區塊鏈技術在科研管理中的應用研究

韓 旭，劉志輝，楊 巖

（中國科學技術信息研究所，北京 100038）

科技創新治理體系是國家治理體系的重要組成部分，構建現代化的科技管理體系、建設高素質專業化的科研管理人才隊伍，是加快轉變政府職能激發創新主體活力，提高科技創新管理效能的必然要求，也是建設創新型國家的重要保障。

我國對科技治理現代化的規劃起步較晚，處在從傳統治理思路轉換為現代化治理模式的關鍵時期，目前我國科技治理現代化轉型還存在幾點制約性問題。首先，從數據的儲存來看，科研數據的多源性及數量的爆炸式增長給數據的收集和存儲帶來一定的難度。原始數據形態除文本類型外，還可能包括音頻、視頻等，根據安全規范要求，不同機構對檔案歸檔的要求也存在不一致的問題，這些都增加了科研數據的管理難度。其次，從信息傳播而言，機構平級之間的科研數據缺乏安全可信的傳播途徑，無法進行及時有效的交流協作，而對于科研項目相關的資料文件等逐層上報的傳遞流程較長，也存在諸多的不確定性及信息滯后性，帶來了暫時的信息盲區。另外，從管理方式及管理能力方面，各創新主體內部通常使用獨立開發的系統進行管理，系統之間缺乏兼容性及連通性，會造成潛在的科研誠信及學術不端等信息更新不及時的問題。這些問題都一定程度上制約了科技治理現代化的發展。

區塊鏈技術是分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術的新型整合應用模式，具有見證規則的特點，是一種理想的記錄信息的方式并能在記錄之后進行驗證，這種獨有的特性為科技治理現代化帶來了新的契機。

區塊鏈具有去中介化、不可篡改性、集體維護等關鍵特性，可以對數據實現安全透明的快速存儲和準確追蹤，并能有效保證各參與節點數據的準確性和一致性。對管理部門而言，區塊鏈技術中的聯盟鏈準入原則能夠在確保數據安全的基礎上，在不同創新主體內部建立起有效的共識機制，便于科研數據的高效流轉及集中監管，并解決不同管理需求下數據跨鏈融合等問題；對創新主體而言，不同的數據云端儲存方式為數據安全及開放共享提供了新的解決思路，并能建立通用的數據管理規范化流程，解決創新主體之間的不同身份和信息聯通等問題，為科研治理能力帶來新的技術支撐。

目前區塊鏈3.0版已被引入到社會治理等領域，全球政府大多對區塊鏈采取了擁抱態度，區塊鏈技術在全球范圍內的公共服務的應用主要圍繞身份驗證、鑒證確權、信息共享以及透明政府等幾個方面。我國在《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》中，將“加快數字發展建設數字中國”作為獨立篇章，區塊鏈首次被納入國家五年規劃當中，被列為“十四五”七大數字經濟重點產業之一，區塊鏈技術已正式成為我國發展數字經濟和建設數據中國的重要載體。

本文依據上述背景，以科技治理中的科研管理過程入手，調研國內外將區塊鏈應用在科研管理中的研究現狀，對國際上相關的典型案例進行分析，對適用于科技治理的開源區塊鏈底層應用平臺進行整理，并結合目前我國對區塊鏈技術的應用部署提出幾點未來發展展望。

1 區塊鏈技術在科研管理中的研究現狀

從全球來看，區塊鏈在公共服務領域的潛能已經得到了眾多國家的關注，世界各國政府開始積極探索區塊鏈技術在不同場景下的應用。2019年10月，中共中央政治局就區塊鏈技術發展現狀和趨勢進行第18次集體學習，習近平總書記發表了重要講話強調，“把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口”。隨著政府對區塊鏈技術的推動，積極尋找對應的落地應用場景進行引領和部署，各方研發投入增加和研發工作的深入開展，區塊鏈技術在我國已進入高速發展階段，并將在更多的政務工作場景中得到應用。但目前在科研管理領域，尚未存在權威明確的政策進行相關指導及部署。

隨著各國政府對區塊鏈技術的逐步認可，研究學者開始探索區塊鏈技術在政府科技數據管理中的應用。孫慧宇等[1]探索區塊鏈技術在高校科研項目管理中的應用，以此提升科技管理信息化和智能化水平。鄭傳捷等[2]立足科研項目管理領域，探索區塊鏈技術在該領域的拓展。劉越男[3]、劉揚等[4]從技術和管理雙向視角出發，對利用區塊鏈技術處理文件檔案管理進行了探討。鄧建鵬[5]對美國區塊鏈的監管機制進行探索，并提出了在我國落地的一些借鑒方案。高芳[6]對比了美英兩國目前的區塊鏈發展，并提出我國應積極探索區塊鏈技術在政府內部及公共服務領域的應用。張延華等[7]對區塊鏈技術中的智能合約算法進行深入研究并建議可以將其應用到政府管理中。任明等[8]整理分析了區塊鏈在政府部門中應用的優勢及應用場景。周婕等[9]探索了區塊鏈技術應用在高校科研誠信建設中的可能性。袁波等[10]嘗試構建了基于區塊鏈的售后服務憑證服務平臺，為區塊鏈進入政府部門的業務工作帶來了新的思路。劉碩等[11]探索了區塊鏈在政務中的部分典型應用。Bai Y等[12]對區塊鏈技術應用于科研項目管理系統中不同模塊的關鍵技術進行研究，為科研管理平臺提供了一種新的管理思路及對應的方法。J Mller等[13]對科研管理中的數據來源進行基于區塊鏈技術的管理探索，并嘗試應用于電子海事綜合處理平臺中。Meng Q等[14]提出了一種基于聯盟鏈的項目管理系統，主要針對違約和保密兩個核心問題進行仿真實驗，有效提升了項目的效率。另外，還有相關學者嘗試以區塊鏈技術為主題對相關的專利、論文、報告等情報文獻進行統計分析[15-19]，來挖掘其中的研究內容，對區塊鏈的發展態勢進行判斷及預測。

眾多中外學者的學術研究，為區塊鏈技術在科研數據管理中應用提供了新的思路和方法。從以上來看，引入區塊鏈技術并對科研活動產生的數據進行規范化的存儲和數據開放共享從技術和方案上都具備可行性，并有助于形成互聯互通的科技治理體系，增強科技治理部門對科研活動的管理效率，提高科技管理的透明度及科技監管的公信力。

2 區塊鏈技術在科研管理中的實例分析

2.1 區塊鏈技術在科研管理中的案例分析

根據世界經濟合作與發展組織（OECD）對外發布的《區塊鏈在公共服務中的報告》顯示，全球至少已有46個國家開展了超過200個政府區塊鏈試點項目，從應用領域來看，其內容涵蓋金融服務業、土地所有權登記、福利津貼、能源與公共事業等多項政府業務。基于區塊鏈的應用研究探索大多集中在發達國家，但國際上對區塊鏈技術的研究仍處于概念拓展及開發迭代階段。以美國為例，其科研機構從比特幣的推出開始，即對區塊鏈技術開展了持續性的密切關注[20]，政府則多年來一直密切觀望發展情況，并嘗試在多個政府部門開展試點項目和概念證明[21]，但目前尚未針對區塊鏈技術進行大規模的項目落地實施及部署。

部分發達國家在使用區塊鏈技術改進科研管理方面進行了相關的探索和嘗試，本文對相關案例進行調研，并依據我國的科研管理模式及現狀，重點研究了美國國家科學基金會對于區塊鏈應用在科研管理系統中的可行性分析調研案例。

美國非盈利組織MITRE機構發布了基于區塊鏈技術的科技管理系統改進方案報告[22]，對區塊鏈在科技管理中的應用進行了深入調研及分析。該報告以區塊鏈技術為核心，提出對科研管理數字化流程及對應系統進行改造，以提高自身項目的管理效率及公平公正性。報告通過調研、訪談等方式，并通過OACs分析等相關研究方法對將區塊鏈技術引入科研管理系統進行綜合性研究。報告指出，基于區塊鏈的科研管理系統為政府工作帶來的優點包括：為所有參與管理的創新主體提供了較強的信息透明度和信息可見性；能夠為節點故障或惡意行為提供有效的防護；能夠提高發現欺詐、濫用款項的能力，增強監管力度等。

報告重點對科研管理活動中的聯邦政府項目資金管理進行探討，以美國項目資金撥款的實際問題入手，通過引入區塊鏈技術嚴格把控了各州政府的資金管理能力，將州政府從資金管理方變為監管部門，并且簡化了撥款流程，增強了整個撥款過程的透明度。其中，方案針對具體的撥款工作流程進行了細致探討。從聯邦政府撥款到機構收到款項的流程共約17個步驟，引入區塊鏈技術后僅需要對其中的3個主要步驟進行改動即可完成改造，在保證系統安全的同時，盡量減少了改造的時間及成本。報告還列舉了技術方案能夠順利執行所涉及的核心問題：從宏觀角度而言，區塊鏈技術在科研管理系統中的廣泛使用首先需得到政府許可，明確區塊鏈技術在改善政府治理過程中的作用，以便后續工作的開展和執行。從開放程度而言，除科技創新主體外，還需引入平級機構進入區塊鏈中，通過對數據及流程的監管來增強系統整體的公信力，發揮區塊鏈技術共同維護、信息透明等優勢。從研究對象來看，需要明確相關的創新主體，以及項目開展過程中不同群體所需投入的精力和預期的回報。從開發執行角度，需建立科研管理應用場景下的規范及標準，并明確和原有方案對接的相關細則，確保整體項目的快速過渡。報告最終的結論提到，政府可以嘗試將區塊鏈技術應用在政府科研項目撥款這一具體場景中進行小范圍的試點實驗及驗證。該方案提出后的次年，美國政府即制定了區塊鏈技術數據治理法律，對其中的相應內容進行立法及管理規范。美國國家科學基金會基于MITRE的前期調研和工作基礎，于2020年3月批準了一項孵化器投資基金項目，該項目的研究內容為小范圍構建基于區塊鏈的項目管理系統，以此來自動評估每年收到的基金申請文件，確保在不向公眾披露申請者信息和潛在的有價值的想法的前提下，分享和比較申請書內容并進行資金資助。

從美國對區塊鏈技術應用的典型案例可以看出，區塊鏈技術獨有的特性能夠精準服務于科研活動過程中的數據管理，并有望在優化現有系統運行效率、促進監管等層面對未來的科技治理現代化發展產生重大影響。引入區塊鏈技術能夠解決現有科研管理中的痛點問題，對原有流程進行小范圍的改造來達到最終目的。對美國相關科研數據管理的案例分析有助于我國將區塊鏈技術引入科研管理中并進行相關的應用場景構建。

2.2 適用于科研管理的區塊鏈技術平臺概述

科研數據存在較高的敏感性及隱私性，系統安全是科研管理中首要考慮的因素，因此選擇一個安全可靠的區塊鏈服務平臺顯得尤為必要。對現有的區塊鏈技術開源平臺進行全面調研，有助于后續自主開發面向科技領域的區塊鏈底層服務平臺。目前國內外已有大量的區塊鏈開源框架平臺，主流的框架包括Hyperledger Fabric、FISCO BCOS、Ethereum、Corda等。結合科研管理應用場景的具體需求，對區塊鏈底層框架的選擇需考慮應用功能、技術能力、安全機制、平臺適用性、開發及工具及維護支持等具體能力。經過調研評估，Corda平臺從用戶需求、技術方案等方面均和科研管理場景相似，因此針對Corda平臺進行深入調研。

世界頂級金融區塊鏈聯盟R3發布Corda項目的白皮書，主要針對金融場景明確了模型方案、面向對象、使用規范等關鍵問題。其設計的架構簡潔合理，能保證協議、合同、關系等數據按規則上鏈，各節點之間的分布式賬本保有各自信息，并能精準進行數據同步。Corda設計的場景中最大的特點是沒有代幣機制，不涉及到以代幣進行激勵等區塊鏈技術的典型手段，核心功能即是將數據進行確定性規范性的存儲，對應的業務流程可以類比為科研管理中的數據存儲和共享過程。在數據存儲模塊，保存原始文件的對應位置，并規范文件的大小、格式等數據狀態，使完整數據無需存放在公共節點的同時保證其真實可靠性。Corda對數據的更新規則進行了詳盡說明且更新規則的相關文件也存放在鏈中，確保規則不可隨意篡改。另外在智能合約部分，將原始的法律條文作為附件打包，和數據信息共同傳遞，賦予法律行為代碼合理性及規范性，對鏈上的主體具有較強的保護性及約束性。

將Corda平臺面向的金融場景和科研數管理場景對比：從參與主體上，Corda平臺需確保參與方相互可信懶、可識別；科研管理中的鏈上參與方一般為我國的科技創新主體，作為科研人員的參與方還可以由其所在機構背書，因此能夠確保鏈上主體的可信懶可識別性。從數據存儲上，Corda平臺僅將原始文件的存儲位置、文件形態及大小等信息上鏈，不涉及文件的具體內容；在科研管理中，這種模式可以有效保護敏感數據隱私性的同時，確保數據的不可篡改性。從數據交換上，Corda的數據交換依賴事先規范的智能合約且不隱藏交換雙方的身份信息，對交換內容、交換過程均有數據歸檔；在科研管理模式下，數據交換也需明確雙方的身份信息并保留過程數據。Corda平臺的核心功能及場景對比如圖1所示。根據以上對比分析，Corda平臺的整體服務及管理模式和科研管理場景具有較高的相似及較強的借鑒性。

圖1 Corda平臺的核心功能及科研管理場景對比

采用區塊鏈技術對科研活動全過程中產生的數據提供保障，涉及到各類型科研創新主體的數據管理與規范，制定從角色、數據結構、安全規則及上鏈規范等多個方面的規則及個性化的設置配置，因此對底層框架的功能及性能的要求較高。對開源服務框架的底層邏輯、服務功能等深入調研能夠為后續面向科研管理的原生框架構建及具體的需求設計提供一定的參考及思路。

3 基于區塊鏈技術的科研管理發展展望

基于對相關技術的文獻綜述、對典型案例的討論等過程，已明確了將區塊鏈技術引入科研管理應用中的可行性。目前，區塊鏈技術的行業生態已經初步形成，在相關政策的推動下，科研數據管理部門將逐漸接受區塊鏈技術并將其作為科技治理現代化建設的重要工具。依據科研管理應用的具體場景，下一步研究應主要針對建設基于區塊鏈技術的管理框架、核心技術點的研討，以及針對需求構建可落地的應用場景，深入研究及開展對應的試點項目。具體對未來相關應用的研究展望有以下幾點。

3.1 建立基于區塊鏈技術的平臺框架

在現有科研數據管理的服務基礎上，應設計接入區塊鏈技術的新平臺服務框架，兼顧提高科技治理能力及效率，提升科研數據的安全性及可靠性等性能。在新框架構建中，應重點利用區塊鏈的共識機制、智能合約、非對稱加密等技術特點，提出對應的技術方案來提高科技治理能力。依據區塊鏈技術改造的科研管理框架應能改變現有的科研數據傳播流向，將網狀點對點冗余的科研數據傳播流變為去中介化的環形數據流，將科研數據分布式存儲到各個創新主體內部服務器中。創新主體可以通過網絡的可信節點快速上傳數據，并對數據記錄的真實性進行驗證，使得科研管理數據在保證數據隱私性的前提下有據可依、透明可信。在整體框架設計中應明確其中的相關機制及環節流程，框架可分為協議層、擴展層及合作生態幾部分。在協議層中，需考慮區塊鏈技術中準入原則、共識機制等核心功能，進行相關部署。在擴展層中，重點考慮和原有系統的對接問題，科研管理場景下的智能合約問題。另外，依據科研管理現狀，還應考慮科技監管問題，在區塊鏈中設置區別于普通參與方的監管角色，使政府管理部門高效明確地進行穿透式監管，增強數據的管控力度。在框架外部還應建立對應的合作生態，確保接入區塊鏈技術后的系統能夠穩定運行。具體的邏輯框架如圖2所示。

圖2 接入區塊鏈技術的邏輯框架圖

3.2 使用基于聯盟鏈的準入原則

在區塊鏈的準入規則中，應優先考慮聯盟鏈機制。聯盟鏈形態主要以分布式賬本為主，聯盟中多個參與方交互信任。相比于公有鏈，聯盟鏈在效率和靈活性上更有優勢，可以降低分布式儲存成本和驗證成本，數據只需被幾個受信高的節點驗證即可。此外聯盟鏈僅在聯盟中的幾個節點間進行數據存儲，可以提供更好的數據隱私保護。聯盟鏈技術可以用來優化大多數傳統的信息化系統業務流程，特別適用于科研管理中多方協作、風險可控的業務場景。科研管理不同于數字貨幣等區塊鏈典型應用場景的管理模式，科研活動過程中產生的數據內容無法完全公開給大眾，因此采用聯盟鏈的方式進行部署更符合科研管理的需求。以聯盟鏈的方式將各科研機構納入聯盟鏈節點進行數據的分布式存儲，能夠在確保數據公開透明的基礎上維持科研管理生態穩定，降低數據存儲成本。

3.3 使用基于混合云的存儲方式

在區塊鏈的數據存儲方式選擇上，建議使用混合云的存儲模式。混合云作為新興的云計算服務架構，將公有云和私有云的優點融為一體，在確保數據安全的同時還可以發揮云計算數據安全可控資源節約等優勢。出于行業規范、數據安全等原因，科研管理的全量數據部署在公有云上并不現實，部署在私有云又無法保證數據的公開可信及共享原則，因此結合區塊鏈的分布式存儲優勢，設計使用混合云的方式兼顧敏捷性與安全性。在聯盟鏈節點的機房交付混合云解決方案，核心數據部署在聯盟鏈各個節點的私有云端，遵循“數據不出機房”等科研數據監管要求，相關信息僅在聯盟鏈的各節點之間分布式存儲，區塊鏈技術相關的功能性內容以及對應的運維模塊則部署在公有云上，并使用第三方服務云提供日志告警管理、應用性能監控、高級電源管理等底層服務類功能，以此滿足特定的安全及合規要求。

3.4 細化面向科研管理的應用場景

在對基于區塊鏈技術的科研管理框架及對應核心技術開展研究的同時，應深入探索對應的場景化技術解決方案。融入區塊鏈技術后的科技管理過程，應能夠在不同業務流程中為科創主體提供便利。例如，科創主體能夠合理申請使用部分上鏈數據從事科研活動，科技管理部門可以利用區塊鏈技術提升管理和服務的能力等。區塊鏈技術能夠快速便捷地與科研管理中的各個環節相結合，解決創新主體之間的不同身份和信息聯通問題、科研數據本身的隱私安全問題、同一層次各類型科研信息的透明化問題、以及不同管理需求下數據跨鏈融合等科研管理中存在的問題，為科研治理能力帶來新的技術支撐。在應用場景設計中，針對區塊鏈技術的特點，可實行的應用場景：針對學術不端“零容忍”的記錄問題、針對科研基金的全流程監管問題、科研人員身份的去隱私化問題、科技成果的部分開放共享問題等。細化科研管理過程中的具體應用場景，探討區塊鏈技術在其中的作用并設立對應的試點項目進行探索，有助于區塊鏈技術的在科研管理中的廣泛應用及落地部署。

4 結束語

區塊鏈時代的來臨為數字時代的數據治理帶來了新的機遇，世界各國均積極探索區塊鏈在各種應用場景上實現的可能性，我國已在相關政策上明確了區塊鏈技術的發展地位及未來的發展方向。

在科技治理領域，區塊鏈技術的不可篡改，共同維護等特點能為我國的科研管理帶來更加安全開放的保障，在提高管理效率的同時增強科技管理公信力。科研管理過程包含豐富的科技數據資源，對數據的整合規劃及開放共享能有效提高科技管理水平。本文從我國科研管理現狀入手，整理了國內外針對區塊鏈技術進行科研管理的學術研究，調研了國際上相關技術案例及可移植的開源服務平臺，并對區塊鏈技術在科技治理領域的未來發展進行展望。同時，對區塊鏈技術在科技管理中的方案探索也有助于相關機構及管理部門從技術的角度對未來的管理方案進行進一步規劃。然而，我國當前尚未出臺明確的區塊鏈使用標準或相關法律來支持區塊鏈在電子政務中的發展，亟需相關權威機構建立對應的規范體系及國家標準，使區塊鏈在政務工作中的應用能有序推進。