執法記錄儀區塊鏈存證系統

摘 要：針對當前執法記錄儀所面臨的數據唯一性難以保證和檢索不便等問題，利用自主研發的智能化執法記錄儀前端硬件，并結合以太坊智能合約技術，設計并實現了一套執法記錄儀區塊鏈存證系統。區塊鏈具有不可篡改、去中心化、公開透明等特性，能夠有效確保鏈上存儲數據的唯一性。該系統通過將執法視頻文件指紋數據上鏈，成功解決了傳統存證系統存在的視頻易被篡改、操作繁瑣等問題。同時，云端管理系統還提供了便捷的交互界面，保證了執法證據的真實性、完整性和統一性。

關鍵詞：執法記錄儀；區塊鏈；智能合約；存證系統；云平臺；可視化

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2025）05-00-04

0 引 言

執法記錄儀作為一種固定執法現場證據、記錄執法人員行為的單人設備，對于規范執法行為、完善執法程序、改進執法方式以及尊重并維護當事人與執法人員的合法權益有著重要作用。近年來，采用先進信息和電子技術的智能執法記錄儀已在多個行業內得到了廣泛應用。文獻[1]探討了執法記錄儀在交警執勤執法中的應用現狀以及存在的問題，并對產品形態的優化和智能算法的引入提出了設想。文獻[2]將執法記錄儀引入海事督查領域，通過將執法儀前端采集的數據與云端大數據信息平臺進行整合，顯著提升了海事執法的信息化和智能化水平，實現了執法資源的可視化與電子證據的全流程記錄。文獻[3]針對執法記錄儀應用于消防執法領域時存在的不足，提出運用過程規范機制。文獻[4]從公安指揮調度系統業務出發，提出了執法記錄儀的功能需求，展望了執法記錄儀技術的發展趨勢。

現有執法記錄儀存證系統存在諸多缺陷[5]，如視頻易被篡改、證據效力存疑、檢索困難、操作繁瑣等。這些問題不僅影響了數據的質量和真實性，還因相關法律法規的不完善而進一步削弱了執法記錄儀所存數據的法律效力。因此，必須借助技術手段來加強存證的安全性，確保數據的可用性、完整性與可靠性。

區塊鏈技術的出現成功解決了傳統數據存儲系統存在的中心化、不公開、不透明的問題。區塊鏈底層采用分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制和加密算法等先進技術[6]，使得鏈上數據具有不可篡改、公開透明和永久保存的特性。這些數據分布在各個節點中，不會因為某一節點故障而導致數據丟失，實現了安全可靠的數據存取。文獻[7]利用Hyperledger fabric 智能合約將多維農業物聯網數據進行鏈上存儲，設計了一種農產品可信溯源系統。文獻[8]依據蜂蜜溯源標準構建了生產鏈、加工鏈、運輸鏈和銷售鏈系統，同時使用分層存儲策略，有效解決了信息上鏈及溯源效率較低的問題。文獻[9]研究了基于聯盟體鏈的數字文憑共享方案的隱私保護和認證問題，構建了一種安全的數字文憑共享方案。

針對當前執法記錄儀在數據唯一性和檢索便捷性方面存在的問題，本文采用以太坊智能合約技術，設計了一種去中心化、安全可信且可維護的執法記錄儀區塊鏈信息存證系統，同時還實現了云端管理系統，為鏈上視頻等電子證據提供了可視化和便捷的管理功能。

1 系統總體設計

本文設計的執法記錄儀及存證系統的總體框架如圖1所示。

執法記錄儀硬件系統采用樹莓派（Raspberry Pi）4B作為主控模塊，搭建了集雙目SH200攝像頭模塊、帶觸屏功能的7英寸LCD液晶屏、MicroSD儲存卡、GPS和5G于一體的硬件平臺。

主控模塊通過USB與雙目SH200攝像頭相連接，并將視頻文件壓縮后存儲到MicroSD卡內。GPS和5G模塊用于獲得視頻拍攝的時間和GPS經緯度定位信息，用于完善視頻采集的時空背景信息，同時該模塊還能與OneNET物聯網平臺無線連接，可以將視頻文件的GPS信息上傳到物聯網平臺，并在物聯網平臺上進行定位。

主控模塊還會對視頻文件數據和輔助數據進行Hash值計算，以獲得視頻數據的最終指紋信息。物聯網Web端管理系統和基于以太坊的區塊鏈系統將文件指紋信息的Hash值進行上鏈存儲。對于視頻文件的原始數據，系統則根據實際需求選擇實時或延后上傳，以減輕現場通信帶寬的壓力。

2 軟件系統總體設計

執法記錄儀軟件系統總體設計框架如圖2所示。

軟件系統包含硬件模塊控制、無線通信、區塊鏈智能合約、網頁交互等方面，涵蓋了執法記錄儀視頻生成、證據校驗、區塊鏈存儲、后臺管理的全面應用場景，通過三個子系統的緊密協作，實現了功能的完整性與高效性。

執法記錄儀區塊鏈軟件系統由物聯網視頻記錄系統、區塊鏈云端存證系統、網站云端管理系統組成。其中，區塊鏈云端存證系統作為核心功能模塊，與前端記錄系統、后端管理系統實現雙線交互、實時合作、相互調度。物聯網視頻記錄系統將執法儀錄制的視頻數據及附加時空信息后的視頻文件指紋信息通過無線模塊傳輸至物聯網平臺；區塊鏈云端存證系統是整個系統的安全保障核心，將物聯網平臺的視頻指紋信息通過云端的智能合約存儲到區塊鏈上，確保執法儀視頻數據的法律效力；網站云端管理系統是可視化的交互管理平臺，在提供視頻數據的瀏覽、檢索功能的同時，還進一步支持用戶進行認證與授權等管理操作。

執法記錄儀軟件系統功能架構如圖3所示。本系統通過“視頻上鏈—鏈上存證—證據瀏覽”的業務流程，構建了真實可靠的層級信任關系，提供了有效可信的完整證據鏈條[10]。執法機構可根據實際情況，以基層所隊等為單位，配置區塊鏈全節點。執法記錄儀在取證后立即將視頻指紋發送至對應全節點，由該節點將數據發布至整個區塊鏈網絡，并通過共識算法確認上鏈。云端管理系統則負責對執法儀的合法身份進行認證，并提供圖形化界面，用于鏈上數據的統計、信息展示以及數據下載等服務。

2.1 區塊鏈存證系統

區塊鏈存證系統依托于云端部署的以太坊聯盟鏈。聯盟鏈針對特定節點、特定成員，通過指定多個預選節點作為記賬人，來決定每個區塊的生成，而非依賴全網決定，這一機制有效減少了計算資源的無謂消耗[11]。

以太坊是一個具有智能合約功能的公共區塊鏈平臺，是本存證系統的基石。本文建立由云端服務器組成的分布式網絡，并利用Docker容器運行以太坊網絡節點，作為區塊鏈存證系統的底層架構。使用Docker Swarm集群可以快速部署大量的運行Geth以太坊客戶端的虛擬容器節點，不僅簡化了繁瑣的架構工程并降低了成本損耗，還提供了高可用性和便捷的遷移能力。借助以太坊的聯盟鏈，存證系統實現了“部分去中心化”，使得區塊鏈僅由部分值得信任的參與者所操作，適應了本系統使用對象的特定性，避免了來自未知對象的攻擊行為。

智能合約是位于以太坊區塊鏈特定地址下的一系列代碼和數據，其可以根據規則將視頻文件的指紋信息數據添加至區塊鏈。本系統使用Solidity語言編寫智能合約，提供專門的接口，用于將視頻文件指紋信息安全地存儲在區塊鏈上，從而構建一個防篡改的安全機制。指紋生成主要代碼如下：

2.2 網站云端管理系統

網站云端管理系統用于瀏覽、檢索區塊鏈上的視頻存證數據，并集成了用戶認證與授權的管理功能。網頁的前端設計采用Vue語言的element-ui庫。Vue是一個使用 JavaScript 構建用戶界面的漸進式框架，具有高效原生渲染的能力。element-ui是Vue的反應式和可組合的視圖組件庫，能夠通過精美的界面樣式和流暢的交互動態效果，為用戶帶來簡潔直觀的操作體驗。云端管理系統首頁如圖4所示。

網站的后臺使用基于Python語言的Django Web框架。Django遵循MVC架構，即“模型—視圖—控制器”設計模式，具有開發高效、部署便捷、可重用性高及維護成本低等優點。

Vue與Django的組合非常適合實時應用程序，具有高度的可拓展性，相較于傳統的Web服務，更加適應移動端的生態體系。基于類的視圖和強大的ORM，可以方便地對數據庫需求進行建模，能夠快速進行網頁數據庫和區塊鏈的交互，完成區塊鏈數據讀取的操作。

在視頻管理方面，用戶可以自由瀏覽區塊鏈上的視頻文件指紋信息。系統通過Python的Web3庫與智能合約建立連接，讀取以太坊區塊鏈中的視頻文件指紋信息，并將這些信息寫入網頁后臺的SQLite數據庫，實現單向同步。本質上，用戶在網站云端管理系統中看到的僅是區塊鏈數據庫的視圖展示，無法對區塊鏈數據進行修改或刪除。云端管理系統視頻管理頁面如圖5所示。

3 結 語

本文設計并實現了一套執法儀區塊鏈存證系統。該系統利用以太坊區塊鏈確保證據的安全和可信，通過智能合約實現執法視頻數據的指紋生成和實時自動上鏈。在視頻數據上傳方面，系統充分利用空閑通信帶寬，將視頻數據上傳至云端。此外，本文還開發了一個網站云端管理系統，以增強系統交互的簡潔性和便捷性，提升存證系統的智能化水平。下一步將對視頻傳輸流程和對應接口進一步優化，以提高系統的效率和流暢度。

注：本文通訊作者為高谷剛。

參考文獻

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