基于區塊鏈政務信息資源共享系統的設計

張大勇

摘要： 目前，電子政務存在著跨部門信息協同一致難和相互信任難的核心問題。傳統的數據中心模式和點對點模式都存在缺陷。區塊鏈是一種分布式賬本技術，具有去中心化、可溯源、不可篡改性、集體維護性的特點。該文旨在將區塊鏈技術與政務信息相結合，探討出一種新型的電子政務共享信息系統，用以解決當前電子政務信息共享的難題。

關鍵詞：區塊鏈技術；信息共享；去中心化應用

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）28-0037-03

1 引言

隨著信息化的發展，電子政務已經是一個國家經濟發展和產業升級的重要標志。電子政務中的信息資源共享是其中的主要內容。它的宗旨要求政府以服務對象為中心，實現各級各類政府跨部門，跨領域，跨平臺之間完整及時的信息流轉和業務的協同共享。政府基礎信息是政府信息資源的重要組成部分，是政府信息資源共享和應用的核心內容，對跨部門業務協作和跨部門服務協同起關鍵支撐作用，具有基礎性、基準性、標示性、開放性、完整性、穩定性等特征，包括人口、法人、地理空間、宏觀經濟、社會信用、自然環境等信息內容。長期以來，由于信息技術的限制、政府共享機制不健全，存在著跨部門之間難合作，信息共享范圍小、效率低、業務協同困難等問題。因此需要一種更合理的運行模式來解決這些問題。

近年來，區塊鏈成為技術創新的熱詞。應用區塊鏈技術構建去中心化應用受到了越來越多的關注。國際貨幣基金組織再首份數字貨幣報告中指出，區塊鏈具有改變金融的潛力；英國政府發行的《分布式賬本技術：超越區塊鏈》提出，將優先再傳統金融行業應用區塊鏈技術。5月20日我國發布的《2018中國區塊鏈產業白皮書》，顯示我國區塊鏈產業生態初步形成，將成為“數字中國”建設的重要支撐。

本文基于區塊鏈技術提出了一種去中心化的政府信息共享系統的設計方案。其結構如下：首先闡述政府信息資源共享的理論背景、實踐模式及存在的問題，其次介紹區塊鏈技術的內涵、特征和類型，然后設計了一種基于區塊鏈技術的政務信息資源系統，最后對本文進行總結。

2 政務信息資源共享的研究

隨著電子政務的不斷發展，大部分政府都擁有自己獨立的信息系統，但是部門間數據庫重復建設現象嚴重，大量信息資源散落于各個部門系統中，互不連通，因此形成了大量的“信息孤島”。在信息資源共享具體實踐中，有兩種交換模式：一種是點對點的信息共享模式，一種是信息資源管理中心的信息共享與交換模式。

這兩種模式各有不同的特征和優缺點，也有各自適用的場景。但是業務復雜性的增加，政府部門條塊分割，信息共享的安全性等問題，使得以上兩種模式都不能有效解決當前的業務問題。因此，建立政務信息資源共享體系，實現可靠性高、快速、擴展性強、安全性強、大容量的政務信息資源交換共享，滿足多部門、多領域、多業務及多數據結構的政務信息共享已經成為一項非常急迫的工作，也是促進“互聯網+政務服務”的重要基礎。

3 區塊鏈的介紹

區塊鏈本質上是一個去中心化的數據庫，是一連串使用密碼學方法產生相關聯的數據塊，每一個數據塊中包含了一段實踐內全網交易的信息，用于驗證其信息的有效性（防偽）和生成下一個區塊。所以說區塊鏈是以去中心化和去信任的方式，來集體維護一個可靠數據庫的技術方案。區塊鏈中的每一個區塊的結構如圖1所示。

區塊鏈系統由自上而下的數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層和應用層組成。數據層封裝了底層數據區塊的鏈式結構，以及相關的非對稱公私鑰數據加密技術和時間戳技術，是整個區塊鏈技術中最底層的數據機構。網絡層包括分布式組網機制，數據傳播機制和數據驗證機制等。因為采用了完全P2P的組網技術，所以區塊鏈是具有自動組網功能的。共識層主要封裝網絡節點的各類共識機制算法。共識機制算法是區塊鏈技術的核心技術。激勵層將經濟因素集成到區塊鏈技術體系中，主要包括經濟激勵的發行機制和分配機制等，該層主要出現在公有鏈中。合約層主要封裝各類腳本，算法和智能合約，是區塊鏈可編程性的基礎。應用層則封裝了區塊鏈的各種應用場景和案例。其中數據層，網絡層，和共識層是構建區塊鏈應用的必要因素，否則不能稱為真正意義上的區塊鏈。而激勵層，合約層和應用層則不是每個區塊鏈應用的必要因素。

區塊鏈的類型可以分為公有鏈，私有鏈和聯盟鏈。所謂公有鏈，是指全世界任何人都可以在任何時候加入，任意讀取數據，任何人都能發送交易能獲得有效確認，任何人都能參與其中共識過程的區塊鏈。私有鏈是指其寫入權限由某個組織和機構控制的區塊鏈。讀取權限或者對外開放，或者被進行了任意程度的限制。聯盟鏈是指其共識過程受到預選節點控制的區塊鏈。本文采用了作為系統設計。

區塊鏈具有可溯源，不可篡改，去中心化，高度安全等特點，能有效解決當前政務信息資源共享中存在的問題。

4 基于區塊鏈的系統搭建

4.1 系統的概念模型

我國政府的組織機構可以分為“條條”部門和“塊塊部門”。“條條”部門指的是具有上下級關系的職能部門，“塊塊”部門指的是每一級地方政府內部按照管理內容劃分的不同機構或部門。政府信息資源共享需要打破條塊分割的信息壁壘，實現信息在各個部門之間的流通。圖2是基于區塊鏈電子政務信息資源共享的概念框架，組織機構之間通過節點互相連接，通過共識機制和智能合約自動實現數據的存儲和更新。

4.2 系統的平臺設計

本文以區塊鏈為底層技術，鏈接政府的各個職能部門，構建去中心化的電子政務信息資源共享平臺，促進信息流在各個節點的流通，提高各環節信息的透明度，建立互信高效的信息生態系統。

在系統中，采用聯盟鏈這種類型。聯盟鏈中的節點并不完全平等，只有按照規則篩選過的部分節點才能獲得驗證新區塊及記賬的權利，參與鏈上的共識機制。相比較公有鏈和私有鏈來講，聯盟鏈的適用范圍更廣，它結合了公有鏈的完全開放和私有鏈的高度集中，聯盟內部首先指定多個預選節點和記賬人，每個區塊的生成是由所有的預選節點共同決定的，其他節點只能接入區塊鏈負責交易，可以通過接口進行查詢，但不參與共識過程。圖3是系統的基于以太坊的去中心化應用架構，以太坊是一種區塊鏈的實現，可以在上面進行區塊鏈程序的開發。

以太坊區塊鏈不僅存儲數據和代碼，每個節點中還包含一個虛擬機（EVM：Ethereum Virtual Machine）來執行合約代碼。為了便于構建基于web的DApp，我們使用以太坊還提供的一個非常方便的JavaScript庫web3.js，它封裝了以太坊節點的API 協議，使開發者可以輕松地連接到區塊鏈節點而不必編寫煩瑣的RPC（遠程過程調用協議）協議包。我們可以在常用的JS框架 （比如 reactjs、angularjs 等）中直接引入該庫來構建去中心化應用。

基于區塊鏈的電子政務信息資源共享流程可分為如下五步：

1）生成智能合約

政府業務中心部門參與到區塊鏈，每個部門都有一對公鑰和私鑰，保障其在區塊鏈內的權限。各部門共同商定一份承諾，規定了雙方的權利和義務，然后承諾進行編程，各部門使用各自的私鑰簽名以確保合約的有效性。在各部門共同認可后，選擇某部門作為區塊鏈的共識節點，由它代為執行把智能合約傳入區塊鏈網絡中。

2）共享業務創建

當某個組織進行業務處理時，如信息增刪，首先核實身份、信用狀況等信息，之后用私鑰進行數字簽名，制成共享表單并記賬，再向其他機構發起查詢請求進行核實，最后通過P2P網絡擴散到整個區塊鏈上的相關業務機構。

3）共享表單驗證

當共享表單傳播至全網，每個機構都將收到的表單暫時緩存到區塊中。只要有一個部門查詢到以前該信息的共享表單，就把所有加蓋時間戳的該區塊記錄的表單傳播給全網，并由全網其他機構核對，最后生成共享總表單。

4）共享表單反饋

在通過節點上的組織機構驗證信息后，通過數字簽名反饋給請求機構，對已有信息進行提醒，避免重錄信息，反饋殘缺信息，揭發有誤信息，從而使請求部門做出合理的決策。

5）共享總表單備份

區塊鏈節點上的各個政府組織機構對共享表單進行簽名后，并且通過P2P傳播驗證，匯成共享總表單，通過共識節點上傳至區塊鏈，然后區塊鏈通過智能合約進行備份且不可篡改，可以安全可靠地方便下次共享的需要。

4.3 基于區塊鏈電子政務信息資源共享系統的特征

基于區塊鏈電子政務信息資源共享系統的特征有如下幾個特征：

1）安全性高

由于是去中心化的應用，單個節點出現故障或受到攻擊并不會使整個系統受到影響。賬本記錄無法被摧毀。

2）信用性好

阻礙政府間信息共享一個比較大的因素就是信用問題。由于缺乏信任，業務協同共享難，信息共享效率低。由于區塊鏈上的區塊記錄了整個鏈上的數據記錄，具有可溯源性，消除了信息不對稱性，提高各部門的信任度。因此從整體上降低了系統的信任風險。

3）可拓展性好

其他部門可通過加入區塊鏈擴大信息共享范圍，提高信息利用率。

5 總結

隨著電子政務的快速發展，業務的復雜性越來越高。傳統的電子政務信息共享模式無法滿足現有的需求。本文針對傳統電子政務信息資源共享中信任度低，信息交互不及時等痛點，結合區塊鏈技術的核心優勢，提出了基于區塊鏈電子政務信息資源共享系統的設計，解決了當前信息共享存在一些難題。然而在實際應用中，還需結合具體的實際情況面臨更復雜的問題。但是隨著區塊鏈技術不斷成熟，區塊鏈在電子政務信息資源共享方面將發揮更大的作用。

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