區塊聯盟鏈視角下產學研信息平臺框架構建研究

崔金棟 王勝文

關鍵詞：區塊聯盟鏈;產學研聯盟;信息平臺;應用場景

隨著網絡技術的快速發展，產學研聯盟對數據信息的時效性要求較高，傳統信息平臺已不能滿足產學研聯盟信息化發展的需求。因此產學研聯盟內部亟待建立全新的信息發布交流平臺，為產學研聯盟提供更加安全高效的互動媒介，促進產學研內部多方主體的信息交流。目前區塊鏈技術已經成為推動新一輪信息產業革命的發動機.將該技術應用到產學研信息平臺的框架構建中.能夠有效地保障產學研聯盟數據備份與信息傳播，加強各主體之間的溝通交流，解決內部數據信息的安全性和保密性等問題。

1國內外研究綜述

產學研聯盟（Industry-University-Research In.stitute Alliance，IURA）被視為推動科技發展的主要動力。Raial0 S等通過調查發現盡管國家對校企協作的關注度日益密切，但對參與者實際的綜合水平、科研能力知之甚少。Noble D等提出在校企簽署合作協議前.合作方要對彼此的協作能力進行綜合評估，以確保產學研聯盟的運轉質量。Bellini E等認為知識轉化和協同創新在產學研合作中起到重要的媒介作用，企業創新能力的提升得益于產學研聯盟合作。通過研究了印度企業、大學與政府的關系，Rupika等發現政府的積極參與有助于產學研合作的發展。Fischer B B等以巴西為研究對象，從不同維度分析了校企協作與科技創新的關系，認為發展中國家為了提高本國創新效率更應該加強產學研合作。通過調查產學研聯盟內部信息傳播的時效性，Raialo s等發現數據信息能否在參與方之間無障礙地傳播成為產學研聯盟順利開展合作的重要因素。Estrada I等通過調查發現外部環境變化會影響產學研合作的契合度，而聯盟內部信息能否公開透明和實時更新是產學研合作高效進行的重要因素之一。Wang Q等發現通過建立產學研信息平臺，可以打破合作方信息壁壘、解決信息不對稱等問題，進一步提高產學研聯盟合作效率。

區塊鏈概念由日本學者Satoshi Nakamoto在介紹比特幣時首次提出。區塊鏈不同于比特幣，它利用分布式數字處理技術將有效數據封裝在區塊中形成鏈式結構，且區塊網絡節點可以自動對鏈式結構數據進行公開審計和獨立驗證，不需要人工干預。Beck R將區塊鏈看作是大數據賬本（Hyperledger），深度剖析了區塊鏈技術的去中心化（Decentralization）、集體維護（CollectivelyMaintain）、點對點傳輸（Peer to Peer Transmis.sion）等特點。由于每個區塊節點都加蓋有時間戳.Eyal I認為區塊鏈技術能有效避免數據被非法篡改，“去信任化”可以解決公司或個人在線上交易或遠程結算中的信用問題。通過研究區塊鏈架構分布式及扁平化的特性，Sharma V等提出了一種新型運作模式“在不影響網絡布局的情況下，以更少的能耗滿足分布式區塊的安全需求”。Peck M E等發現區塊鏈技術不僅可以應用到貨幣交易領域，還可以在教育、能源等行業進行推廣，增強行業數據信息的安全性。Qinghua Lu等提倡將區塊鏈技術應用至產品生產管理平臺中.以便利用區塊鏈的信息可追溯性查詢商品的生產加工過程。區塊鏈技術打破了互聯網平臺和手機應用程序的壁壘，促進了社交媒介平臺的協同發展。Kshetri剖析了區塊鏈技術在加強網絡平臺安全和隱私方面的作用.探討了如何利用該技術有針對性的修補網絡信息平臺的安全漏洞。

傳統的產學研管理系統數據庫維度有限，未能建立起歷史數據信息鏈，致使信息存儲性和可追溯性較弱，產學研數據的安全也得不到保障。區塊鏈技術具有分布式存儲、安全性強、方便追溯等優勢，適用于產學研聯盟的“合同契約簽訂、企業資信證明、學生檔案備份、科研經費管理、研究成果及利潤分配、工作站建設”。依托區塊鏈技術對產學研信息平臺進行全新構建，使之形成數據信息自由共享、協同共治的局面，實現區塊鏈視角下產學研信息平臺框架構建研究的可落地性。

2區塊鏈產學研信息平臺的需求分析

2.1區塊鏈技術下產學研聯盟信息平臺優勢

傳統的產學研信息平臺是中心化存儲體系.限制了數據信息的傳播和共享;聯盟成員為謀求私利可能會將虛假數據錄入平臺.致使信息真實性難以確認。利用區塊鏈技術建立全新的信息管理平臺，可以簡化數據存儲流程、提高產學研信息利用率;通過記錄駐站人員的行為信息，建立完善的信用生態體系。同時區塊鏈技術可為學術成果加蓋時間戳，以防止知識產權受到侵犯，當糾紛發生時信息平臺提可供權威的舉證憑據。區塊鏈產學研信息平臺的技術特征，如圖1所示。

2.2區塊鏈技術的類型選擇

區塊鏈技術按照準人機制可以分為3類：公有鏈（Public Blockchain）、專有鏈（Pfivme Block.chain）和聯盟鏈（Consortium Blockchain）。公有鏈是對全網開放，任何人都可以訪問;專有鏈是一種私人控制的網絡結構，去中心化、分布式存儲的特征不明顯，只能算作是廣義的區塊鏈;聯盟鏈保留了部分中心化控制的功能，數據信息處理功能與可拓展性較強，可針對公司要求進行網絡框架搭建，可以自定義聯盟鏈節點的訪問權限。聯盟鏈運營成本低、數據存儲傳輸安全性高、具有較強的信息追溯性，非常適合于產學研信息平臺的框架搭建。表1為3類區塊鏈的特征屬性。

2.3產學研信息平臺的建設參與主體

區塊聯盟鏈產學研信息平臺作為增強科研能力、提高人才質量的抓手，需要產學研聯盟參與者及政府部門、運維公司共同建設，構建三螺旋式（Triple Helix）的產學研信息平臺，增強產學研平臺的運行效率，實現數據信息安全共享。

1）產學研聯盟既是信息平臺建設者也是平臺的服務對象。聯盟主體將數據信息上傳至平臺中并進行分布式存儲。系統參與成員可以根據訪問權限對平臺進行登陸訪問、信息查詢，為產學研聯盟的運行發展提供真實可靠的數據支持。同時區塊鏈信息平臺可以幫助產學研聯盟實現智能監管，在不確定的情況下構建全新信息管控生態體系。

2）政府機構在產學研信息平臺的運轉中扮演著重要角色。傳統監管體系無法對產學研聯盟情況及時掌握，導致政府監管的效率低、成本高。若通過聯盟鏈技術將知識產權局、工商局的管理系統接入產學研信息平臺，開放特定的信息查詢權限，政府部門便可依托智能合約將監督規范錄入聯盟信息平臺提升對產學研聯盟的管理能力，實現取證可靠、問責有效。

3）專業維護公司負責產學研信息平臺的日常運維工作。產學研聯盟應聘請專業的區塊鏈技術運維公司（如IBM、Alphabet）對信息平臺進行日常維護和系統配置，但為了防止產學研聯盟數據信息的泄露，運維公司沒有數據信息的訪問權限。

3聯盟鏈產學研信息平臺的框架構建

區塊鏈視角下產學研信息平臺架構主要分為四層，具體框架構成如圖2所示。數據層產學研信息平臺的基礎模塊和必要層級：傳輸層和共識層是產學研信息平臺的核心模塊.是平臺運行的重要保障;合約層是產學研信息平臺的交互模塊，平臺編程算法在該層運行。

3.1產學研信息平臺的數據層

產學研信息平臺的數據層主要功能是對產學研聯盟多類基礎信息進行預處理，包括聯盟合作方資質、契約合同簽訂、工作站建設規劃等信息。數據區塊（Data Block）由區塊頭和區塊主體構成，具體結構如圖3所示。區塊頭包含識別號、區塊容量、時間戳、Merkle樹根等產學研區塊信息，區塊主體包括數據信息種類、哈希值、密文密鑰、鎖定時間等信息。

聯盟鏈產學研信息平臺借助非對稱加密技術（Asymmetric Cryptographic Algorithm）生成區塊的公鑰（Public Key）、私鑰（Private Key）和密文，以此來完成信息加密、數字認證等功能。產學研信息在區塊鏈節點中傳輸，發送方借助接收方的公鑰對數據進行非對稱加密.并將密文和私鑰封裝后發送至接收方，接收方通過私鑰將密文破解成明文后進行數據存儲，存儲結束后進行下一輪數據廣播。

產學研信息按區塊封裝的時間順序依次鏈接到區塊鏈上，并將時間戳（Timestamp）標記在區塊頭中。時間戳實現了區塊信息的可追溯性，為產學研聯盟的合同簽訂、產權注冊等對時間記錄精確度較高的應用提供了安全保障。

3.2產學研信息平臺的傳輸層

產學研聯盟信息平臺的傳輸層為點對點范式網絡（Peer to Peer Network，P2P Network），依托聯盟鏈的部分去中心化功能對產學研信息進行分布式存儲，傳輸層內部封裝了維護人員設定好的網絡路由協議、數據傳播模式和信息認證機制，確保多數區塊鏈節點可以參與到信息驗證及數據記賬的過程中.區塊信息通過網絡節點的校驗后才能鏈接至區塊鏈。若產學研信息平臺的區塊節點鏈接或挖掘到新的信息協議并且不能與原始版本匹配，前區塊就會認為新鏈接的信息或協議是不合法的.會造成區塊主鏈分叉，后續的區塊經過計算會鏈接到合法的區塊節點上，從而解決區塊鏈分叉的問題。

由于產學研信息平臺的傳輸層采用點對點網絡進行信息數據傳輸，所以傳輸層中每個節點地位平等且以扁平式拓撲結構進行數據交互，其特點是“部分去中心化、P2P傳輸、分布式存儲”，任意節點不依賴于其他節點就可以對產學研聯盟信息進行認證與分析，如圖4所示。

3.3產學研信息平臺的共識層

區塊鏈技術的共識層封裝了產學研信息平臺的所有共識機制（Consensus Mechanism），是實現產學研信息存儲去中心化、網絡區塊不被惡意攻擊的關鍵所在。共識機制高效地解決了產學研信息平臺分布式節點的相互信任問題.使分布式節點在最短時間內達成共識完成數據更新。共識層封裝了工作量證明（Proof 0f Work，PoW）、權益證明（Proof0f Stake，PoS）、授權股份證明（Delegated Proof 0fStake，DPoS）、實用拜占庭容錯（Practical Byzan.tine Fault Tolerance，PBFT）、授權拜占庭容錯（Delegated Byzantine Fault Tolerance，DBFT）等多種區塊鏈共識機制.頻率使用較高的共識機制如表2所示。

3.4產學研信息平臺的合約層

產學研信息平臺的合約層封裝了區塊鏈技術的各類算法機制（Algorithm Mechanism）及腳本代碼（Script Code），通過排列組合衍生出更加復雜的智能合約（Smart Contract）。產學研信息平臺的維護人員將智能合約依托計算機編程內嵌至合約層，使得整個區塊鏈平臺能夠主動傳輸和處理產學研聯盟的數據信息，以維持產學研信息平臺的功能正常運行。

智能合約具有自我管理、自動執行的特點，當產學研信息平臺在進行數據信息處理時，信息系統按照事先設定的程序編碼自動觸發運行，啟動運行后不受任何人為或外界影響的干預，也無法對智能合約進行篡改，保障了產學研信息平臺運行結果的真實性。在區塊鏈平臺搭建初期，技術人員要預先擬定好智能合約的內容和執行合約的激活條件，并以腳本代碼的形式內嵌至產學研信息平臺中。當產學研信息平臺運行時，各類合作信息數據代碼附著在區塊上，通過區塊網絡對所有節點進行廣播，智能合約滿足觸發條件后便立即自動激活合約命令并對代碼進行實時監測，完成對產學研信息的更新與存檔。

4區塊聯盟鏈產學研信息平臺運行機理與系統動力

4.1聯盟鏈視角下產學研信息平臺運行機理

區塊鏈技術下產學研信息平臺的運行機理主要分為3個步驟，分別是產學研信息平臺的信息數據加密、信息數據傳輸以及信息數據維護。產學研信息平臺運行機理如圖5所示。

1）產學研信息加密。聯盟工作人員要將產學研合作中知識轉移、技術轉讓、專利創造等信息及時錄入到產學研信息平臺中，錄入的信息在區塊鏈網絡節點中進行數據加密處理，不同的網絡節點處將所掌握的信息類型、核心內容、簽訂時間、參與人員進行統計歸納后記錄至信息平臺。分布式節點接收到產學研聯盟的信息后，將信息數據通過非對稱加密技術與哈希算法生成密文和密鑰.并將一段時間內接收到的密鑰指令、信息代碼、地址來源線性封裝進一個帶有時間戳的區塊內.鏈接到當前最長的主鏈條上。哈希函數（Hash Function）是區塊鏈非對稱加密技術的關鍵所在，各類信息在哈希算法的處理下壓縮至特定長度的字符串，在消除數據過度冗余同時也保證了產學研信息的真實性與完整性。

2）產學研信息傳輸。當區塊信息進入傳輸網絡時，產學研信息平臺將新產生的數據信息向全網節點進行點對點交互式傳輸。以區塊1嘗試將數據傳播到區塊2為例（如圖6所示），區塊1向區塊2提供私鑰和產學研信息哈希值（此時區塊1已經通過了全網節點共識機制的驗證），區塊2的公鑰鏈接到區塊1中的數據信息后通過哈希算法得到新的哈希值，再通過所有者1的私鑰進行加密，形成的密文作為數字簽名在產學研信息平臺中繼續廣播。其他節點在接收到產學研數據信息后將信息存儲在某個區塊中，區塊中的信息通過節點共識機制認證繼續向整個網絡廣播。只有區塊中所包含的產學研信息有效且從未出現過，其他節點才認同該區塊的有效性，并進行新一輪數據廣播以延長鏈條長度.被接受區塊的隨即哈希值被視為新區塊的隨機哈希值。

3）產學研信息維護。在傳統的數據信息維護過程中，存儲系統可能會遭受到惡意篡改和攻擊，但是區塊聯盟鏈技術下這種威脅會大大降低。產學研數據信息由區塊鏈網絡平臺中預先設置的節點對其進行集體維護，每個節點的地位和功能是相同的，任意一個節點被攻擊、被劫持不會影響整個網絡系統對產學研數據的信息維護。當智能合約達到觸發條件運行時，就不再受任何外界因素的干擾，若產學研合作信息得到產過半數以上的區塊認同時，數據可以被不可逆地存儲在信息平臺中。若不法分子企圖篡改產學研平臺上數據信息，就要同時攻擊超過總數51%的區塊節點（51%Attack），但就當前的破解技術與計算能力而言.很難實現在不被察覺的情況下對產學研信息平臺發起51%攻擊，區塊鏈技術完全能夠保障產學研信息平臺中的數據不會因技術原因而篡改。

4.2區塊聯盟鏈視角下產學研信息平臺運行動力

區塊聯盟鏈產學研信息平臺的運行動力可以分為內部動力和外部動力，兩種系統動力協調配合推動了產學研信息平臺的平穩運行，使產學研聯盟形成持續、緊密、穩定的合作關系。內部動力來源于產學研聯盟內部，通過區塊鏈技術等科技創新來驅動、刺激產學研信息平臺的高效運行;外部動力主要存在產學研聯盟之外，通過政策支持、市場需求和行業競爭來促進、引導到產學研信息平臺的平穩發展。

區塊鏈產學研信息平臺運行動力系統由公司企業、高等院校、科研機構、政府部門4個動力子系統構成。圖7為區塊鏈技術下產學研信息平臺運行動力流圖，其中有5個水平變量、10個速率變量、5個常量和25個輔助變量。企業動力子系統是保障產學研信息平臺穩定運行最重要的動力來源，企業是價值創造的主體，也是產學研協同合作中最重要的組成部分，企業的信息傳導速度、經濟效益、科研投入、員工素質會直接影響到產學研合作及信息平臺運行狀況：高校和科研機構的綜合科研實力、成果轉化率及技術創新能力同樣也影響著產學研信息平臺的運行：此外政府支持和市場需求也影響著產學研信息平臺運行。

5區塊聯盟鏈產學研信息平臺的應用場景及發展建議

5.1聯盟鏈產學研信息平臺的應用場景

1）智力成果與知識產權保護。智力成果主要包括學術論文及專利軟著。傳統信息系統保密機制較差，實驗成果或科研數據容易外泄導致學術糾紛。知識產權人可以將智力成果、非正式發表數據及觀點創意錄入產學研信息平臺.依托數據加密和加蓋時間戳來確保知識產權的唯一性和可追溯性，這樣可以完整記錄學術成果創作及轉讓的全過程，保證知識產權不受侵害。

2）資信存證及信用體系建立。聯盟鏈產學研信息平臺可實現資信證明存檔，規避虛假信息傳播，建立完備的聯盟信用體系。管理人員可依托區塊鏈技術創建和頒發數字證書，以便合作方之間的信息認證與資格審查。在資信存檔過程中，聯盟鏈信息平臺建立含有產學研信息的電子證書借助私鑰對內容進行加密.添加數字簽名和時間戳.保證用戶信息和電子證書內容的安全性。

3）合同契約與文件檔案認證。在進行合同文檔查詢時，產學研信息平臺的智能合約會自動觸發多重簽名對查詢人身份進行確認.保證契約文檔內容不會被盜用。身份確認后，查詢人借助聯盟鏈上初始錄入的哈希值驗證合同文檔的內容是否真實，利用聯盟鏈不易篡改、追溯性強的特點實現對產學研數據信息查詢進行安全快捷的認證。

4）產學研研究生工作站建設。聯盟鏈產學研信息平臺可使各部門跨組織、跨機構進行協同合作，可以打破聯盟內部信息壁壘，并實現科研方向與市場需求保持一致。聯盟鏈信息平臺既可作為研究生工作站的協同辦公系統，負責站內監督考核、決策管理.同時還可整合優質學習資源.使精品研資料在站內共享，逐步實現信息平臺、管理平臺和資源平臺的融合互聯。

5.2聯盟鏈產學研信息平臺的發展建議

目前區塊鏈技術尚處于起步階段，主要應用在貨幣交易結算等金融領域。相比貨幣交易，產學研合作的參與方較多、面臨的問題也更為復雜，聯盟鏈技術在產學研信息平臺中的應用將面臨諸多挑戰。

1）平臺推廣難度大。區塊鏈技術目前沒有統一的應用標準，將其應用在產學研信息平臺的實際案例較少，缺乏推廣動力;其次，缺少政策保護和政府監管也是影響技術推廣的不利因素，去中心化的產學研信息平臺會對傳統存儲系統造成較大沖擊.使產學研聯盟將區塊鏈技術應用在信息平臺中持謹慎態度。

若要解決推廣難的問題.國家應出臺區塊鏈應用政策，支持將區塊鏈技術應用到產學研信息平臺中，切實保障產學研合作參與者的合法利益。產學研聯盟內部要妥善協調好平臺運營和利益分配間的關系，將區塊聯盟鏈技術的價值發揮到最大化，降低其推廣運營阻力，為參與方帶來更多利潤。

2）數據存儲量受限。隨著協同創新合作的不斷深入，產學研信息平臺的數據會呈級數增長。由于聯盟鏈技術的核心是分布式存儲，這便對數據存儲空間提出較高要求。產學研數據不斷增加而平臺存儲能力有限，不僅限制了數據的更新與上傳，還會影響信息傳輸效率，對時效性造成影響。

將存儲系統擴容是解決數據存儲空間受限最直接的辦法，此外產學研信息平臺還可通過“分類、切片”的方式對數據進行預處理，切片數據信息在加密壓縮后存儲至分布式節點中，這樣既保證了數據信息不可篡改性，同時也解決了存儲空間受限的問題。

3）技術可靠性存疑。可能會面臨私鑰丟失和協議攻擊等問題，聯盟鏈中產學研數據信息的不可篡改性和保密性是以私鑰安全為前提。密鑰由聯盟內部人員個人持有，缺少私鑰認證所需的可信環境;若私鑰丟失，聯盟鏈信息平臺的分布式結構也很難對私鑰進行補發管理。

為了防止私鑰丟失.產學研信息平臺可以引入可信的三方機構，由第三方負責維護私鑰加密列表，依托簽名驗證的方式對私鑰列表進行加密。當私鑰不慎丟失后，第三方維護機構通過電子簽名認證找回私鑰，并需要重新設定數字簽名以提高身份驗證的復雜性及安全性。

6總結

區塊聯盟鏈技術的分布式存儲、部分去中心化、可追溯性較強等特點適用于產學研信息平臺的框架搭建。通過分析表明，區塊鏈技術可以協助產學研聯盟打破信息壁壘、完善征信體系，保護駐站人員的知識成果不受侵害。然而，將區塊聯盟鏈技術應用到產學研信息平臺正處于探索階段，可借鑒的經驗較少并存諸多難題，希望此研究能為聯盟鏈產學研信息平臺的推廣應用提供理論依據。