省級區(qū)塊鏈平臺設(shè)計與研究

文｜歐陽歡 李源

區(qū)塊鏈作為新興的信息技術(shù)，具有“不可篡改、全程留痕、可溯源”等技術(shù)特點，可有效賦能電子政務(wù)，有助于政務(wù)管理的扁平化與高效化。采用區(qū)塊鏈技術(shù)是確保政務(wù)信息的有效性、準確性、完整性、保密性和可控性重要技術(shù)保障措施，是實現(xiàn)政務(wù)數(shù)據(jù)公開、各級部門間及各部門內(nèi)部數(shù)據(jù)的交換與共享，政務(wù)數(shù)據(jù)資源得以共享開放、規(guī)范化、平臺化應(yīng)用的關(guān)鍵。對于監(jiān)管模式創(chuàng)新、增強政府公信力、提升了政府治理能力和權(quán)威性，具有重要的現(xiàn)實意義。

區(qū)塊鏈技術(shù)作為新生事物和處在應(yīng)用初始階段，繁多的區(qū)塊鏈產(chǎn)品在安全性、開放性、健壯性等方面參差不齊，不同的區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)不一、數(shù)據(jù)跨鏈共享困難。若各部門分頭建設(shè)，不僅技術(shù)選型困難，且容易造成全省建設(shè)的同質(zhì)化、碎片化、低效化，從而導致形成大量“孤島”與“煙囪”。因此，需建設(shè)省級統(tǒng)一區(qū)塊鏈平臺，為各省直部門區(qū)塊鏈應(yīng)用建設(shè)提供基礎(chǔ)能力支撐。

一、區(qū)塊鏈政務(wù)應(yīng)用現(xiàn)狀

區(qū)塊鏈作為下一代全球信用認證和價值互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)協(xié)議之一，被大家公認為是改變業(yè)務(wù)乃至組織運作方式的重大突破性技術(shù)，受到各國政府和各大組織的重視，越來越多的政府機構(gòu)和行業(yè)部門開始探索區(qū)塊鏈在各個行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，如何將區(qū)塊鏈應(yīng)用于數(shù)字政府也成為探討的重點方向之一。

（一）各國政府探索區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用

美國喬治亞州利用區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)減少財產(chǎn)注冊費，保證土地所有權(quán)安全地交易。愛沙尼亞的“數(shù)字國家”計劃通過區(qū)塊鏈進行數(shù)字公民治理，實踐去中心化的區(qū)塊鏈思想和技術(shù)，利用區(qū)塊鏈、人工智能、大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)，建立全球首個完全基于數(shù)字空間及共識、沒有物理邊界的數(shù)字國家。迪拜政府通過與IBM、ConsenSys（全球性區(qū)塊鏈技術(shù)公司）等公司進行合作，利用區(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)造新產(chǎn)業(yè)、加速政務(wù)效率。英國政府認為區(qū)塊鏈及其分布式賬本技術(shù)有著顛覆性潛力，能夠給政府、其他地方性和區(qū)域性權(quán)力機構(gòu)帶來更多的機會，可以提高政府機構(gòu)與公民交易的透明度，降低市場摩擦，使中心企業(yè)更容易與地方和國家的權(quán)力機構(gòu)互動，通過第三方推廣新的應(yīng)用，提供更高效的方法用于構(gòu)建和執(zhí)行業(yè)務(wù)等。阿聯(lián)酋政府相信通過區(qū)塊鏈可以提升服務(wù)能力，建設(shè)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的文件管理系統(tǒng)，開發(fā)能夠“提高文件交易速度、交互性、和可靠性”的工具，依靠區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化特性，可省去數(shù)據(jù)處理中心，進而節(jié)省設(shè)備維護費用，降低文件管理及交易成本。

（二）區(qū)塊鏈技術(shù)在我國政務(wù)行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展

目前我國廣東、吉林、西安、山東等16個省市均實現(xiàn)了區(qū)塊鏈在政務(wù)方面的應(yīng)用落地，北京、深圳的項目落地數(shù)量分別占第一、第二位。區(qū)塊鏈政務(wù)應(yīng)用場景包括數(shù)字身份、電子存證、電子票據(jù)、產(chǎn)權(quán)登記、工商注冊、數(shù)據(jù)共享、涉公監(jiān)管、行政審批、政府審計、數(shù)據(jù)共享、出口監(jiān)管等。

青島是較早推行區(qū)塊鏈技術(shù)的城市之一，推出了基于區(qū)塊鏈且集成全自動化物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的城市垃圾分類回收系統(tǒng)。北京市已上線基于區(qū)塊鏈技術(shù)的不動產(chǎn)登記信息平臺，推出“區(qū)塊鏈+不動產(chǎn)登記”的多個應(yīng)用場景。雄安新區(qū)打造基于區(qū)塊鏈的建設(shè)資金管理和征拆遷安置資金的應(yīng)用平臺，將銀行、政府、勞務(wù)公司、征拆遷群眾、工程公司等多方數(shù)據(jù)上鏈，打造基于區(qū)塊鏈的多系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)協(xié)同與跨鏈互通。深圳市上線統(tǒng)一政務(wù)服務(wù)APP——“i深圳”，發(fā)布基于區(qū)塊鏈電子證照應(yīng)用平臺，該平臺將電子證照系統(tǒng)與區(qū)塊鏈技術(shù)相結(jié)合，借助區(qū)塊鏈的去中心化同步記賬、身份認證、數(shù)據(jù)加密和不可篡改等特征，確保電子證照信息可信任、可追溯。重慶市上線基于區(qū)塊鏈的政務(wù)服務(wù)平臺，使得在重慶注冊公司的時間可從原來的十幾天縮短到最快只需要3天。杭州市打造全國首個基于區(qū)塊鏈的電子印章應(yīng)用平臺，將杭州市的企業(yè)電子印章脫敏上鏈，實現(xiàn)實體印章與區(qū)塊鏈電子印章一一對應(yīng)，記錄使用印章過程，過程真實可追溯且不可篡改，杜絕電子“蘿卜章”風險。

二、省級區(qū)塊鏈平臺設(shè)計

（一）省級區(qū)塊鏈基礎(chǔ)平臺設(shè)計

省級區(qū)塊鏈基礎(chǔ)平臺在整體設(shè)計架構(gòu)上采用模塊化的分層架構(gòu)。模塊化和分層的設(shè)計理念將整個區(qū)塊鏈系統(tǒng)劃分成處于不同層次的多個組件，組件與組件之間、層與層之間通過標準的接口相互通信和協(xié)作。每個組件內(nèi)部的邏輯和具體實現(xiàn)對其他組件是不可見的；每一層由若干個相互密切配合或可替代的組件構(gòu)成， 對于其他層也是不可見的。模塊化的設(shè)計和分層架構(gòu)有利于獨立開發(fā)、測試、升級單個的組件，并可根據(jù)具體的需求在多個可互相替代的模塊中隨意選擇，在降低研發(fā)成本和縮短開發(fā)周期的同時亦可提高系統(tǒng)的可用性、安全性、可擴展性。

分層的體系結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)中復雜的業(yè)務(wù)邏輯與數(shù)據(jù)邏輯相分離，分布式應(yīng)用的開發(fā)者無須過于關(guān)注底層的區(qū)塊鏈所采用的共識算法和處理邏輯的細節(jié)，可以大大降低應(yīng)用開發(fā)的成本和時間。此外，分層的架構(gòu)還有利于業(yè)務(wù)應(yīng)用的擴展和遷移，同時也便于在業(yè)務(wù)應(yīng)用不受影響的情況下對底層的區(qū)塊鏈共識系統(tǒng)進行升級和擴容等。在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器上，采用軟、硬件的集群技術(shù)，使系統(tǒng)整體性能可以得到進一步提升。

省級區(qū)塊鏈基礎(chǔ)平臺的整體架構(gòu)自下而上共可劃分為下列幾個層次。

基礎(chǔ)層：區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法庫。為共識層提供包括數(shù)據(jù)存儲、網(wǎng)絡(luò)通信、密碼學運算（包括加密/簽名/驗簽/哈希摘要等）在內(nèi)的各種基本服務(wù)。

共識層：實現(xiàn)區(qū)塊鏈共識的核心邏輯。本層又分為三部分。

區(qū)塊結(jié)構(gòu)層：驗證交易和區(qū)塊的有效性，打包生成新區(qū)塊，維護有效區(qū)塊經(jīng)由哈希引用關(guān)系形成的拓撲結(jié)構(gòu)圖。包括交易池、區(qū)塊打包引擎、區(qū)塊驗證引擎，區(qū)塊拓撲結(jié)構(gòu)存儲模塊等。

定序共識層：對區(qū)塊結(jié)構(gòu)層的所有（已驗證有效的）區(qū)塊進行全排序，實現(xiàn)關(guān)于所有有效區(qū)塊的先后順序的共識。對區(qū)塊的全排序?qū)⒆匀坏卮_定所有交易的先后順序。

狀態(tài)共識層：按照定序共識層排好的順序執(zhí)行交易并更新系統(tǒng)狀態(tài)，維護所有共識節(jié)點對于當前狀態(tài)的共識。

接口層：面向應(yīng)用開發(fā)者，提供 RPC 接口和 SDK等接口服務(wù)；面向管理者提供配置區(qū)塊鏈系統(tǒng)參數(shù)、管理賬號和節(jié)點權(quán)限等控制接口。

（二）省級區(qū)塊鏈管理平臺（BaaS）設(shè)計

省級區(qū)塊鏈管理平臺是為快速推進基于區(qū)塊鏈的政務(wù)應(yīng)用，建立政務(wù)區(qū)塊鏈應(yīng)用所需的開發(fā)環(huán)境，提供基于政務(wù)區(qū)塊鏈的搜索查詢、交易提交、數(shù)據(jù)分析等一系列鏈上操作服務(wù)，便于創(chuàng)建、部署、運行和監(jiān)控政務(wù)區(qū)塊鏈，省級區(qū)塊鏈管理平臺采用分層架構(gòu)設(shè)計方案，來為使用單位提供全方位的區(qū)塊鏈服務(wù)，并幫助政務(wù)區(qū)塊鏈應(yīng)用開發(fā)者快速構(gòu)建與優(yōu)化基于區(qū)塊鏈的政務(wù)應(yīng)用。省級區(qū)塊鏈管理平臺是用戶管理區(qū)塊鏈環(huán)境的一站式平臺，為區(qū)塊鏈應(yīng)用提供快速部署應(yīng)用、節(jié)點管理、區(qū)塊鏈配置和管理、運維監(jiān)控等服務(wù)。省級區(qū)塊鏈管理平臺包含如下功能。

政務(wù)區(qū)塊鏈管理與運維提供聯(lián)盟管理、區(qū)塊鏈管理和智能運維等功能。

合約管理與服務(wù)提供分組管理、合約列表、合約配置管理、合約管理、合約編輯與部署等功能，管理智能合約的分組、上傳、發(fā)布、審核、安裝、初始化。

開發(fā)支撐環(huán)境為智能合約開發(fā)提供簡單、高效的集成環(huán)境，支持創(chuàng)建、編譯、部署、調(diào)用智能合約項目。

三、總結(jié)

采用集約化建設(shè)方式搭建省級區(qū)塊鏈平臺，支撐省級所有政府項目的區(qū)塊鏈開發(fā)，滿足各廳局應(yīng)用上鏈需求，可有效避免重復投資。借助區(qū)塊鏈的分布式同步記賬、身份認證、數(shù)據(jù)加密等特征，實現(xiàn)上鏈數(shù)據(jù)的可信任、可追溯，同時實現(xiàn)各參與主體共同維護、監(jiān)督平臺，不僅可有效解決政府部門間數(shù)據(jù)共享的信任問題，而且將在優(yōu)化政務(wù)服務(wù)流程、促進政務(wù)數(shù)據(jù)共享、降低“數(shù)字政府”運營成本、提升政務(wù)協(xié)同工作效率等方面發(fā)揮重要作用。