基于區(qū)塊鏈技術(shù)的檔案管理體系構(gòu)建

連曉曉 唐松 姚利彬 左北辰

引言

檔案作為重要信息資源和獨(dú)特歷史文化遺產(chǎn)，價值日益凸顯，傳統(tǒng)紙質(zhì)檔案雖然具有直觀反映歷史面貌的優(yōu)點(diǎn)，但也存在收集整理難、儲存空間大、易損壞、利用難等弊端。隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，信息資源越發(fā)成為一種重要的戰(zhàn)略性資源，檔案事業(yè)在迎來新的發(fā)展機(jī)遇的同時也面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。適應(yīng)并立足新發(fā)展階段，推進(jìn)檔案數(shù)字轉(zhuǎn)型和智能升級，推進(jìn)檔案工作適應(yīng)黨政機(jī)構(gòu)日常工作成為一項(xiàng)必不可少的研究課題。2021年國家檔案局進(jìn)一步明確了檔案信息化發(fā)展工作要點(diǎn)及加快推進(jìn)檔案數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作[1]。

一、區(qū)塊鏈技術(shù)研究現(xiàn)狀

（一）區(qū)塊鏈技術(shù)概述

比特幣的底層技術(shù)就是區(qū)塊鏈，自此區(qū)塊鏈技術(shù)走入國內(nèi)外學(xué)者研究領(lǐng)域，隨后區(qū)塊鏈技術(shù)被應(yīng)用于以太坊，直到出現(xiàn)了企業(yè)級開發(fā)平臺超級賬本，區(qū)塊鏈才真正脫離了電子貨幣的束縛，為其他各行各業(yè)應(yīng)用服務(wù)提供了可能[2]。區(qū)塊鏈本質(zhì)上是塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)、共識算法、智能合約來驗(yàn)證、存儲、保護(hù)數(shù)據(jù)安全的，目前成果應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療健康、供應(yīng)鏈等領(lǐng)域。

（二）區(qū)塊鏈在檔案領(lǐng)域應(yīng)用分析

作為一種安全的分布式賬本，區(qū)塊鏈意味著任何輸出都要經(jīng)過網(wǎng)格內(nèi)所有人的驗(yàn)證。張奇文提出一種基于Gossip協(xié)議的信任收集共識算法，即通過評估鄰近節(jié)點(diǎn)的信息度選擇通信節(jié)點(diǎn)，消息在通信過程中不斷收集信任值，以超過全網(wǎng)臨界受信閾值時確認(rèn)為達(dá)成共識，提高傳統(tǒng)算法的穩(wěn)定性和效率[3]。區(qū)塊鏈技術(shù)在解決傳統(tǒng)檔案管理方面具有巨大潛力，越來越多的基于區(qū)塊鏈的應(yīng)用研究旨在提高檔案管理的安全性。王洋以中國電力建設(shè)集團(tuán)有限公司電子文件單套歸檔和電子檔案單套管理試點(diǎn)為例，結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)一步保障當(dāng)前電子文件真實(shí)性[4]。聶勇浩以廣州互聯(lián)網(wǎng)法院為例，基于區(qū)塊鏈技術(shù)針對電子證據(jù)的可采、可信、可控和可用問題構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)，保證電子證據(jù)安全可靠[5]。宋世昕為解決電子數(shù)據(jù)易攻擊性，很容易被篡改或破壞的問題，基于區(qū)塊鏈及IPFS技術(shù)，提出了一套基于區(qū)塊鏈和IPFS的去中心化電子存證方案[6]。梅勝以健康檔案為研究對象，以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了健康數(shù)據(jù)跨域共享業(yè)務(wù)模型，分析了健康檔案的跨域共享業(yè)務(wù)和可信安全需求，旨在通過對數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的 CA 認(rèn)證，提高數(shù)據(jù)源的真實(shí)性和安全性[7]。基于區(qū)塊鏈的業(yè)務(wù)檔案存證溯源由電子檔案生命周期牽涉到的各單位構(gòu)建聯(lián)盟鏈，共同打造檔案存證溯源和防偽技術(shù)認(rèn)證平臺，可提供業(yè)務(wù)檔案數(shù)據(jù)存證、防偽驗(yàn)證、檔案溯源、數(shù)據(jù)查驗(yàn)等功能，目前多應(yīng)用于司法領(lǐng)域。除此之外區(qū)塊鏈技術(shù)還可應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)存證、溯源[8]、身份認(rèn)證等領(lǐng)域。

二、基于區(qū)塊鏈的電子檔案管理系統(tǒng)構(gòu)建

（一）電子檔案管理系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)

1.基于國密 SM3 和雪花算法，構(gòu)建高效鏈上電子檔案標(biāo)識碼。

2.基于 leveldb、merkle tree、HBase 構(gòu)建電子檔案分級存證，實(shí)現(xiàn)高效電子檔案多中心存儲、多方背書，實(shí)現(xiàn)檔案實(shí)時業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)快速讀取、查詢和驗(yàn)證。

3.基于智能化合約分權(quán)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)電子檔案隱私數(shù)據(jù)管理，結(jié)合用戶業(yè)務(wù)和檔案管理角色，聯(lián)動封裝內(nèi)部調(diào)用智能合約和外部調(diào)用合約，給檔案數(shù)據(jù)提供不同級別的保護(hù)，內(nèi)部調(diào)用合約不對合約外暴露接口，用于檔案隱私數(shù)據(jù)管理。

（二）電子檔案管理系統(tǒng)簡介

本系統(tǒng)建設(shè)擬采用B/S體系結(jié)構(gòu)，基于J2EE規(guī)范開發(fā)，采用SOA、WEB2.0技術(shù)、工作流、知識管理、互聯(lián)網(wǎng)等核心技術(shù)，同時采取多層安全技術(shù)認(rèn)證和安全管理機(jī)制，全面保障信息數(shù)據(jù)安全可靠。在應(yīng)用平臺方面既可支持Windows和Linux操作系統(tǒng)，也可支持Unix操作系統(tǒng)，來最大可能符合所有檔案管理設(shè)備，且兼容性較好，支持目前市場上IE8以上及各大主流的瀏覽器，支持HTTP、HTTPS、JMS、WebServices、TCP/IPSocket、SOAP、FTP、本地文件等傳輸協(xié)議。在適配性滿足的情況下，對檔案文件等數(shù)據(jù)信息以及訪問權(quán)限控制度高，確保檔案信息資源的安全可靠。

本系統(tǒng)檔案信息資源數(shù)據(jù)庫具備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)組織與管理、數(shù)據(jù)處理、查詢統(tǒng)計、數(shù)據(jù)更新、輸出等集中管理功能，便于各職能部門、業(yè)務(wù)系統(tǒng)跨平臺交流，提高檔案利用效率。支持TCP、HTTP、SSL及HTTPS多種傳輸協(xié)議。多措并舉保證檔案信息資源安全，一是對登錄系統(tǒng)用戶進(jìn)行身份鑒別。二是嚴(yán)格控制訪問權(quán)限。三是通過壓力測試確保系統(tǒng)具有一定抗攻擊性和訪問壓力。四是通過配置和應(yīng)用SSL證書來啟用HTTPS協(xié)議，保證互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩瑢?shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)、鑒別信息和重要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在通信過程中的完整性，防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中被篡改、竊取或破壞。五是分區(qū)存儲數(shù)據(jù)，嚴(yán)格管理數(shù)據(jù)庫密碼及權(quán)限，定期備份數(shù)據(jù)。

（三）電子檔案標(biāo)識碼生成算法

電子檔案標(biāo)識碼生成算法是實(shí)現(xiàn)檔案管理的基礎(chǔ)，需實(shí)現(xiàn)對電子檔案進(jìn)行唯一標(biāo)識碼編碼，初步定義標(biāo)識碼包括電子檔案的完整性校驗(yàn)值、校驗(yàn)算法和用戶信息、電子簽名和可信時間標(biāo)識等。包括將檔案信息上傳并存儲至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)；基于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，使用預(yù)設(shè)私鑰對所述檔案進(jìn)行加密得到數(shù)字簽名，根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則基于國密SM3和雪花算法，構(gòu)建高效鏈上電子檔案標(biāo)識碼。結(jié)合檔案管理應(yīng)用場景制定電子檔案標(biāo)識碼算法規(guī)則，標(biāo)識碼共有211bit組成，首先使用國密SM3算法對電子檔案進(jìn)行計算輸出128bit摘要值，基于雪花算法對初次上傳的電子檔案進(jìn)行分配相應(yīng)的56bit唯一標(biāo)識碼編碼，然后取當(dāng)前機(jī)器物理地址8bit，取可信授時服務(wù)器時間19bit（精確到納秒）。將此標(biāo)識碼寫入?yún)^(qū)塊鏈?zhǔn)澜鐮顟B(tài)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)在整個生命周期對檔案進(jìn)行反向追溯綁定。

將所述關(guān)鍵信息作為鍵，數(shù)字簽名作為與鍵對應(yīng)的值生成鍵值對，并將所述鍵值對上傳并存儲至所述區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，同時將所述關(guān)鍵信息與所述校驗(yàn)位順序連接生成所述唯一標(biāo)識碼。利用區(qū)塊鏈的去中心化、可信任特性，從根本上避免了唯一標(biāo)識碼在生成和校驗(yàn)過程中被篡改的可能性，從而確保檔案電子數(shù)據(jù)的可信度和真實(shí)性，提升檔案管理技術(shù)層面和業(yè)務(wù)層面的協(xié)調(diào)效率。

（四）智能化合約機(jī)制規(guī)范文檔管理模型

智能合約是區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中去中心化應(yīng)用程序，基于智能化合約分權(quán)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)電子檔案隱私數(shù)據(jù)管理。結(jié)合用戶業(yè)務(wù)和檔案管理角色聯(lián)動封裝內(nèi)部調(diào)用智能合約和外部調(diào)用合約，給檔案數(shù)據(jù)提供不同級別的保護(hù)。利用區(qū)塊鏈技術(shù)打通各檔案館，構(gòu)建安全有效的檔案共享渠道，實(shí)現(xiàn)多方參與，支持電子文檔的自動處置。系統(tǒng)的智能合約（又叫做鏈代碼）跟Peer節(jié)點(diǎn)主要通過gRPC通道來通信，運(yùn)行在虛擬機(jī)內(nèi)，鏈碼與Peer節(jié)點(diǎn)之間的交互過程（圖1）[9]。

智能合約可以根據(jù)檔案共享業(yè)務(wù)事先制定的規(guī)則保證交易的執(zhí)行，是在檔案管理業(yè)務(wù)鏈上產(chǎn)生并且編譯的軟件代碼，并由所有節(jié)點(diǎn)持有。根據(jù)合約自動執(zhí)行的特點(diǎn)，用戶部署在區(qū)塊鏈上的合約，是在虛擬機(jī)中執(zhí)行的，因此，無需第三方干預(yù)，具備安全性和可靠性的優(yōu)勢，電子檔案流轉(zhuǎn)的各個環(huán)節(jié)不再需要依賴中央網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸，完成共識操作，且具有可擴(kuò)展性。虛擬機(jī)，是智能合約代碼的執(zhí)行器，智能合約被編譯成二進(jìn)制文件后，被部署到區(qū)塊鏈上[10]。

電子檔案的獲取、歸檔、跨機(jī)構(gòu)調(diào)取均通過調(diào)用智能合約的Inrstance接口（節(jié)點(diǎn)調(diào)用EVM的接口）和Callback接口（EVM回調(diào)節(jié)點(diǎn)的接口），來觸發(fā)智能合約的執(zhí)行操作，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)共識后，會將記錄追加存入?yún)^(qū)塊鏈中，后續(xù)不可再更改（圖2）。

有檔案查詢需求不同業(yè)務(wù)端口通過和區(qū)塊鏈支撐平臺之間建立智能合約接口來實(shí)現(xiàn)檔案信息共享。依托智能合約接口可將相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)電子檔案的形成、修改、審核和提交等環(huán)節(jié)所形成的檔案上鏈。此外，還可用于將接收、檢測、利用和銷毀等電子檔案上鏈。區(qū)塊鏈支撐平臺包括平臺支撐服務(wù)、聯(lián)盟鏈、數(shù)據(jù)庫等部分，其中平臺支撐服務(wù)使用基于聯(lián)盟鏈的智能合約和數(shù)據(jù)庫所提供的服務(wù)，構(gòu)建身份管理、檔案保護(hù)、檔案驗(yàn)證等服務(wù)，為業(yè)務(wù)系統(tǒng)和電子檔案管理系統(tǒng)提供檔案真實(shí)性保障支持[11]，圖3為我們基于此技術(shù)獨(dú)立研發(fā)設(shè)計的電子檔案管理原型中部分改能展示。

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基金項(xiàng)目：河北省檔案科技項(xiàng)目“基于區(qū)塊鏈技術(shù)的檔案管理體系構(gòu)建”（2022-X-27）

作者單位：河北省科學(xué)院? 河北省科學(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)研究所? 河北省信息安全認(rèn)證技術(shù)創(chuàng)新中心