省級區塊鏈平臺設計與研究

文｜歐陽歡 李源

區塊鏈作為新興的信息技術，具有“不可篡改、全程留痕、可溯源”等技術特點，可有效賦能電子政務，有助于政務管理的扁平化與高效化。采用區塊鏈技術是確保政務信息的有效性、準確性、完整性、保密性和可控性重要技術保障措施，是實現政務數據公開、各級部門間及各部門內部數據的交換與共享，政務數據資源得以共享開放、規范化、平臺化應用的關鍵。對于監管模式創新、增強政府公信力、提升了政府治理能力和權威性，具有重要的現實意義。

區塊鏈技術作為新生事物和處在應用初始階段，繁多的區塊鏈產品在安全性、開放性、健壯性等方面參差不齊，不同的區塊鏈結構不一、數據跨鏈共享困難。若各部門分頭建設，不僅技術選型困難，且容易造成全省建設的同質化、碎片化、低效化，從而導致形成大量“孤島”與“煙囪”。因此，需建設省級統一區塊鏈平臺，為各省直部門區塊鏈應用建設提供基礎能力支撐。

一、區塊鏈政務應用現狀

區塊鏈作為下一代全球信用認證和價值互聯網基礎協議之一，被大家公認為是改變業務乃至組織運作方式的重大突破性技術，受到各國政府和各大組織的重視，越來越多的政府機構和行業部門開始探索區塊鏈在各個行業領域的應用，如何將區塊鏈應用于數字政府也成為探討的重點方向之一。

（一）各國政府探索區塊鏈技術的應用

美國喬治亞州利用區塊鏈網絡減少財產注冊費，保證土地所有權安全地交易。愛沙尼亞的“數字國家”計劃通過區塊鏈進行數字公民治理，實踐去中心化的區塊鏈思想和技術，利用區塊鏈、人工智能、大數據等先進技術，建立全球首個完全基于數字空間及共識、沒有物理邊界的數字國家。迪拜政府通過與IBM、ConsenSys（全球性區塊鏈技術公司）等公司進行合作，利用區塊鏈技術創造新產業、加速政務效率。英國政府認為區塊鏈及其分布式賬本技術有著顛覆性潛力，能夠給政府、其他地方性和區域性權力機構帶來更多的機會，可以提高政府機構與公民交易的透明度，降低市場摩擦，使中心企業更容易與地方和國家的權力機構互動，通過第三方推廣新的應用，提供更高效的方法用于構建和執行業務等。阿聯酋政府相信通過區塊鏈可以提升服務能力，建設基于區塊鏈技術的文件管理系統，開發能夠“提高文件交易速度、交互性、和可靠性”的工具，依靠區塊鏈技術的去中心化特性，可省去數據處理中心，進而節省設備維護費用，降低文件管理及交易成本。

（二）區塊鏈技術在我國政務行業穩步發展

目前我國廣東、吉林、西安、山東等16個省市均實現了區塊鏈在政務方面的應用落地，北京、深圳的項目落地數量分別占第一、第二位。區塊鏈政務應用場景包括數字身份、電子存證、電子票據、產權登記、工商注冊、數據共享、涉公監管、行政審批、政府審計、數據共享、出口監管等。

青島是較早推行區塊鏈技術的城市之一，推出了基于區塊鏈且集成全自動化物聯網系統的城市垃圾分類回收系統。北京市已上線基于區塊鏈技術的不動產登記信息平臺，推出“區塊鏈+不動產登記”的多個應用場景。雄安新區打造基于區塊鏈的建設資金管理和征拆遷安置資金的應用平臺，將銀行、政府、勞務公司、征拆遷群眾、工程公司等多方數據上鏈，打造基于區塊鏈的多系統間的數據協同與跨鏈互通。深圳市上線統一政務服務APP——“i深圳”，發布基于區塊鏈電子證照應用平臺，該平臺將電子證照系統與區塊鏈技術相結合，借助區塊鏈的去中心化同步記賬、身份認證、數據加密和不可篡改等特征，確保電子證照信息可信任、可追溯。重慶市上線基于區塊鏈的政務服務平臺，使得在重慶注冊公司的時間可從原來的十幾天縮短到最快只需要3天。杭州市打造全國首個基于區塊鏈的電子印章應用平臺，將杭州市的企業電子印章脫敏上鏈，實現實體印章與區塊鏈電子印章一一對應，記錄使用印章過程，過程真實可追溯且不可篡改，杜絕電子“蘿卜章”風險。

二、省級區塊鏈平臺設計

（一）省級區塊鏈基礎平臺設計

省級區塊鏈基礎平臺在整體設計架構上采用模塊化的分層架構。模塊化和分層的設計理念將整個區塊鏈系統劃分成處于不同層次的多個組件，組件與組件之間、層與層之間通過標準的接口相互通信和協作。每個組件內部的邏輯和具體實現對其他組件是不可見的；每一層由若干個相互密切配合或可替代的組件構成， 對于其他層也是不可見的。模塊化的設計和分層架構有利于獨立開發、測試、升級單個的組件，并可根據具體的需求在多個可互相替代的模塊中隨意選擇，在降低研發成本和縮短開發周期的同時亦可提高系統的可用性、安全性、可擴展性。

分層的體系結構使系統中復雜的業務邏輯與數據邏輯相分離，分布式應用的開發者無須過于關注底層的區塊鏈所采用的共識算法和處理邏輯的細節，可以大大降低應用開發的成本和時間。此外，分層的架構還有利于業務應用的擴展和遷移，同時也便于在業務應用不受影響的情況下對底層的區塊鏈共識系統進行升級和擴容等。在數據庫服務器和應用服務器上，采用軟、硬件的集群技術，使系統整體性能可以得到進一步提升。

省級區塊鏈基礎平臺的整體架構自下而上共可劃分為下列幾個層次。

基礎層：區塊鏈的基礎數據結構和算法庫。為共識層提供包括數據存儲、網絡通信、密碼學運算（包括加密/簽名/驗簽/哈希摘要等）在內的各種基本服務。

共識層：實現區塊鏈共識的核心邏輯。本層又分為三部分。

區塊結構層：驗證交易和區塊的有效性，打包生成新區塊，維護有效區塊經由哈希引用關系形成的拓撲結構圖。包括交易池、區塊打包引擎、區塊驗證引擎，區塊拓撲結構存儲模塊等。

定序共識層：對區塊結構層的所有（已驗證有效的）區塊進行全排序，實現關于所有有效區塊的先后順序的共識。對區塊的全排序將自然地確定所有交易的先后順序。

狀態共識層：按照定序共識層排好的順序執行交易并更新系統狀態，維護所有共識節點對于當前狀態的共識。

接口層：面向應用開發者，提供 RPC 接口和 SDK等接口服務；面向管理者提供配置區塊鏈系統參數、管理賬號和節點權限等控制接口。

（二）省級區塊鏈管理平臺（BaaS）設計

省級區塊鏈管理平臺是為快速推進基于區塊鏈的政務應用，建立政務區塊鏈應用所需的開發環境，提供基于政務區塊鏈的搜索查詢、交易提交、數據分析等一系列鏈上操作服務，便于創建、部署、運行和監控政務區塊鏈，省級區塊鏈管理平臺采用分層架構設計方案，來為使用單位提供全方位的區塊鏈服務，并幫助政務區塊鏈應用開發者快速構建與優化基于區塊鏈的政務應用。省級區塊鏈管理平臺是用戶管理區塊鏈環境的一站式平臺，為區塊鏈應用提供快速部署應用、節點管理、區塊鏈配置和管理、運維監控等服務。省級區塊鏈管理平臺包含如下功能。

政務區塊鏈管理與運維提供聯盟管理、區塊鏈管理和智能運維等功能。

合約管理與服務提供分組管理、合約列表、合約配置管理、合約管理、合約編輯與部署等功能，管理智能合約的分組、上傳、發布、審核、安裝、初始化。

開發支撐環境為智能合約開發提供簡單、高效的集成環境，支持創建、編譯、部署、調用智能合約項目。

三、總結

采用集約化建設方式搭建省級區塊鏈平臺，支撐省級所有政府項目的區塊鏈開發，滿足各廳局應用上鏈需求，可有效避免重復投資。借助區塊鏈的分布式同步記賬、身份認證、數據加密等特征，實現上鏈數據的可信任、可追溯，同時實現各參與主體共同維護、監督平臺，不僅可有效解決政府部門間數據共享的信任問題，而且將在優化政務服務流程、促進政務數據共享、降低“數字政府”運營成本、提升政務協同工作效率等方面發揮重要作用。