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區塊鏈數據主權技術與應用

時間:2020年04月10日 分類:科學技術論文 次數:

[摘要]【目的/意義】區塊鏈技術被認為是互聯網第三次變革的核心動力,是下一代顛覆性的技術。區塊鏈技術提供了一種記錄并傳達價值的新方式,能夠讓價值傳遞變得更加透明、公平和安全,實現數據互聯到價值互聯再到秩序互聯的變革。將可能徹底改變整個人類社會

  [摘要]【目的/意義】區塊鏈技術被認為是互聯網第三次變革的核心動力,是下一代顛覆性的技術。區塊鏈技術提供了一種記錄并傳達價值的新方式,能夠讓價值傳遞變得更加透明、公平和安全,實現數據互聯到價值互聯再到秩序互聯的變革。將可能徹底改變整個人類社會價值的傳遞方式。【設計/方法】從區塊鏈基礎概念出發,介紹了區塊鏈及其相關技術。在此基礎上,重點闡述了區塊鏈數據主權。最后,結合實際應用案例多領域多維度地展示了區塊鏈數據主權技術的應用成果。【結論/發現】將幫助讀者厘清區塊鏈技術的發展脈絡,了解區塊鏈當前的研究應用態勢。

  [關鍵詞]區塊鏈;數據主權;區塊鏈應用

區塊鏈技術

  引言區塊鏈的概念雛形最早出現在20世紀90年代初期。1991年,StuartHaber和W.ScottStornetta等描述了第一個基于密碼技術的數據區塊應用,用以實現一個分布式文件系統,并加以文檔時間戳來防篡改、防偽造、防抵賴[1~2]。1992年,Bayer、Haber和Stornetta將Merkle樹融入到這個設計中,通過將多個文檔證書形成一個區塊來提高數據記錄的效率[1~2]。隨著互聯網技術的發展和普及,直到2008年,中本聰(SatoshiNakamoto)實現了基于以上思想的第一個實例,發表了題為《Bitcoin:APeer-to-PeerElectronicCashSystem》[3]的白皮書。文中提出了一種依靠密碼技術和計算方法實現和紙幣現金一樣的電子現金機制,也就是后來區塊鏈技術的核心,即任何人可以在不知道對方背景信息的情況下進行交易,且不需要第三方介入。2008年11月,中本聰在“Sourceforge.org”網站注冊了比特幣(Bitcoin)項目,并于2009年的1月3日在芬蘭出現了序號為0的比特幣區塊(又稱創世區塊)。

  2009年1月9日,序號為1的比特幣區塊被順序挖出,該區塊與序號為0的創世區塊按時間順序相連后形成了鏈,這標志著一種實例化的數字貨幣區塊鏈的誕生。事實上,比特幣可以視為區塊鏈技術的一個典型實例。區塊鏈所提供的記錄并傳達價值的新方式,能夠讓價值傳遞變得更加透明、民主、高效、安全和去中心化,因此,區塊鏈技術將可能通過技術構建信任及遍布全程的信任傳遞,從而真正做到提供一種顛覆人類社會傳統價值傳遞的新方式。2019年10月24日,中共中央政治局就區塊鏈技術發展現狀和趨勢進行第十八次集體學習[4]。中共中央總書記習近平在主持學習時強調,區塊鏈技術的集成應用在新的技術革新和產業變革中起著重要作用。

  要把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口,明確主攻方向,加大投入力度,著力攻克一批關鍵核心技術,加快推動區塊鏈技術和產業創新發展。目前主要的區塊鏈技術面臨著諸如數據處理效率、數據流通等方面的問題。共識機制和數據流通,即我們說的TPS(TransactionPerSecond),而效率問題是制約區塊鏈進一步應用和推廣的瓶頸和難點。所以本文將數據權屬的概念引入到區塊鏈技術框架中。在構建信任基礎與數據權屬的前提下,利用區塊鏈技術更好地處理數據,保障鏈上鏈下協同的數據流通及數據內容安全,促進數據的開放、共享與流通。

  一、互聯網信息生態發展

  信息涵蓋人類社會各類價值傳播的一切內容。自人類誕生以來,物質和信息就是人類發展的首要支柱。在人類社會發展的各個階段中,人類文明的每一次進步,都是信息化技術革命推動的結果:語言符號推動了原始工具的出現;文字推動了工具的發明和革新,讓知識呈現出了結構性的分布;文藝復興又進一步推動了資本主義的進程,讓自然科學獲得了快速發展。人類歷史進程中所發生的工業化革命,更能體現出信息化對人類社會發展的影響。

  (一)互聯網1.0:信息數字化信息數字化是信息由模擬形式變成數字形式的過程。當今世界是信息化的世界,信息的傳遞必然要以數字化的方式在網絡中承載。20世紀40年代,美國數學家、信息論的創始人香農博士就證明了采樣定理,從而為信息數字化的發展奠定了理論基礎。數字化技術將物理世界映射為數字世界,從獲取信息、談話交流、到電子商務再到資源共享,越來越多的真實行為被映射到一個以信息為對象的、具有類似物質世界屬性的虛擬數字世界。所有可以被數字化的信息,即一切物質世界中的“事實”皆可以被區塊鏈記錄下來。

  (二)互聯網2.0:信用價值化信用,是指依附在人與人之間、單位之間和商品交易之間形成的一種相互信任的生產關系和社會關系。而由這種社會關系產生的個人信用價值,不但是個人品質的內在要求,更是實現自己價值的重要保障。在數字化世界里,信用價值的好壞將得到最精準的體現,從而與我們每一個個體的工作和生活產生密切的關聯,這就是“信用變現”。具體來說,它是指將個人信用的好壞與數字世界的信貸、租賃、出行、社交等實現掛鉤,實現信用的價值屬性。如阿里巴巴公司推出的“芝麻信用積分”,就是將用戶的金融行為、出行行為、環保行為等轉換為信用價值并在數字世界使用的一種量化體系。通過區塊鏈的事實承載來構建信用,并反哺到業務系統中,再通過區塊鏈管區塊鏈的方式,在基于區塊鏈的信用價值化和價值傳遞過程中,做到“取信于鏈,用信于民,存信于鏈”。

  (三)互聯網3.0:行為秩序化秩序的原意是指有條理、不混亂的情況。美國法學家埃德加·博登海默(EdgarBodenheimer)在《法理學—法律哲學與法律方法》一書中認為,秩序意指在自然進程和社會進程中都存在著某種程序的一致性、連續性和確定性。一般而言,秩序可以分為自然秩序和社會秩序。其中,社會秩序是指動態有序平衡的社會狀態[5]。中國古代思想家們提出的“治”,就表示社會的有序狀態和社會秩序的維護與鞏固,“亂”則表示社會秩序的破壞和社會的無序狀態[6]。

  在數字化時代,物質世界正在被各種新技術如互聯網、物聯網、移動互聯網、AR/VR、區塊鏈這樣的數字化技術和工具所重構。區塊鏈通過保障網絡中的數據傳遞都是用戶行為驅動的數據合規流轉,達到行為秩序化,從而在信息互聯網和價值互聯網之上構建秩序互聯網。區塊鏈技術中的共識機制一旦運行,程序將代替人類來執行事務流程并不能被篡改。區塊鏈技術也將與大數據、人工智能一起,成為社會底層道德規范約束的基礎,它從道德規范約束、行為大數據分析、人工智能決策三個方面構建一個面向未來的新型的智能化、秩序化社會。

  (四)區塊鏈助力互聯網時代新飛躍在數字化的世界里,區塊鏈技術將融合前幾次工業革命的成果,將我們帶到第四次工業革命的“門口”。憑借其技術特性,區塊鏈技術可以確保信息的真實性,并且使數據具有可追溯性,為信用評分提供強大的引擎支持。通過構建整體性、自洽性的數字空間,將治理規則包含到技術代碼中,區塊鏈技術會進一步延伸到數字金融、物聯網、智能制造、供應鏈管理、數字資產交易等多個領域,使信息化與工業化深度融合,加快實現互聯網從1.0、2.0時代到3.0時代的跨越,帶領人類社會進入深度感知、智慧決策、自動執行的秩序互聯網新世界。

  二、區塊鏈技術

  區塊鏈技術是分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等技術的集成應用[7~8],是使用密碼技術將共識確認過的區塊按順序追加而形成的分布式賬本。除了眾所周知的去中心化,去信任化,信息透明、身份匿名,不可篡改、可追溯以及集體維護等特點外,合約理論(ContractTheory)和博弈論(GameTheory)也在區塊鏈技術體系中發揮著重要作用。

  (一)合約理論

  2016年10月10日,2016年度諾貝爾經濟學獎授予哈佛大學的OliverHart和麻省理工學院的BengtHolmstrom,以表彰他們對合約理論所做出的貢獻。該理論主要研究在信息不對稱情況下,如何設計最優的合約,最終達到全局最優[9]。在區塊鏈去中心化市場中,存在著兩個市場:一個是以區塊鏈作為賬本,記錄系統(電子現金、房產、企業操作系統等)的資源交易市場;另一個是礦工在共識機制約束下,通過競爭記賬權來獲得手續費的區塊鏈記賬服務交易市場。這兩個市場行為和兩個市場之間的內在聯系,體現在手續費與系統資源的市值之間的關系。去中心化意味著交易參與各方的點對點平等。

  從合約理論的角度來看,共識機制即是約束區塊鏈這個去中心化市場中各方參與競爭的合約安排。共識機制在去中心化的思想下解決了節點間相互信任的問題,是約束節點之間成本投入和收入分配的核心規則[10~12]。合約約束區塊鏈這種新型的點對點、看似松散的交易環境,在沒有中心化機構存在下的合約安排,更能在競爭環境下降低交易費用,比如溝通、爭搶客戶、協調分配引起的浪費時間等。因此,從合約的角度來看待區塊鏈,這就是去中心化的、點對點的區塊鏈市場中沒有中心化公司的存在,卻依然可以正常運轉的原因。

  (二)博弈論概念

  博弈論,又稱為對策論。主要研究公式化了的激勵結構間的相互作用,是研究具有斗爭或競爭性質現象的數學理論和方法。一個以道德為基礎構建的信任系統是難以想象的。那么區塊鏈系統如何約束礦工的惡意分叉行為?如果一個礦工企圖通過創建一個區塊來惡意制造分叉,由于“最長鏈原則”,那么想讓這個區塊合法的方法就是讓大多數人認同這個區塊,并在該分叉鏈上繼續進行交易。

  該礦工如果沒有巨大的算力,便很難使自己的區塊合法化。協調博弈論指出,如果一個群體中的大多數人不改變自己的狀態,那么少數人就不會有任何動機改變。所以并不是礦工無法作惡,而是作惡的代價很大。除此之外,博弈論領域中的機制設計對區塊鏈的未來有著關鍵作用。由于區塊鏈的透明、可信,以及智能合約的自動執行,在智能合約的設計過程中加入機制設計,每個區塊鏈的應用都包含著博弈論的思想,使區塊鏈技術得到進一步的發展與完善。

  三、區塊鏈與數據主權

  區塊鏈對于所有數據類型都具有包容特性,能夠解決多領域、多場景、多業務下的無信任或信任最小化的痛點問題。但大多數區塊鏈相對于傳統解決方式而言,仍然面臨著一些技術難題。

  (一)區塊鏈的技術難題

  1.低效的數據處理數據處理的低效性一直是區塊鏈技術大范圍普及的障礙。譬如比特幣區塊鏈平均需要10分鐘來創建新的區塊,并且在它之上大約6個區塊后,該區塊內的交易才會被認定為已結算。這是出于安全和經濟原因,即避免雙花現象①以及讓具備強大算力的礦工②們在所需的設定時間內不會消耗掉所有的加密貨幣。但對于其他用途的區塊鏈來說,這或許就會產生不同的影響差異。考慮一個旨在實現關鍵系統之間實時協作的區塊鏈,確認或服務請求的一小時的時間跨度在諸多實時場景下是不可接受的。假設現在需要考慮到數據密集型政府部門之間的協作,那么數據的正確性,流程的效率性和用戶的責任感顯得更為重要,因此必須創造具備高適用性的框架來管理數據的全生命周期。

  2.數據流通問題我國在數據流通方面存在共享不暢、數據“打架”等問題,傳輸、更新和其他操作也極容易通過暴露業務邏輯以及在每個回合生成的專有算法等造成“數據關聯”而形成大范圍的“敏感信息泄漏”。未經授權的數據披露、訪問和修改、不一致和錯誤只是數據面臨的部分威脅。在常規的數據平臺中,為保證數據流通,數據所有者需要向參與方提供數據源。而數據天生具有“復制即擁有”的特征。數據使用者有條件復制或保存所有流經的數據,會影響數據所有者提供數據的積極性,從而制約整個平臺的數據流通。這就涉及到數據主權歸屬問題。普通區塊鏈雖然在技術上實現了價值轉移,但卻避開了價值主權歸屬這一核心問題。

  (二)數據主權概念的提出

  對于國家層面而言,數據主權是指網絡空間中的國家主權的重要組成部分,體現了國家作為控制數據權的主體地位;對于個人和企業而言,數據主權是指數據所有者對于擁有數據進行管理和利用的獨立自主性,并且不受其他主體干涉[13]。區塊鏈數據主權是在構建信任基礎和數據權屬體系的前提下,利用區塊鏈本身的共識性和不變性來消除各方的數據狀態分歧,并引入可信的數據資產交易與交換環境,解決數據被任意復制的威脅,保障數據擁有者的合法權益[14]。

  在不改變數據權屬的前提下,區塊鏈數據主權還能夠對數據資源進行強保護,通過數據應用區塊鏈安全基礎芯片實現從“數據產生、數據流轉、數據使用、數據終端拷貝和展示”等全方位的保護,并且將進一步在數字金融、智能制造、供應鏈管理、國家電網、醫療、數字資產交易等領域施展拳腳[15~16]。

  (三)區塊鏈與數據主權技術集成

  1.區塊鏈數據主權管控平臺區塊鏈數據主權是一個控制和管理業務行為和其他屬性的平臺[17]。此平臺可以形成不同行業的區塊鏈繩網結構,也可以形成具有國家級甚至國際公信力的基礎區塊鏈平臺,避免了硬件資源的重復建設和后期運維。通過建立一個區塊鏈數據主權基礎設施,以提供安全管理和必要的邏輯來保護數據塊、從已處理的數據中獲得增量價值以及完成處理后的數據回收操作。重點是主權區塊鏈層,該層包括區塊數據存儲、區塊鏈網絡和區塊鏈網絡監控和維護等。其功能包括日志和數據索引的匯聚,以及在不可篡改的分布式帳本中數據流轉信息的記錄。區塊數據的存儲能夠確保實際數據駐留在原始存儲空間內,區塊鏈網絡監控和維護有助于確保主權區塊鏈層中組件的良好運行。

  2.塊數據通過啟動稱為塊數據(BlockData)的數據格式來禁止保管方在進行數據處理的同時有其他非授權的數據傳輸[17]。此結構設計意味著數據將駐留在其原始存儲庫中,同時封裝為塊數據格式,以便在處理前,處理中和處理后的全過程周期保留數據的原始性。

  3.數據處理環境為了支持區塊數據的安全處理,需要一種可信計算空間的安全數據處理環境[17]。將這些部分集成在一起可使主權區塊鏈基礎設施能夠支持整個系統的業務邏輯,以此獲得巨大學術和商業價值。

  四、區塊鏈數據主權技術的應用

  將數據主權的概念加入到區塊鏈的技術框架之中,可以很好地解決可信的數字身份證明、可靠的數據資產權屬認定及不可偽造的行為確認,實現“上鏈為先、鏈上為本、安全為基、業務先行”。接下來,通過幾個應用案例介紹區塊鏈主權技術的應用。

  (一)黨建工作創新推進

  黨建工作是黨的組織建設的重要環節,是基層完成各項任務、促進全面建設的重要保證。加強基層黨組織建設對于促進經濟發展社會和諧、提高廣大人民群眾的生活質量、維護黨在群眾中的形象、鞏固黨的執政地位都具有十分重要的意義。基于區塊鏈信任機制和可信數據存儲技術,實現黨員及黨組織信息的可信安全管理。區塊鏈對黨務工作中的過程、輸出成果、結論進行上鏈存證,可以真實了解工作的責任人,對工作的真實性、質量有明確的判斷,有效杜絕黨建工作中的造假行為。

  通過區塊鏈的智能合約搭建的考核評優庫,并對評價進行量化,形成黨員或組織的先進性指數。通過區塊鏈的可信數據存證及共識信任機制,構建公正、公平、公開的評價機制。通過透明可控的自定義評估模型,形成不可篡改的監督機制,達到黨員自主學習提高自己、主動積極為人民群眾服務、優質高效完成各類工作的目的,變被動為主動,形成良性循環。進一步提高基層黨組織的凝聚力和戰斗力,為黨建事業提供堅強的組織保證。

  (二)誠信檔案體系建設

  自黨的十九大以來,數字經濟、數字中國、數據執法等手段來提升政府和社會的治理能力成為當前科技創新應用的主旋律。擺在我們面前“如何加速全社會資源體的協調聯動、開放包容、資源共享、綠色發展、創新增長”,堅定實踐黨的五大發展理念,破解發展難題,厚植發展優勢則成為在技術選型、落地業態的重中之重。區塊鏈理念以價值互聯、可信互聯、征信互聯和全程監管為核心,向去中心化、公開透明、跨界融合、萬物互聯的多中心治理轉型,向全網背書、可靠可溯、多方信任、共建共享的公共基礎服務平臺升級。通過強化區塊鏈理念創新和科學實踐,將有力促進經濟社會智能化水平不斷提升,民生福祉持續增進。

  基于“提升政府治理能力大數據應用技術國家工程實驗室”總體規劃和建設目標,借助政府數據共享開放、數據應用增值的契機,可以形成以區塊鏈為基礎設施的電子證照鏈;結合基于電子證照鏈的身份識別與關聯,形成跨行業、跨業務、跨領域的行為記錄基礎數據庫;基于該基礎庫來構建數字中國的社會誠信檔案庫,并通過數據共享與管理,形成有序管理和合理調度政府資源并控制各類社會發展風險的基礎平臺,快速提升政府運轉效率和增強城市綠色發展能力。

  (三)鏈式統計體系建設

  隨著市場經濟體制的逐步完善,對統計工作的要求也越來越高,統計工作已然進入一個新的發展階段,統計部門不僅要為黨和政府決策統計基本的、重要的宏觀數據,而且要為廣大群眾了解國情、改善生活提供統計幫助和支持,還要為企業和社會提供統計應用服務。統計數據的開發和利用在政府統計工作中有著重要的意義。統計的信息化建設對于統計事業的發展、國家的信息建設具有非常重要的作用。統計信息化的發展以統計信息技術為支撐,其核心是統計信息系統的建設,同時這也是完善統計整體功能的技術保障。就目前的現狀來看,中國統計的網絡和硬件的建設已經取得驕人的成績,如實現了全部“三上”企業的聯網直報等,但是我國統計應用系統的建設卻相對比較滯后。

  由于統計數據量大、數據格式不統一、數據管理缺乏規范化、數據使用不夠充分、數據安全難以保障,統計部門在數據采集、存儲、管理、流轉四個方面缺乏系統性管理模式,使得所采集的數據開發利用及共享程度低,各部門之間形成了信息孤島。作為一種分布式數據庫,區塊鏈技術可以保障統計數據的完整性,打通各部門之間的數據壁壘,實現統計數據的合理共享、協同辦公,提高統計數據利用效率。區塊鏈的不可篡改的特性,保證了統計數據的安全性和真實性,它可以保證連接每一位統計干系人,可以追溯數據的來源真偽、統計行為等信息,讓統計數據流轉過程中全場景流通,解決統計數據流轉過程中數據源頭不真實、統計人員行為不規范等問題。

  區塊鏈技術具有全流程追溯的特性,能夠有效規避假數據,完善數據統計流程,確保數據源真實。向公眾公開數據是統計部門工作中的重點之一,通過多方數據哈希同步③的形式,能夠留下不可篡改且發生時間明確的數據記錄,有利于推進利用新媒體公布數據,實現所有政府統計調查結果數據的互聯網發布,為全社會廣泛使用統計資料提供可靠性、真實性的數據保障,使得統計政務公開真正地走向陽光、透明、可信。

  (四)金融創投新模式

  隨著社會的進步和時代的發展,基于區塊鏈技術本身所具有的優勢進行金融領域的創新發展已經逐漸成為金融產業領域中廣泛關注的焦點。區塊鏈能夠通過社會金融體系的變革改變現有的商業體系和商業模式,甚至極大地改變多邊商業網絡,從而實現一種使成本和風險取得大幅度降低的業務模式。但是,將區塊鏈技術應用到金融領域的過程中,也存在著諸多問題:(1)區塊鏈技術的安全性要依賴于大量可信的計算節點,確保這些節點不受到攻擊是一個難點;(2)區塊鏈技術與合作方之間存在著一定的信任問題;(3)如何有效地保障用戶的安全也是需要迫切解決的問題。在現代信息網絡技術迅猛發展的時代背景下,這給金融產業的信任感帶來了嚴峻的挑戰。

  區塊鏈數據主權技術相較于傳統區塊鏈技術在隱私性與安全性上有著更加符合金融領域需求的特點,采用數據主權區塊鏈特有的“可選擇性共享、敏感信息保護、機密類數據分類分級、多方密鑰共享”等大數據安全技術,可以有效保證用戶的隱私,提高信息共享的效率與安全性[18~19]。尤其是在金融創投領域中,區塊鏈數據主權技術所獨有的特點更加提高了用戶在投資、融資時對于隱秘性以及時效性的要求。

  (五)醫療數據隱私保護體系建設

  習近平強調,要探索“區塊鏈+”在民生領域的運用。例如,在人民關心的食品藥品安全領域,區塊鏈技術能夠幫助我們建立全過程可追溯、不可篡改的數據庫,以實現對食品藥品安全的精準監測。再如,在醫療健康領域,存在的一大問題就是無法全面準確地掌握投保人的真實健康狀況,因為投保人可能去不同醫院檢查治療,也可能去不同保險公司投保,如果能夠建一個相對應的區塊鏈實現各保險公司和各醫院在保障數據隱私性、安全性、可靠性基礎上的數據共享,無疑將極大促進醫療保險行業的發展。

  但是在這些領域內應用區塊鏈技術有一個突出問題:一旦數據落入非法用戶手中,用戶的醫療數據、家庭成員關系等個人信息將面臨著泄露的風險。這無疑將會給區塊鏈的應用帶來極大的困擾。針對這種問題,以醫療健康的數據共享場景為例,區塊鏈數據主權技術提出了相對完備的解決方案。區塊鏈數據主權技術在法律規制下滿足監管和隱私保護等需求,支持高吞吐量和數據分享,改進了普通區塊鏈低效的問題,是一個控制和管理業務行為和其他屬性的平臺。

  五、結語

  傳統互聯網關注信息的交換,而區塊鏈關注的則是價值的交換。在互聯網普及的時代,人們不僅通過網絡實現信息的交流,也進行著一些數字資產的價值交換、交易和轉移,甚至一些合同簽訂都直接在網絡上進行。區塊鏈通過智能合約以及對信息賦予所有權來完成價值的傳遞。在網絡中傳播的信息,可以隨意被復制粘貼,而區塊鏈數據主權技術通過給每個信息附加權屬標簽來進行所有權的認定,實現了資產的價值傳遞。任何技術都是手段而不是目的,我們不能為了運用該技術而忘記初心。區塊鏈技術也是如此,我們應在充分分析社會現狀以及行業背景的基礎上,研究區塊鏈在各行各業的應用方式,真正做到“取信于鏈、用信于民、存信于鏈”。

  互聯網技術論文:立足區塊鏈視角探究跨境電商問題解決方案

  如今跨境物流、跨境支付以及跨境貨品質量等問題,對于新型貿易模式的發展是非常不利的,為此文章中提出基于區塊鏈基礎上的相關技術探究,并結合物聯網技術,建立跨境貨物倉儲和運輸全程監控系統,利用區塊鏈的點對點傳輸和分布式共識算法,在跨境支付體系中流通通用數字貨幣,建立數字貨幣對等實物價值平臺,利用區塊鏈數據的不可篡改特性和時間戳技術,建立商品溯源電子標簽,實現對跨境貨物物流環節的全程監控。