區塊鏈技術在電子檔案管理方面的應用探討

文·劉虎 張學干 李文姣

區塊鏈技術是分布式的網絡數據管理技術，利用密碼學技術和分布式共識協議保證網絡傳輸與訪問安全，實現數據多方維護、交叉驗證、全網一致、不易篡改。區塊鏈技術開創了一種在不可信的競爭環境中低成本建立信任的新型計算模式和協作模式，具有防篡改、可追溯、去中心化等特性，能夠解決在沒有第三方中介情況下的多方信任問題。目前，全社會都開始加深對區塊鏈技術的研究，該技術已廣泛用于金融、供應鏈、政務服務等領域。本文將從區塊鏈技術出發，探討如何在檔案工作應用區塊鏈技術。

一、區塊鏈的發展歷史及分類

自從2008年中本聰發布《比特幣：一種點對點式的電子現金系統》以來，區塊鏈經歷了從1.0、2.0向3.0發展的階段。區塊鏈1.0階段，主要探索的是區塊鏈本身的技術應用，研究的重點是其作為安全貨幣和分布式賬本的作用，其代表是比特幣；到了2.0階段，區塊鏈的發展趨勢與重點變為如何更好地與日常生活相結合，實實在在地解決一些日常生活中的需求，其中包括我們熟悉的物流網絡、物聯網、萬物互聯等這些相互關聯、形成一個綜合網絡的互聯互通技術，其代表是以太坊；而到了3.0階段，區塊鏈將與大數據、人工智能技術融合，實現新的模式創新。區塊鏈3.0與區塊鏈1.0、2.0最重要的一個區別，就是這種技術的使用方式與領域，而非其底層技術的變化，主要表現在通過區塊鏈技術實現個人全部信息的綜合傳遞和安全存儲，如果實現了這一點，將會給整個社會帶來巨大的變化。

根據不同的應用場景和用戶需求，區塊鏈可以分為公有鏈、聯盟鏈和私有鏈三類。其中，公有鏈是對所有人開放，任何人都可以參與區塊鏈數據的維護和讀取，數據完全公開透明，其典型案例就是比特幣、以太坊系統等；聯盟鏈通常在多個已知身份的組織之間構建，如銀行之間的支付結算、政府部門間的數據共享，多個企業之間的供應鏈管理等；私有鏈僅僅在組織內部使用，只對單獨的個體或實體開放，適用于政府、企業部門內部的管理。這三類區塊鏈特性對比如下表所示：

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通過上表可以看出，在現有檔案管理背景和技術條件下，公有鏈不適合應用于電子檔案管理工作，主要是在公有鏈中任何人都可以參與到區塊鏈中，在鏈上傳輸和存儲的數據都是公開的，由于很多檔案具有保密性、隱私性，將檔案上鏈，不符合檔案的安全保密需求。私有鏈或聯盟鏈安全性、效率比公有鏈高，有相應的權限管理體系，尤其是聯盟鏈能夠將不同的區塊鏈連接起來，可以應用在明確的機構之間，更契合檔案管理實際情況。

二、區塊鏈核心技術

區塊鏈是一種數據的記錄格式，就像Excel表格一樣，是按照一定的格式數據存儲在計算機中。但與傳統方式不同，區塊鏈是將數據按照一定的時間間隔，分成一個個的數據塊記錄，然后再根據數據塊的先后關系串聯起來，就組成了區塊鏈。其基本的技術組合主要包含以下五個方面，如圖所示：

1.區塊鏈賬本

就是區塊鏈數據，邏輯機構是“區塊+鏈”。所謂的區塊就是指數據塊，數據塊之間通過某個標志連接起來，從而形成一條鏈。

如圖所示，每個區塊分為區塊頭和區塊體。區塊和區塊之間通過區塊頭哈希值（區塊頭哈希值就是一個區塊的身份證號）串聯起來，形成了區塊鏈。這種鏈條格式最大的特點就是一環扣一環，后面區塊中包含前面所有區塊數據的特征值，從而保證了數據很難被破壞。

由于區塊鏈是去中心化的設計，系統中每個節點都可以保存全部的數據，因此，一個節點產生的數據或者更改的數據都要發送到網絡中的其他節點接受驗證，而其他節點是不會驗證通過一個被篡改的數據。因此，這種特殊的鏈式結構+去中心化的存儲方式構成了區塊鏈數據不可篡改的一個重要的技術設計。

2.共識機制

所謂共識，就是指大家都達成一致的意思。由于區塊鏈是一個去中心化的結構，在這個結構中沒有哪個節點是“老大”，一切都要商量著來，而這個商量出來的解決方案就是制定共識算法。

共識算法其實就是一個規則，每個節點都按照這個規則去確認各自的數據。常用的共識算法主要有PoW（Proof of Work，工作量證明）、PoS（Proof of Stake，權益證明）、DPoS（Delegate Proof of Stake，委托權益人證明）、PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance，實用拜占庭容錯算法）等。傳統的比特幣、以太坊幣等采用的PoW共識算法，需要通過“挖礦”達成共識，造成極大的能源消耗，一直以來廣受詬病。聯盟鏈中的各個節點都是經過審批加入的，有嚴格的身份認證和權限管理，處于可信的執行環境中，可以很大程度上消除惡意節點的不規范或惡意操作。所以，在檔案區塊鏈中，可以采用DPoS共識算法，不需通過“挖礦”這類耗費資源的辦法就能快速達成共識，并將事務按順序打包進入區塊鏈，保證系統中各節點賬本的一致性。

3）小麥生長中后期強降雨伴隨大風天氣往往造成倒伏［8］。 2017年 4月 8～9日，襄陽市襄州區降雨量達到45 mm以上，并伴有大風，最大風力達到12.8 m／s。強降雨伴隨大風天氣是造成此次小麥嚴重倒伏的主要外部因素。

3.密碼算法

密碼算法是區塊鏈數據不可篡改的一個重要保證，在區塊鏈系統中應用很多。這里主要介紹兩個關鍵應用。

第一個是區塊之間的連接。在區塊鏈中，是一種叫作哈希值的數據來進行的連接。所謂哈希值，就是通過密碼算法中的哈希算法對區塊鏈中的事務數據計算得出的一段摘要字符串。而這個摘要字符串與原始數據是唯一對應的，原始數據出現任何微小的變動，計算出來的哈希值都會發生完全的變化。區塊鏈賬本對每個區塊都會計算出一個哈希值，稱為區塊哈希，通過區塊哈希來串聯區塊。這種結構的優點是，任何一個區塊發生變動，它的區塊哈希就變了，也就指不到后面正確的區塊了。

第二個是梅克爾樹結構。在區塊鏈中，除了整個區塊會被計算哈希值外，區塊中包含的每一筆事務數據也會被計算出一個哈希值，稱為“事務哈希”。將區塊中所有事務哈希進行加工處理，最終會得出一棵哈希樹的數據結構。哈希樹的頂部稱為“梅克爾根”。只要區塊中的事務有任何改變，梅克爾根就會發生變化，利用這一點，可以確保區塊數據的完整性。

4.腳本系統

腳本系統決定了區塊鏈系統之所以能形成一個有價值的網絡。所謂腳本，就是指一組程序規則。在區塊鏈系統中，有些系統中的程序規則是固定的，比如在比特幣系統中；而有些系統是允許用戶通過編寫腳本擴展區塊鏈系統的功能的，比如以太坊就是智能合約功能。在區塊鏈3.0階段，腳本系統能使區塊鏈實現更多的功能。

5.網絡路由

區塊鏈系統是一個去中心化的、分布式的網絡，網絡中的節點進行連接通信依靠的就是網絡路由。在區塊鏈系統中，不存在一個指定的服務器，大家沒法通過一個服務器來直接交換彼此的身份信息，就只能依靠彼此聯系并傳播信息。在區塊鏈系統中，這個功能一般會定義成一種協議，稱為“節點發現協議”。

除了發現節點外，另一個功能重要功能是同步數據。節點要保持自己的賬本數據是最新的，就必須要時時更新自己的數據。怎么更新？就是通過網絡路由進行更新。

網絡路由可以說是區塊鏈系統中的觸角，通過大量的觸角將每個節點連入網絡，從而形成一個功能強大的區塊鏈共識網絡。

總體來說，區塊鏈技術并不是單一信息技術，而是依托于現有技術，加以獨創性的組合及創新，從而實現以前未實現功能的技術。

三、區塊鏈技術在檔案工作的應用展望

隨著電子檔案單套制的加速推進，將區塊鏈技術應用于電子檔案管理工作，推進電子檔案與區塊鏈技術的深度融合是檔案工作者的一個重點研究方向。國家檔案局近幾年的科技項目立項選題指南中就均設有區塊鏈技術相關內容，中國石化已經使用區塊鏈技術對檔案進行存證和驗證進行了嘗試。下面，筆者按照自身的理解，嘗試展望一下區塊鏈技術在檔案工作中的應用。

首先說明，使用區塊鏈技術，并不是要把所有應用都使用區塊鏈技術，而是要仔細分析各種業務場景實際情況，在充分發揮區塊鏈技術優勢的基礎上，有選擇地應用區塊鏈技術。區塊鏈技術的應用優勢，是解決非信任環境中的信任問題和價值傳遞。因此，使用區塊鏈技術，應重點考慮在多方參與的復雜應用場景中使用。為充分發揮區塊鏈核心作用——存證、自動化協作和價值轉移，結合工作實際，檔案區塊鏈可以分兩步建設以實現以下功能。

第一步，搭建檔案區塊鏈，將檔案數據的哈希值和業務移交辦理信息上鏈，實現檔案移交進館業務的上鏈辦理。

在政務云平臺上建立由檔案館牽頭、各進館單位通過授權加入的檔案區塊鏈。按照電子檔案進館要求，明確各方的權利和義務。在電子檔案移交進館，即電子檔案的權屬發生轉移時，移交方首先將電子檔案進行哈希運算，然后將電子檔案及其哈希值一起移交給接收方。當接收方收到電子檔案后，可提取電子檔案哈希值與接收到的哈希值進行驗證，如果一致，說明接收方收到的電子檔案確實是發送方發送的且內容沒有被修改過。接收方確認無誤后接收電子檔案及其哈希值，然后將哈希值和接收信息上鏈存證，各參與節點根據共識機制同步確認并保存該哈希值和移交信息到區塊鏈賬本。按照這種機制，上鏈存儲的并不是電子檔案的全文內容而只是哈希值，因此不會導致電子檔案內容的泄露，從而保證了電子檔案信息的安全。

第二步，隨著安全技術的進步，有計劃的將檔案數據上鏈，實現檔案管理和利用業務的上鏈辦理。同時與其它區塊鏈系統建立信息交換機制，實現電子檔案信息在不同鏈之間的數據互通、價值流動，充分發揮區塊鏈價值傳遞的優勢，為社會提供更便利、價值更高的檔案信息服務。

通過政務網平臺，將檔案區塊鏈與其它區塊鏈連通，建成多種信息互通的聯盟鏈。按照聯盟鏈模式建立更加完備的權限控制功能，使用跨鏈技術，搭建鏈與鏈之間可信交互渠道。在使用傳統安全技術如數據加密、權限控制之外，引入零知識證明、同態加密等新型安全技術，實現檔案數據上鏈管理的同時達到數據“可用不可見”的更高安全級別。

在這種應用場景下，檔案區塊鏈可實現以下功能：

在檔案移交進館環節中，利用區塊鏈智能合約的透明可信、自動執行、強制履約的特點，將各單位的文件材料歸檔范圍、檔案保管期限、檔案元數據與全文，以及開放鑒定等要求寫入智能合約，實現到期檔案的自動檢查和移交進館，在規范檔案移交進館工作、提高檔案數據質量的同時，達到檔案移交進館的自動化處理，極大減輕移交進館環節工作人員的工作量。

在檔案管理環節，利用區塊鏈技術去中心化、防篡改的特點，建立多個存儲全部數據的共識節點，實現檔案數據存儲、備份的一體化管理，在極大提高數據安全性的同時，充分借用區塊鏈分布式存儲特性降低檔案館工作人員的日常維護難度和成本。

在檔案利用環節，利用與其它區塊鏈連通形成的聯盟鏈，實現檔案信息與其它信息的可信交互和綜合利用，打通“鏈級孤島”，實現更大范圍和規模的數據共享和多方協作，建立可容納各行各業檔案信息和其它信息的服務平臺，為更好的服務民生、為政府治理水平和治理能力的提升，提供更強大的信息支撐。

目前，許多檔案工作者開展了區塊鏈技術在電子檔案共享利用、真實性保障、安全管理等方面廣泛性研究，并取得一定的成果。但總體來說，區塊鏈技術在電子檔案管理中的應用尚處于探索階段，隨著區塊鏈技術的逐漸成熟，可以肯定，區塊鏈技術與電子檔案相結合，必然會產生重大影響，檔案工作者應緊跟時代步伐，充分利用區塊鏈技術的優勢，推動檔案工作提質增效。