基于區塊鏈技術的政務數據共享設計研究

摘要：文章首先簡單介紹了區塊鏈技術和應用以及區塊鏈技術設計政務數據平臺的動因，然后分析了基于區塊鏈技術進行政務數據共享平臺架構設計的基本方法，同時解析了應用區塊鏈技術進行政務數據共享平臺設計時的關鍵機制構設途徑，并從雙鏈結構機制設計、智能合約獨立空間設置、平臺數據存儲機制等方面詳細論述，僅供參考。

關鍵詞：區塊鏈技術；政務數據；數據共享；共享設計

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.06.013

中圖分類號：D 63，TP 311.13" " " " " "文獻標志碼：A" " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）06-00-03

Abstract： This article first introduces the connotation and thrust of blockchain technology， further analyzes the motivation for designing a government data platform using blockchain technology， and then analyzes the basic methods for designing a government data sharing platform architecture based on blockchain technology. At the same time， it analyzes the key mechanism construction approaches for designing a government data sharing platform using blockchain technology， including dual chain structure mechanism design， smart contract independent space setting The platform data storage mechanism and other aspects are discussed in detail.

Key words： blockchain technology; government data; data sharing; shared design

1" 區塊鏈技術介紹

區塊鏈是指一種數據結構，會依照時間順序在系統中將數據區塊以鏈條的形式連接起來，該鏈條信息會被保存至系統中所有的服務器中，只要系統中的一臺服務器能夠工作，那么整個區塊鏈就是安全的。區塊鏈技術涵蓋了塊鏈式數據結構驗證與存儲技術、分布式節點共識算法技術、密碼學數據傳輸與訪問技術，能最大限度地保證信息數據的安全。通過運用該技術，不僅系統中的數據信息很難被篡改且運作模式也實現了去中心化，而且使得各項信息數據更加真實可靠[1]。

2" 基于區塊鏈技術設計政務數據共享平" "臺動因

（1）技術賦能，降低政府管理成本。在新時期，政務處理速度跟不上公眾響應速度是當前政務工作改革的一大難點，在無法增添人力資源的前提下，可利用政務數據共享平臺，提高工作人員的工作效率，加大組織內部廉政督查。

（2）工具科學，便于滿足公眾需求。以往企業和群眾在辦事的過程中存在難、慢、繁的障礙，而通過該平臺的構建，能夠提升政府部門對外工作服務質量，推動跨部門無紙化審核機制的運行，滿足群眾“最多跑一次”的辦事需求。

（3）社會互動，提升政府的公信力。政務數據共享平臺的建設能夠提高政府與社會公眾互動力度，通過區塊鏈技術的加持，能夠實現多主體監管數據中心，有利于建成一個全新的社會信用體系，提升政府辦事的社會公信力。

3" 基于區塊鏈技術政務數據共享平臺架" "構設計

在搭建政務數據共享平臺時，首先要滿足數據共享的需求，同時要保證系統內其他數據信息的安全性。因此，在設計基本框架時，會通過數字證書身份認證的形式，讓使用者進入到數據共享網絡系統之中。而作為數據的供給方，僅需要將數據加密后的文件或者摘要值發布于區塊鏈中即可。

需要獲取數據信息的一方會從區塊鏈之中提取相應的數據信息，并將相應的數據信息請求發布于區塊鏈之中。提供數據方會依照區塊鏈中需要獲取數據信息方所發布的權限請求，對其進行身份權限的認證，當權限通過以后，結果便會被發布于區塊鏈之中。

根據上述操作思路，需要數據信息的一方便可以擁有訪問該數據信息的共享權，最終平臺完成數據共享操作的整個流程。為進一步提升政務處理的效率，Hyperledger Fabric網絡節點也必須經過授權認證以后才能夠加入系統之中，這樣可以有效避免PoW共識算法所造成的資源浪費。

該平臺的共享系統是在Hyperledger Fabric1.4架構之上建立起來的，其能夠依照各業務類型以及數據訪問請求的不同，將區塊鏈劃分成若干個通道，每一區塊鏈都具備物理特性，能夠將其中的數據與其他通道之間的數據有效隔離，最大程度地保證數據應用的安全性，并能夠依照智能合約中的規則運行訪問。

4" 基于區塊鏈技術政務數據共享關鍵機" "制設計

4.1 雙鏈結構機制設計

在設計政府數據共享平臺時，在區塊鏈基礎架構之上，延伸出了雙鏈條的結構機制，應用該結構的目的是，主鏈結構基本不變，但是子鏈結構會具備一定的彈性特質，其所能夠解決的問題有：一是防止系統的信息吞吐量無法達到實際應用需求；二是保證區塊鏈能夠根據信息存儲量進行自由伸縮；三是有效解決系統應用過程中可能會存在的延遲問題。

主鏈的結構包括存儲賬本、資產信息等。信息存儲量較少，主要是負責系統的整體交易與配合子鏈，同時子鏈也可以通過智能合約與主鏈進行業務通信。子鏈之中會有多個文件狀態，其由存儲每一小塊的哈希以及原信息所構成，主鏈會與多條子鏈對接，并形成共享交易賬本，通過該賬本能夠搜索到每一區塊的信息數據，最后完成所需要使用的政務共享數據信息提取作業。

4.2 智能合約獨立空間

智能合約是區塊鏈技術的重要組成部分，其主要是起到了控制訪問以及操作權限的作用，能夠確保系統依照一定的身份認證規則運行。而在實際設計的過程中，需要保證智能合約在每一個獨立的空間之中運行，只有這樣才能夠對整個系統網絡的權限進行合理控制。

在實際布設的過程中，系統是在Hyperledger Fabric架構之上建立的，因此相關人員需要構建一個自動執行代碼，其可以在網絡沒有狀態、事件驅動以及圖靈完備的情況下，實現與賬本間的交互作業。這樣一是能夠達成數據與邏輯分隔的目標；二是能夠與系統底層之間的賬本有效分開，在日后智能合約模塊改造的過程中，無須再通過同步遷移賬本數據的方式開展，能夠提高系統的實用性，便于維護。同時，為能夠達成以上幾點作業需求，建議采用HLF架構，這樣能將智能合約在系統中的效能發揮至最大。為靈活控制該智能合約，應設立一個單獨的應用服務器，便于在前端的人機界面對相關數據結構進行反饋與分析。

如果要修改fabric賬本之中的相關數據，則需要依靠相應的鏈碼來完成，fabric-sdk-node是封裝完畢的nodeSDK，可以通過其對fabric上的智能合約進行調控，這樣符合系統設計的相關業務操作邏輯。在實際應用的過程中，會先調用install.js，并在其上安裝智能合約，然后再對instantiate.js進行調用，這樣便可以設置一個實例化的智能合約，其中這兩個js文件均是依照語法進行設計的，最后會以export的方式被導出。

4.3 平臺數據存儲機制

由于電子政務數據共享平臺在實際應用的過程中會產生大量的數據信息，為減少其工作量，應適當地對其存儲結構進行簡化。在設計的過程中，該區塊鏈上的賬本數據包含兩大模塊：一是狀態數據；二是區塊鏈數據，均采用了典型的塊鏈存儲結構。每一區塊頭中均含有區塊的原信息和指向前一區塊的Hash值指針，這些指針主要是用于解決區塊鏈中N個隨著時間排列起來的數據鏈條，可能會存在被篡改的問題。

除此之外，所有的數據信息都會被寫入到區塊中，每一區塊中都包含了前一個區塊所記錄的數據Hash值。通過該種方式，所有更新的區塊鏈中均會包含之前區塊中所存儲的用戶交易信息，如果其中任意信息被改動的話，其區塊Hash值也會發生相應的變化，這樣用戶的身份將難以通過驗證。在系統運行的過程中，驗證賬本只需要驗證最后一個區塊的Hash值即可，這樣就會使得總賬本不能被輕易改動，并且也易于驗證。

區塊中的Hash值需要利用前一個區塊的Hash、時間戳、Merkle根共同計算得出。其中，Merkle根的節點是由區塊所有業務數據信息所構成的默克爾樹根Hash值。在生成Hash值時，可以利用SHA3-256（Keccak256）散列算法計算，這樣既能夠完成任意長度輸入與固定長度輸出的轉化，又可以保證這一單向函數不被任意反推，且當前在以區塊鏈技術為基礎所構建起的數據網絡系統中較為常用。

4.4 數據的寫入與檢索

在進行數據寫入與檢索環節設置時，該系統的整體數據存儲都是由HLF來完成的，其是由多個普通文件與kv數據庫所構成的，每一區塊鏈通道都會生成相應的賬本。而這些賬本的目錄則是由以blockfile_000000、blockfile_000001所命名的多個64 MBytes所構成的，其能夠方便系統在使用的過程中被快速檢索。

同時，每一個區塊數據也都會通過二進制字節碼序列形式，被寫入進blockfile文件中。其在被序列化時，應用程序會通過append的形式打開blockfile文件，然后將區塊數據以及大小寫入到blockfile文件中，如果檢測過程中發現文件的尺寸與區塊尺寸相加超過了64 MB，系統則會自動生成一個datwen文件。具體的數據寫入流程可以參考如下內容。

首先，進行區塊頭數據的寫入，其中包含了該區塊至區塊鏈區塊頭的具體區塊數量，也可以稱之為區塊的高度、交易Hash值、前一區塊的Hash值等。

其次，寫入交易數據信息，依照時間順序將數據依次寫入區塊之中，其中包括每筆的交易數據以及交易量。

最后，為方便HLF的查詢，并提高查詢的速率，將區塊與交易在blockfile文件中的索引信息保留在kv的數據庫中。該索引主要由kv數據庫中所存儲的最終區塊hash以及LevelKey值所構成。LevelKey值則由chaincode_nam、chaincode、channel_name中的key值所構成。LevelValue值取決于偏移列表中的交易文件、本地文件信息以及區塊Hash值。

4.5 身份認證權限管理

為有效識別身份，并便于系統對權限的有序管理，在開發過程中，應用了數字證書CA技術作為身份認證的憑證，其中主要包括用戶的數字簽名、人臉識別、身份信息、公鑰信息等。

為提高公鑰的管理質量，則利用了PKI作為管理CA數字證書的主要技術，這樣不僅能夠合理管控公鑰，還能利用通信的形式來認證雙方的身份信息，最大限度地保證通信過程中信息的安全性。

由于該系統還要與政府其他主管機構系統進行銜接，因此需要構建起一個聯盟制的大數據網絡，而其中的聯盟鏈成員證書管理則選擇了Membership Service Provider，其能夠幫助系統判斷RCA與ICA鏈中的信息哪些可以被信任，同時也定義了channel合作者。

而在系統設計的過程中，通過HLF的應用，提高了其隱私保護能力，不僅可以幫助同一企業在網絡上建立多個不同的通道（channel），還可以讓每一通道生成屬于自己獨有的區塊鏈以及訪問機制，并且不會對其他的子鏈通道造成影響。

同時，這些通道又都是和每一個對應的賬本相關聯的，通道能夠用來限制信息數據的傳播范圍，而系統在交易的過程中，能夠與指定的通道進行關聯，并可以明確地定義出哪一些節點的交易信息能夠被獲取，哪一些不能夠被索取，在整個區塊鏈網絡中多個政務辦理部門都屬于子鏈。

通過對通道數據信息的權限設定，系統能夠實時截獲通道所生成的交易信息、區塊數據的讀取時間、通道發起交易寫入操作時間以及加入通道、修改通道配置管理，這些策略均可以通過mod_policy的方式進行控制。

除此之外，用戶不論是簽名組合還是人臉識別都需要遵照相應的身份規則策略，只有這樣系統才能允許其執行下一步的操作，系統能夠對用戶的身份信息依照合約規則進行復核。如果能夠和該策略規程保持一致，則可以執行相關操作，如果不符合相關規定，則會終止其進行后續相關操作。

在進行策略數據結構的設計時，應用了三種數據結構，包括內嵌式的SignaturePolicy結構、Poily結構、ImplicitMetaPolicy結構，以上三種結構均可以在protos/common/policies.proto文件之中被定義。

5" 結束語

綜上所述，在信息時代背景之下，傳統的政務處理方式受到審批流程過長、人力資源不足等客觀因素的影響，其工作效率很難滿足公眾的實際需求，為全面提升數字政府集約化建設水平，并實現技術融合、業務融合以及數據融合的目標，相關政府部門應加大對政務數據共享平臺的開發力度，并在其中引入區塊鏈等先進的信息技術，以此實現政務管理與服務的跨層級、地域、部門綜合發展。

參考文獻

[1] 李文鋒，李林勇．基于區塊鏈的政務數據共享交換平臺設計與應用[J]．電腦與信息技術，2022（5）：64-68.