区块链数据主权技术与应用

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[电子科技大学 成都 611731]

引言

区块链的概念雏形最早出现在20世纪90年代初期。1991年，Stuart Haber和W.Scott Stornetta等描述了第一个基于密码技术的数据区块应用，用以实现一个分布式文件系统，并加以文档时间戳来防篡改、防伪造、防抵赖[1～2]。1992年，Bayer、Haber和Stornetta将Merkle树融入到这个设计中，通过将多个文档证书形成一个区块来提高数据记录的效率[1～2]。

随着互联网技术的发展和普及，直到2008年，中本聪（Satoshi Nakamoto）实现了基于以上思想的第一个实例，发表了题为《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》[3]的白皮书。文中提出了一种依靠密码技术和计算方法实现和纸币现金一样的电子现金机制，也就是后来区块链技术的核心，即任何人可以在不知道对方背景信息的情况下进行交易，且不需要第三方介入。2008年11月，中本聪在“Sourceforge.org”网站注册了比特币（Bitcoin）项目，并于2009年的1月3日在芬兰出现了序号为0的比特币区块（又称创世区块）。2009年1月9日，序号为1的比特币区块被顺序挖出，该区块与序号为0的创世区块按时间顺序相连后形成了链，这标志着一种实例化的数字货币区块链的诞生。事实上，比特币可以视为区块链技术的一个典型实例。

区块链所提供的记录并传达价值的新方式，能够让价值传递变得更加透明、民主、高效、安全和去中心化，因此，区块链技术将可能通过技术构建信任及遍布全程的信任传递，从而真正做到提供一种颠覆人类社会传统价值传递的新方式。

2019年10月24日，中共中央政治局就区块链技术发展现状和趋势进行第十八次集体学习[4]。中共中央总书记习近平在主持学习时强调，区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用。要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，明确主攻方向，加大投入力度，着力攻克一批关键核心技术，加快推动区块链技术和产业创新发展。

目前主要的区块链技术面临着诸如数据处理效率、数据流通等方面的问题。共识机制和数据流通，即我们说的TPS(Transaction Per Second)，而效率问题是制约区块链进一步应用和推广的瓶颈和难点。所以本文将数据权属的概念引入到区块链技术框架中。在构建信任基础与数据权属的前提下，利用区块链技术更好地处理数据，保障链上链下协同的数据流通及数据内容安全，促进数据的开放、共享与流通。

一、互联网信息生态发展

信息涵盖人类社会各类价值传播的一切内容。自人类诞生以来，物质和信息就是人类发展的首要支柱。在人类社会发展的各个阶段中，人类文明的每一次进步，都是信息化技术革命推动的结果：语言符号推动了原始工具的出现；文字推动了工具的发明和革新，让知识呈现出了结构性的分布；文艺复兴又进一步推动了资本主义的进程，让自然科学获得了快速发展。人类历史进程中所发生的工业化革命，更能体现出信息化对人类社会发展的影响。

（一）互联网1.0：信息数字化

信息数字化是信息由模拟形式变成数字形式的过程。当今世界是信息化的世界，信息的传递必然要以数字化的方式在网络中承载。20世纪40年代，美国数学家、信息论的创始人香农博士就证明了采样定理，从而为信息数字化的发展奠定了理论基础。数字化技术将物理世界映射为数字世界，从获取信息、谈话交流、到电子商务再到资源共享，越来越多的真实行为被映射到一个以信息为对象的、具有类似物质世界属性的虚拟数字世界。所有可以被数字化的信息，即一切物质世界中的“事实”皆可以被区块链记录下来。

（二）互联网2.0：信用价值化

信用，是指依附在人与人之间、单位之间和商品交易之间形成的一种相互信任的生产关系和社会关系。而由这种社会关系产生的个人信用价值，不但是个人品质的内在要求，更是实现自己价值的重要保障。

在数字化世界里，信用价值的好坏将得到最精准的体现，从而与我们每一个个体的工作和生活产生密切的关联，这就是“信用变现”。具体来说，它是指将个人信用的好坏与数字世界的信贷、租赁、出行、社交等实现挂钩，实现信用的价值属性。如阿里巴巴公司推出的“芝麻信用积分”，就是将用户的金融行为、出行行为、环保行为等转换为信用价值并在数字世界使用的一种量化体系。通过区块链的事实承载来构建信用，并反哺到业务系统中，再通过区块链管区块链的方式，在基于区块链的信用价值化和价值传递过程中，做到“取信于链，用信于民，存信于链”。

（三）互联网3.0：行为秩序化

秩序的原意是指有条理、不混乱的情况。美国法学家埃德加·博登海默（Edgar Bodenheimer）在《法理学——法律哲学与法律方法》一书中认为，秩序意指在自然进程和社会进程中都存在着某种程序的一致性、连续性和确定性。一般而言，秩序可以分为自然秩序和社会秩序。其中，社会秩序是指动态有序平衡的社会状态[5]。中国古代思想家们提出的“治”，就表示社会的有序状态和社会秩序的维护与巩固，“乱”则表示社会秩序的破坏和社会的无序状态[6]。

在数字化时代，物质世界正在被各种新技术如互联网、物联网、移动互联网、AR/VR、区块链这样的数字化技术和工具所重构。

区块链通过保障网络中的数据传递都是用户行为驱动的数据合规流转，达到行为秩序化，从而在信息互联网和价值互联网之上构建秩序互联网。区块链技术中的共识机制一旦运行，程序将代替人类来执行事务流程并不能被篡改。区块链技术也将与大数据、人工智能一起，成为社会底层道德规范约束的基础，它从道德规范约束、行为大数据分析、人工智能决策三个方面构建一个面向未来的新型的智能化、秩序化社会。

（四）区块链助力互联网时代新飞跃

在数字化的世界里，区块链技术将融合前几次工业革命的成果，将我们带到第四次工业革命的“门口”。凭借其技术特性，区块链技术可以确保信息的真实性，并且使数据具有可追溯性，为信用评分提供强大的引擎支持。通过构建整体性、自洽性的数字空间，将治理规则包含到技术代码中，区块链技术会进一步延伸到数字金融、物联网、智能制造、供应链管理、数字资产交易等多个领域，使信息化与工业化深度融合，加快实现互联网从1.0、2.0时代到3.0时代的跨越，带领人类社会进入深度感知、智慧决策、自动执行的秩序互联网新世界。

二、区块链技术

区块链技术是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等技术的集成应用[7～8]，是使用密码技术将共识确认过的区块按顺序追加而形成的分布式账本。除了众所周知的去中心化，去信任化，信息透明、身份匿名，不可篡改、可追溯以及集体维护等特点外，合约理论（Contract Theory）和博弈论（Game Theory）也在区块链技术体系中发挥着重要作用。图1展示了区块链3.0架构。

图1 区块链3.0架构

（一）合约理论

2016年10月10日，2016年度诺贝尔经济学奖授予哈佛大学的Oliver Hart和麻省理工学院的Bengt Holmstrom，以表彰他们对合约理论所做出的贡献。该理论主要研究在信息不对称情况下，如何设计最优的合约，最终达到全局最优[9]。

在区块链去中心化市场中，存在着两个市场：一个是以区块链作为账本，记录系统（电子现金、房产、企业操作系统等）的资源交易市场；另一个是矿工在共识机制约束下，通过竞争记账权来获得手续费的区块链记账服务交易市场。这两个市场行为和两个市场之间的内在联系，体现在手续费与系统资源的市值之间的关系。

去中心化意味着交易参与各方的点对点平等。从合约理论的角度来看，共识机制即是约束区块链这个去中心化市场中各方参与竞争的合约安排。共识机制在去中心化的思想下解决了节点间相互信任的问题，是约束节点之间成本投入和收入分配的核心规则[10～12]。合约约束区块链这种新型的点对点、看似松散的交易环境，在没有中心化机构存在下的合约安排，更能在竞争环境下降低交易费用，比如沟通、争抢客户、协调分配引起的浪费时间等。

因此，从合约的角度来看待区块链，这就是去中心化的、点对点的区块链市场中没有中心化公司的存在，却依然可以正常运转的原因，区块链市场与一般市场的组织模式如图2所示。

图2 一般市场和区块链市场的组织模式

（二）博弈论概念

博弈论，又称为对策论。主要研究公式化了的激励结构间的相互作用，是研究具有斗争或竞争性质现象的数学理论和方法。

一个以道德为基础构建的信任系统是难以想象的。那么区块链系统如何约束矿工的恶意分叉行为？如果一个矿工企图通过创建一个区块来恶意制造分叉，由于“最长链原则”，那么想让这个区块合法的方法就是让大多数人认同这个区块，并在该分叉链上继续进行交易。该矿工如果没有巨大的算力，便很难使自己的区块合法化。协调博弈论指出，如果一个群体中的大多数人不改变自己的状态，那么少数人就不会有任何动机改变。所以并不是矿工无法作恶，而是作恶的代价很大。

除此之外，博弈论领域中的机制设计对区块链的未来有着关键作用。由于区块链的透明、可信，以及智能合约的自动执行，在智能合约的设计过程中加入机制设计，每个区块链的应用都包含着博弈论的思想，使区块链技术得到进一步的发展与完善。

三、区块链与数据主权

区块链对于所有数据类型都具有包容特性，能够解决多领域、多场景、多业务下的无信任或信任最小化的痛点问题。但大多数区块链相对于传统解决方式而言，仍然面临着一些技术难题。

（一）区块链的技术难题

1.低效的数据处理

数据处理的低效性一直是区块链技术大范围普及的障碍。譬如比特币区块链平均需要10分钟来创建新的区块，并且在它之上大约6个区块后，该区块内的交易才会被认定为已结算。这是出于安全和经济原因，即避免双花现象①以及让具备强大算力的矿工②们在所需的设定时间内不会消耗掉所有的加密货币。

但对于其他用途的区块链来说，这或许就会产生不同的影响差异。考虑一个旨在实现关键系统之间实时协作的区块链，确认或服务请求的一小时的时间跨度在诸多实时场景下是不可接受的。假设现在需要考虑到数据密集型政府部门之间的协作，那么数据的正确性，流程的效率性和用户的责任感显得更为重要，因此必须创造具备高适用性的框架来管理数据的全生命周期。

2.数据流通问题

我国在数据流通方面存在共享不畅、数据“打架”等问题，传输、更新和其他操作也极容易通过暴露业务逻辑以及在每个回合生成的专有算法等造成“数据关联”而形成大范围的“敏感信息泄漏”。未经授权的数据披露、访问和修改、不一致和错误只是数据面临的部分威胁。

在常规的数据平台中，为保证数据流通，数据所有者需要向参与方提供数据源。而数据天生具有“复制即拥有”的特征。数据使用者有条件复制或保存所有流经的数据，会影响数据所有者提供数据的积极性，从而制约整个平台的数据流通。这就涉及到数据主权归属问题。普通区块链虽然在技术上实现了价值转移，但却避开了价值主权归属这一核心问题。

（二）数据主权概念的提出

对于国家层面而言，数据主权是指网络空间中的国家主权的重要组成部分，体现了国家作为控制数据权的主体地位；对于个人和企业而言，数据主权是指数据所有者对于拥有数据进行管理和利用的独立自主性，并且不受其他主体干涉[13]。

区块链数据主权是在构建信任基础和数据权属体系的前提下，利用区块链本身的共识性和不变性来消除各方的数据状态分歧，并引入可信的数据资产交易与交换环境，解决数据被任意复制的威胁，保障数据拥有者的合法权益[14]。在不改变数据权属的前提下，区块链数据主权还能够对数据资源进行强保护，通过数据应用区块链安全基础芯片实现从“数据产生、数据流转、数据使用、数据终端拷贝和展示”等全方位的保护，并且将进一步在数字金融、智能制造、供应链管理、国家电网、医疗、数字资产交易等领域施展拳脚[15～16]。

（三）区块链与数据主权技术集成

1.区块链数据主权管控平台

区块链数据主权是一个控制和管理业务行为和其他属性的平台[17]。此平台可以形成不同行业的区块链绳网结构，也可以形成具有国家级甚至国际公信力的基础区块链平台，避免了硬件资源的重复建设和后期运维。通过建立一个区块链数据主权基础设施，以提供安全管理和必要的逻辑来保护数据块、从已处理的数据中获得增量价值以及完成处理后的数据回收操作。

在图3所示的区块链数据主权平台结构中，重点是主权区块链层，该层包括区块数据存储、区块链网络和区块链网络监控和维护等。其功能包括日志和数据索引的汇聚，以及在不可篡改的分布式帐本中数据流转信息的记录。区块数据的存储能够确保实际数据驻留在原始存储空间内，区块链网络监控和维护有助于确保主权区块链层中组件的良好运行。

2.块数据

通过启动称为块数据（BlockData）的数据格式来禁止保管方在进行数据处理的同时有其他非授权的数据传输[17]。此结构设计意味着数据将驻留在其原始存储库中，同时封装为块数据格式，以便在处理前，处理中和处理后的全过程周期保留数据的原始性。

图3 区块链数据主权管控平台结构

3.数据处理环境

为了支持区块数据的安全处理，需要一种可信计算空间的安全数据处理环境[17]。将这些部分集成在一起可使主权区块链基础设施能够支持整个系统的业务逻辑，以此获得巨大学术和商业价值，如图4所示。

图4 可信计算空间的体系结构

四、区块链数据主权技术的应用

将数据主权的概念加入到区块链的技术框架之中，可以很好地解决可信的数字身份证明、可靠的数据资产权属认定及不可伪造的行为确认，实现“上链为先、链上为本、安全为基、业务先行”。接下来，通过几个应用案例介绍区块链主权技术的应用。

（一）党建工作创新推进

党建工作是党的组织建设的重要环节，是基层完成各项任务、促进全面建设的重要保证。加强基层党组织建设对于促进经济发展社会和谐、提高广大人民群众的生活质量、维护党在群众中的形象、巩固党的执政地位都具有十分重要的意义。

基于区块链信任机制和可信数据存储技术，实现党员及党组织信息的可信安全管理。区块链对党务工作中的过程、输出成果、结论进行上链存证，可以真实了解工作的责任人，对工作的真实性、质量有明确的判断，有效杜绝党建工作中的造假行为。

通过区块链的智能合约搭建的考核评优库，并对评价进行量化，形成党员或组织的先进性指数。通过区块链的可信数据存证及共识信任机制，构建公正、公平、公开的评价机制。通过透明可控的自定义评估模型，形成不可篡改的监督机制，达到党员自主学习提高自己、主动积极为人民群众服务、优质高效完成各类工作的目的，变被动为主动，形成良性循环。进一步提高基层党组织的凝聚力和战斗力，为党建事业提供坚强的组织保证。

（二）诚信档案体系建设

自党的十九大以来，数字经济、数字中国、数据执法等手段来提升政府和社会的治理能力成为当前科技创新应用的主旋律。摆在我们面前“如何加速全社会资源体的协调联动、开放包容、资源共享、绿色发展、创新增长”，坚定实践党的五大发展理念，破解发展难题，厚植发展优势则成为在技术选型、落地业态的重中之重。

区块链理念以价值互联、可信互联、征信互联和全程监管为核心，向去中心化、公开透明、跨界融合、万物互联的多中心治理转型，向全网背书、可靠可溯、多方信任、共建共享的公共基础服务平台升级。通过强化区块链理念创新和科学实践，将有力促进经济社会智能化水平不断提升，民生福祉持续增进。

基于“提升政府治理能力大数据应用技术国家工程实验室”总体规划和建设目标，借助政府数据共享开放、数据应用增值的契机，可以形成以区块链为基础设施的电子证照链；结合基于电子证照链的身份识别与关联，形成跨行业、跨业务、跨领域的行为记录基础数据库；基于该基础库来构建数字中国的社会诚信档案库，并通过数据共享与管理，形成有序管理和合理调度政府资源并控制各类社会发展风险的基础平台，快速提升政府运转效率和增强城市绿色发展能力。

（三）链式统计体系建设

随着市场经济体制的逐步完善，对统计工作的要求也越来越高，统计工作已然进入一个新的发展阶段，统计部门不仅要为党和政府决策统计基本的、重要的宏观数据，而且要为广大群众了解国情、改善生活提供统计帮助和支持，还要为企业和社会提供统计应用服务。统计数据的开发和利用在政府统计工作中有着重要的意义。统计的信息化建设对于统计事业的发展、国家的信息建设具有非常重要的作用。统计信息化的发展以统计信息技术为支撑，其核心是统计信息系统的建设，同时这也是完善统计整体功能的技术保障。就目前的现状来看，中国统计的网络和硬件的建设已经取得骄人的成绩，如实现了全部“三上”企业的联网直报等，但是我国统计应用系统的建设却相对比较滞后。由于统计数据量大、数据格式不统一、数据管理缺乏规范化、数据使用不够充分、数据安全难以保障，统计部门在数据采集、存储、管理、流转四个方面缺乏系统性管理模式，使得所采集的数据开发利用及共享程度低，各部门之间形成了信息孤岛。

作为一种分布式数据库，区块链技术可以保障统计数据的完整性，打通各部门之间的数据壁垒，实现统计数据的合理共享、协同办公，提高统计数据利用效率。区块链的不可篡改的特性，保证了统计数据的安全性和真实性，它可以保证连接每一位统计干系人，可以追溯数据的来源真伪、统计行为等信息，让统计数据流转过程中全场景流通，解决统计数据流转过程中数据源头不真实、统计人员行为不规范等问题。区块链技术具有全流程追溯的特性，能够有效规避假数据，完善数据统计流程，确保数据源真实。向公众公开数据是统计部门工作中的重点之一，通过多方数据哈希同步③的形式，能够留下不可篡改且发生时间明确的数据记录，有利于推进利用新媒体公布数据，实现所有政府统计调查结果数据的互联网发布，为全社会广泛使用统计资料提供可靠性、真实性的数据保障，使得统计政务公开真正地走向阳光、透明、可信。

（四）金融创投新模式

随着社会的进步和时代的发展，基于区块链技术本身所具有的优势进行金融领域的创新发展已经逐渐成为金融产业领域中广泛关注的焦点。区块链能够通过社会金融体系的变革改变现有的商业体系和商业模式，甚至极大地改变多边商业网络，从而实现一种使成本和风险取得大幅度降低的业务模式。

但是，将区块链技术应用到金融领域的过程中，也存在着诸多问题：（1）区块链技术的安全性要依赖于大量可信的计算节点，确保这些节点不受到攻击是一个难点；（2）区块链技术与合作方之间存在着一定的信任问题；（3）如何有效地保障用户的安全也是需要迫切解决的问题。在现代信息网络技术迅猛发展的时代背景下，这给金融产业的信任感带来了严峻的挑战。

区块链数据主权技术相较于传统区块链技术在隐私性与安全性上有着更加符合金融领域需求的特点，采用数据主权区块链特有的“可选择性共享、敏感信息保护、机密类数据分类分级、多方密钥共享”等大数据安全技术，可以有效保证用户的隐私，提高信息共享的效率与安全性[18～19]。尤其是在金融创投领域中，区块链数据主权技术所独有的特点更加提高了用户在投资、融资时对于隐秘性以及时效性的要求。

（五）医疗数据隐私保护体系建设

习近平强调，要探索“区块链+”在民生领域的运用。例如，在人民关心的食品药品安全领域，区块链技术能够帮助我们建立全过程可追溯、不可篡改的数据库，以实现对食品药品安全的精准监测。再如，在医疗健康领域，存在的一大问题就是无法全面准确地掌握投保人的真实健康状况，因为投保人可能去不同医院检查治疗，也可能去不同保险公司投保，如果能够建一个相对应的区块链实现各保险公司和各医院在保障数据隐私性、安全性、可靠性基础上的数据共享，无疑将极大促进医疗保险行业的发展。

但是在这些领域内应用区块链技术有一个突出问题：一旦数据落入非法用户手中，用户的医疗数据、家庭成员关系等个人信息将面临着泄露的风险。这无疑将会给区块链的应用带来极大的困扰。针对这种问题，以医疗健康的数据共享场景为例，区块链数据主权技术提出了相对完备的解决方案。区块链数据主权技术在法律规制下满足监管和隐私保护等需求，支持高吞吐量和数据分享，改进了普通区块链低效的问题，是一个控制和管理业务行为和其他属性的平台。

五、结语

传统互联网关注信息的交换，而区块链关注的则是价值的交换。在互联网普及的时代，人们不仅通过网络实现信息的交流，也进行着一些数字资产的价值交换、交易和转移，甚至一些合同签订都直接在网络上进行。区块链通过智能合约以及对信息赋予所有权来完成价值的传递。在网络中传播的信息，可以随意被复制粘贴，而区块链数据主权技术通过给每个信息附加权属标签来进行所有权的认定，实现了资产的价值传递。

任何技术都是手段而不是目的，我们不能为了运用该技术而忘记初心。区块链技术也是如此，我们应在充分分析社会现状以及行业背景的基础上，研究区块链在各行各业的应用方式，真正做到“取信于链、用信于民、存信于链”。

注释

①双花问题（Double Spending）即双重支付，是指一笔数字现金在交易中被重复使用的现象。

②矿工是指尝试创建区块并添加到区块链上的人或者机器（这个词同时也指代做这个事情的软件）。

③哈希同步即一致性哈希1997年由麻省理工学院提出，是一种特殊的哈希算法，在移除或者添加一个服务器时，能够尽可能小地改变已存在的服务请求与处理请求服务器之间的映射关系 。一致性哈希解决了简单哈希算法在分布式哈希表中存在的动态伸缩等问题。