區塊鏈在跨平臺數據共享方面的應用技術研究

鄒漢錚?巴剛?任煒

摘要：本文重點探討以區塊鏈技術為基礎，實現數字時代數據跨平臺互通共享的應用技術與方法。通過應用實踐，為實現數據互通、推動跨平臺的數據共享提供一種通用的設計，為建設數字化社會治理、企業管理提供參考依據。該方法可以廣泛應用在醫衛、市場監督、財稅、環保、工業、礦產等行業，實現多平臺間的數據共享及數據應用。

關鍵字：區塊鏈；跨平臺；數據共享；防篡改

一、背景及目標

隨著全球網絡化和信息化的加速發展，數字化已成為社會經濟發展的重要引擎。在大數據、人工智能和云計算的技術推動下，數字經濟取得了極大的進步，推動了各行各業線上化、數字化、智慧化運營管理能力的飛躍。但現階段大部分業務管理系統是“煙囪式”系統，造成數據孤島，無法實現各個管理系統間的數據共享，不能夠充分發揮生產數據的應用價值。當前，打破各個平臺間的數據鴻溝及壁壘，實現跨平臺的數據互通共享，已經成為各行業發展數字化的研究熱點。

與此同時，在各個平臺之間數據共享過程中，保證電子文檔、業務工單等敏感數據的合法性和安全性也尤為重要。2004年8月28日，我國發布了《中華人民共和國電子簽名法》，該項法規確立了電子簽名的法律效力，這為我們解決生產數據在跨平臺傳輸過程中的合法性提供了法律依據。鑒于此，保障電子證據的真實性，保證跨各個平臺數據共享的安全可靠，是當下必須思考解決的問題。區塊鏈技術不可偽造、不可篡改、可追溯的塊鏈式數據結構和去中心化的分布式存儲[1-2]等特性，為解決以上問題提供了新的方法。利用分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、對等網絡、數字簽名等技術，區塊鏈可以實現數據傳輸溯源，并且能夠有效解決各類生產數據跨平臺傳輸的安全性問題。

本文將對區塊鏈技術在跨平臺數據共享的系統設計方法上進行研究。結合區塊鏈技術的原理、特點和各類生產數據共享的實際需求，構建了一套通用的跨平臺數據共享及治理的設計方案。為數字治理時代下的跨平臺數據共享、數據防篡改及數據溯源提供通用的應用方法。該研究方法可以復用到數字時代下的千行百業。

二、總體思路

區塊鏈主要設計方式可分為公有鏈、私有鏈和聯盟鏈。公有鏈，是指全球任何人、任何時間、任何地點，使用公共網絡都可參與的區塊鏈。通過密碼學和激勵機制，讓參與節點在陌生的網絡環境中達成共識，從而形成去中心化的信用機制。私有鏈指僅對有限的個人或實體開放的區塊鏈。它的使用方式不公開、數據不公開，整個區塊鏈受私有節點管理。聯盟鏈則只針對特定群體和有限第三方開放，其構建區塊鏈的節點必須要經過注冊和認證。聯盟鏈內部可指定多個節點為記賬人，每個塊的生成由所有指定的節點共同決定。

本文結合跨平臺數據共享和治理的實際應用場景，選擇以聯盟鏈的方式構建方案，滿足各類平臺授權管理及數據互通共享的需求。同時，根據業務管理分層分級的特性，本文將采用雙鏈機制[3]-[4]，來保障數據互通后各平臺內部的權限管控。雙鏈由主鏈和子鏈構成，其中主鏈由管理各數據平臺的組織單位構成，負責拉通各平臺的數據通道，實現數據共享，共同監管區塊鏈的數據操作等是否合規。子鏈由組織單位內各類業務節點組成，負責實現數據收集、資料認證等業務能力。

具體設計方案分為如下三個核心部分：

第一，通用能力平臺設計，主要利用區塊鏈技術在各組織單位間建立數據共享鏈接。通過部署API接口、證書、排序節點、對等節點、智能合約、共識機制、平臺管理等服務模塊，結合數據操作管理策略，進行數據訪問控制，實現各組織單位間的數據共享。

第二，業務處理節點設計，主要利用區塊鏈技術在組織單位內部對各節點進行管理。子鏈接受對應主鏈區塊的管理，同時，負責管理內部各節點的業務處理能力。每條業務子鏈自行維護內部數據，不同子鏈可向對應主鏈區塊申請運行不同的共識機制和智能合約，進行跨鏈數據傳輸[6]。

第三，網絡結構設計，其結構包括數據層、共享服務層、安全隔離層和接入層[7]。整個結構采用網絡協議和數字證書認證等進行有效的結合。分層式、模塊化設計降低系統的復雜度，提升系統整體的容錯性，便于系統維護管理。

三、能力平臺設計

聯盟鏈中最關鍵的在于打通各組織單位的數據通道。聯盟牽頭單位負責數據共享的通用能力平臺的打造及建設，并且對組織內成員單位的數據訪問進行權限審核及分發，具有最高管理權限。成員單位一方面配合牽頭單位部署主鏈區塊，構建數據共享鏈接；另一方面又根據自己的業務類型搭建業務子鏈，并與主鏈進行鏈接，形成完整的跨平臺數據共享網絡。聯盟內各個組織單位共同構建成區塊鏈主鏈，并承擔多種角色：客戶端，負責數據的互通管理；驗證者，參與共識機制；審計員，記錄系統中數據傳輸的信息，便于追溯；監管者，執行管理策略，監控操作的合法性。同一區塊能同時承擔多種角色，相互采用智能合約進行合法性驗證[5]。

區塊鏈的對等網絡技術確保每個主鏈區塊都存儲一份完整的數據信息，通過證書簽發校驗，牽頭組織單位可授權其余組織單位查看對應數據，實現跨平臺數據共享。打通數據共享通道，利用區塊鏈技術相互監督數據傳輸情況，共同存儲數據信息，構建互信機制。

對于能力平臺的核心服務建設，需要規劃通用的能力處理模塊，進行數據處理、業務邏輯處理，保障數據共享的合規性、準確性、時效性及追溯性。

一是API接口服務模塊。主要分為數據共享接口和預留擴展接口兩類：數據共享接口提供數據采集、錄入、審核、導出和分析等功能操作，用于滿足子鏈系統的業務需求。預留擴展接口為后期的功能開發、業務轉化等預留升級空間。

二是證書服務模塊。該模塊是區塊鏈安全機制的核心服務，利用數字簽名技術，為節點間數據的傳輸、管理員和用戶簽發證書，為各類角色簽發獨立的身份以及身份鑒別。

三是排序節點服務模塊。主要對交易信息及背書信息進行驗證，利用時間戳將所有的交易按時間順序及約定的規則生成區塊，并將該區塊生成信息傳遞到對等節點，通過分布式賬本實現對交易的記錄。

四是對等節點服務模塊。該服務模塊提供記賬和查詢服務。區塊鏈系統中設置有主記賬節點和背書節點，主記賬節點用于接收排序節點發來的區塊信息，通過對等網絡將區塊信息同步給其他數據節點[9]。背書節點對交易進行背書。一個對等節點可以同時具備這兩種功能，這時該節點便可以完成交易背書、接收排序節點的信息以及記賬能力。

五是智能合約服務模塊。智能合約運行在每個區塊的獨立空間內，負責區塊鏈網絡的權限控制。可以根據功能需求預設定智能合約的狀態和轉換規則，滿足設定條件即可觸發執行，返回對應結果。整個執行過程完全無法自動干預。

六是共識機制服務模塊。主要通過信息廣播讓有效節點保存的區塊前綴信息完全相同，保證每一次數據操作的真實性及合法性。通過技術背書而非中心化信用機構來進行全新的信用創造，達到不可篡改的目的。

七是平臺管理服務模塊。其主要為每個節點、API接口服務等申請證書，滿足各節點在業務執行過程中的通信加密、數據或協議簽名、身份鑒別等操作以及配置管理。

四、業務節點設計

組織內成員單位承擔的職責主要由業務處理節點系統來實現。構成業務處理節點系統的業務子鏈，是通用能力平臺的權限下沉和能力拓展。各成員單位的業務處理節點主要實現數據采集、錄入、審核、查詢、分析/計算、認證、導出等功能。這些功能通過業務節點上部署的平臺管理模塊進行釋放，利用權限管控，根據業務需求開放不同的處理能力，由對應組織單位進行權限審批[10]。平臺管理模塊內集成有數據采集、錄入需要的API接口，可以從信息采集設備或第三方平臺上讀取數據。

同時，業務處理節點也部署其他的服務模塊，確保業務處理節點的運行需求。其中，證書服務模塊的數字簽名技術對節點間的各項操作進行跟蹤記錄，做到不可抵賴。排序節點的時間戳技術可以明確認定每條數據的生成時間，便于追溯起源。共識機制對數據信息進行廣播確認，確保操作透明[11]。對等網絡技術在各節點間進行數據同步，保證數據的安全性。記賬節點記錄上述行為動作，便于后期查詢需求。智能合約連通主鏈與子鏈的信息通道，使組織單位可對業務節點進行權限策略管理。

五、網絡結構設計

跨平臺數據共享區塊鏈系統的網絡結構分為數據層、接入層、安全隔離層和共享服務層。主鏈和子鏈均采用相同的部署，減少系統的復雜性。數據層是承載整個區塊鏈系統安全、穩定運行的基礎。它包含區塊鏈的區塊數據，提供所需的計算服務和各類加密算法等，是整個區塊鏈技術中最底層的數據結構。共享服務層由各類智能合約、共識機制以及對等網絡構成。其中，智能合約是共享服務層的核心，通過嵌入在區塊鏈的合約代碼來實現。共識機制通過權益證明確保數據訪問的合法性[12]，如工作量證明、使用拜占庭容錯等共識算法。對等網絡則利用P2P技術實現各區塊間數據共享和備份。安全隔離層采用防火墻和網閘等設備，從硬件上確保整個區塊鏈的安全，阻止來自外界的物理攻擊。

接入層封裝了整個區塊鏈系統的API接口和可擴展接口。API接口實現對所有業務的標準接入，采集外界數據，進行信息交互。可擴展接口為后期功能開發和業務升級作準備。

六、結束語

本文為區塊鏈技術在跨平臺數據共享及治理方面描述了應用設計方案。成效主要為：第一，輸出通用型跨平臺數據共享區塊鏈的設計方案，包括跨平臺數據共享區塊鏈系統結構、數據管理的核心服務模塊、區塊鏈網絡結構等部分。應用對等網絡、數字簽名、時間戳等技術手段，在數據傳輸、存儲的全生命周期中，對數據進行安全保護，實現跨平臺的數據共享。第二，在如今云計算廣泛使用的背景下，區塊鏈技術與云計算的結合也是一個發展方向。通過云鏈結合，可以實現區塊鏈的快速部署，降低跨平臺組網成本，也能提升云計算的安全性能。

由區塊鏈建立信任的新型協作模式，正在改變諸多行業的應用場景和運行規則，是未來發展數字經濟、構建新型信任體系不可或缺的技術之一。根據生產數據治理的需求，可以將區塊鏈與大數據、人工智能等技術結合，打造各類場景下的精細化管理能力，應用新技術新方法助力社會各行業數智化治理能力的全面提升。

作者單位：鄒漢錚 巴剛 中國移動通信集團云南有限公司

任煒 中移系統集成有限公司云南分公司

參? 考? 文? 獻

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鄒漢錚（1986.09-），男，湖南新寧，應用經濟學博士學位，計算機科學碩士學位，中國移動云南公司高級項目經理，研究方向：DICT信息化技術研究。