基于区块链政务信息资源共享系统的设计

张大勇

摘要： 目前，电子政务存在着跨部门信息协同一致难和相互信任难的核心问题。传统的数据中心模式和点对点模式都存在缺陷。区块链是一种分布式账本技术，具有去中心化、可溯源、不可篡改性、集体维护性的特点。该文旨在将区块链技术与政务信息相结合，探讨出一种新型的电子政务共享信息系统，用以解决当前电子政务信息共享的难题。

关键词：区块链技术；信息共享；去中心化应用

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）28-0037-03

1 引言

隨着信息化的发展，电子政务已经是一个国家经济发展和产业升级的重要标志。电子政务中的信息资源共享是其中的主要内容。它的宗旨要求政府以服务对象为中心，实现各级各类政府跨部门，跨领域，跨平台之间完整及时的信息流转和业务的协同共享。政府基础信息是政府信息资源的重要组成部分，是政府信息资源共享和应用的核心内容，对跨部门业务协作和跨部门服务协同起关键支撑作用，具有基础性、基准性、标示性、开放性、完整性、稳定性等特征，包括人口、法人、地理空间、宏观经济、社会信用、自然环境等信息内容。长期以来，由于信息技术的限制、政府共享机制不健全，存在着跨部门之间难合作，信息共享范围小、效率低、业务协同困难等问题。因此需要一种更合理的运行模式来解决这些问题。

近年来，区块链成为技术创新的热词。应用区块链技术构建去中心化应用受到了越来越多的关注。国际货币基金组织再首份数字货币报告中指出，区块链具有改变金融的潜力；英国政府发行的《分布式账本技术：超越区块链》提出，将优先再传统金融行业应用区块链技术。5月20日我国发布的《2018中国区块链产业白皮书》，显示我国区块链产业生态初步形成，将成为“数字中国”建设的重要支撑。

本文基于区块链技术提出了一种去中心化的政府信息共享系统的设计方案。其结构如下：首先阐述政府信息资源共享的理论背景、实践模式及存在的问题，其次介绍区块链技术的内涵、特征和类型，然后设计了一种基于区块链技术的政务信息资源系统，最后对本文进行总结。

2 政务信息资源共享的研究

随着电子政务的不断发展，大部分政府都拥有自己独立的信息系统，但是部门间数据库重复建设现象严重，大量信息资源散落于各个部门系统中，互不连通，因此形成了大量的“信息孤岛”。在信息资源共享具体实践中，有两种交换模式：一种是点对点的信息共享模式，一种是信息资源管理中心的信息共享与交换模式。

这两种模式各有不同的特征和优缺点，也有各自适用的场景。但是业务复杂性的增加，政府部门条块分割，信息共享的安全性等问题，使得以上两种模式都不能有效解决当前的业务问题。因此，建立政务信息资源共享体系，实现可靠性高、快速、扩展性强、安全性强、大容量的政务信息资源交换共享，满足多部门、多领域、多业务及多数据结构的政务信息共享已经成为一项非常急迫的工作，也是促进“互联网+政务服务”的重要基础。

3 区块链的介绍

区块链本质上是一个去中心化的数据库，是一连串使用密码学方法产生相关联的数据块，每一个数据块中包含了一段实践内全网交易的信息，用于验证其信息的有效性（防伪）和生成下一个区块。所以说区块链是以去中心化和去信任的方式，来集体维护一个可靠数据库的技术方案。区块链中的每一个区块的结构如图1所示。

区块链系统由自上而下的数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。数据层封装了底层数据区块的链式结构，以及相关的非对称公私钥数据加密技术和时间戳技术，是整个区块链技术中最底层的数据机构。网络层包括分布式组网机制，数据传播机制和数据验证机制等。因为采用了完全P2P的组网技术，所以区块链是具有自动组网功能的。共识层主要封装网络节点的各类共识机制算法。共识机制算法是区块链技术的核心技术。激励层将经济因素集成到区块链技术体系中，主要包括经济激励的发行机制和分配机制等，该层主要出现在公有链中。合约层主要封装各类脚本，算法和智能合约，是区块链可编程性的基础。应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。其中数据层，网络层，和共识层是构建区块链应用的必要因素，否则不能称为真正意义上的区块链。而激励层，合约层和应用层则不是每个区块链应用的必要因素。

区块链的类型可以分为公有链，私有链和联盟链。所谓公有链，是指全世界任何人都可以在任何时候加入，任意读取数据，任何人都能发送交易能获得有效确认，任何人都能参与其中共识过程的区块链。私有链是指其写入权限由某个组织和机构控制的区块链。读取权限或者对外开放，或者被进行了任意程度的限制。联盟链是指其共识过程受到预选节点控制的区块链。本文采用了作为系统设计。

区块链具有可溯源，不可篡改，去中心化，高度安全等特点，能有效解决当前政务信息资源共享中存在的问题。

4 基于区块链的系统搭建

4.1 系统的概念模型

我国政府的组织机构可以分为“条条”部门和“块块部门”。“条条”部门指的是具有上下级关系的职能部门，“块块”部门指的是每一级地方政府内部按照管理内容划分的不同机构或部门。政府信息资源共享需要打破条块分割的信息壁垒，实现信息在各个部门之间的流通。图2是基于区块链电子政务信息资源共享的概念框架，组织机构之间通过节点互相连接，通过共识机制和智能合约自动实现数据的存储和更新。

4.2 系统的平台设计

本文以区块链为底层技术，链接政府的各个职能部门，构建去中心化的电子政务信息资源共享平台，促进信息流在各个节点的流通，提高各环节信息的透明度，建立互信高效的信息生态系统。

在系统中，采用联盟链这种类型。联盟链中的节点并不完全平等，只有按照规则筛选过的部分节点才能获得验证新区块及记账的权利，参与链上的共识机制。相比较公有链和私有链来讲，联盟链的适用范围更广，它结合了公有链的完全开放和私有链的高度集中，联盟内部首先指定多个预选节点和记账人，每个区块的生成是由所有的预选节点共同决定的，其他节点只能接入区块链负责交易，可以通过接口进行查询，但不参与共识过程。图3是系统的基于以太坊的去中心化应用架构，以太坊是一种区块链的实现，可以在上面进行区块链程序的开发。

以太坊区块链不仅存储数据和代码，每个节点中还包含一个虚拟机（EVM：Ethereum Virtual Machine）来执行合约代码。为了便于构建基于web的DApp，我们使用以太坊还提供的一个非常方便的JavaScript库web3.js，它封装了以太坊节点的API 协议，使开发者可以轻松地连接到区块链节点而不必编写烦琐的RPC（远程过程调用协议）协议包。我们可以在常用的JS框架 （比如 reactjs、angularjs 等）中直接引入该库来构建去中心化应用。

基于区块链的电子政务信息资源共享流程可分为如下五步：

1）生成智能合约

政府业务中心部门参与到区块链，每个部门都有一对公钥和私钥，保障其在区块链内的权限。各部门共同商定一份承诺，规定了双方的权利和义务，然后承诺进行编程，各部门使用各自的私钥签名以确保合约的有效性。在各部门共同认可后，选择某部门作为区块链的共识节点，由它代为执行把智能合约传入区块链网络中。

2）共享业务创建

当某个组织进行业务处理时，如信息增删，首先核实身份、信用状况等信息，之后用私钥进行数字签名，制成共享表单并记账，再向其他机构发起查询请求进行核实，最后通过P2P网络扩散到整个区块链上的相关业务机构。

3）共享表单验证

当共享表单传播至全网，每个机构都将收到的表单暂时缓存到区块中。只要有一个部门查询到以前该信息的共享表单，就把所有加盖时间戳的该区块记录的表单传播给全网，并由全网其他机构核对，最后生成共享总表单。

4）共享表单反馈

在通过节点上的组织机构验证信息后，通过数字签名反馈给请求机构，对已有信息进行提醒，避免重录信息，反馈残缺信息，揭发有误信息，从而使请求部门做出合理的决策。

5）共享总表单备份

区块链节点上的各个政府组织机构对共享表单进行签名后，并且通过P2P传播验证，汇成共享总表单，通过共识节点上传至区块链，然后区块链通过智能合约进行备份且不可篡改，可以安全可靠地方便下次共享的需要。

4.3 基于区块链电子政务信息资源共享系统的特征

基于区块链电子政务信息资源共享系统的特征有如下几个特征：

1）安全性高

由于是去中心化的应用，单个节点出现故障或受到攻击并不会使整个系统受到影响。账本记录无法被摧毁。

2）信用性好

阻碍政府间信息共享一个比较大的因素就是信用问题。由于缺乏信任，业务协同共享难，信息共享效率低。由于区块链上的区块记录了整个链上的数据记录，具有可溯源性，消除了信息不对称性，提高各部门的信任度。因此从整体上降低了系统的信任风险。

3）可拓展性好

其他部门可通过加入區块链扩大信息共享范围，提高信息利用率。

5 总结

随着电子政务的快速发展，业务的复杂性越来越高。传统的电子政务信息共享模式无法满足现有的需求。本文针对传统电子政务信息资源共享中信任度低，信息交互不及时等痛点，结合区块链技术的核心优势，提出了基于区块链电子政务信息资源共享系统的设计，解决了当前信息共享存在一些难题。然而在实际应用中，还需结合具体的实际情况面临更复杂的问题。但是随着区块链技术不断成熟，区块链在电子政务信息资源共享方面将发挥更大的作用。

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