaaS）體系，僅僅依靠區(qū)塊鏈是不夠的，需探索與AI、5G 以及物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的融合創(chuàng)新。本文在對區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈與AI 的融合應(yīng)用研究中發(fā)現(xiàn)，區(qū)塊鏈技術(shù)存在速度慢、時延高以及設(shè)備要求高等弊端，而5G 以其速度快、延時低以及連接數(shù)量廣等優(yōu)勢完美解決了以上問題，因此重點研究了區(qū)塊鏈和5G 在生物安全領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。下一步建議基于系統(tǒng)論的理論和方法進一步完善生物安全體系，通過體系工作的穩(wěn)態(tài)化，推動運行機制和管理模式的發(fā)展。