区块链存储与加密技术在环境监测中的应用

■ 文/卞传莲

近年来，我国环境监测产业在信息技术的影响下发展迅速。在我国各级政府宏观环保政策的引导下，环境监测主要的方向以环境质量监测为主，环境质量管理为辅。与此同时，区块链技术及物联网的发展，极大地提高了环境监测工作效率，也加速了环境监测的管理信息化进程。区块链的数据存储共享以及安全传输，能够更好地保护区块链技术相关数据应用人员的隐私，并能够更好地确保监测数据的安全性与完整性。因此，把区块链技术与环境监测管理进行有机结合，具有一定的实用价值与应用意义。

1 区块链技术的主要特点

区块链技术与传统数据信息存储技术不同，它综合了密码学、分布式存储技术等方案的优点，是一种以分布式为基础的数据库应用技术。区块链技术具有极为强大的保密性和隐私性，特别适合安全性级别要求较高的数据信息存储工作。一般而言，区块链技术具有4 大特点，分别为：

（1）数据信息去中心化特点，它不需要第三方介入，也就是说无需中间数据中介的操作，就可以实现点对点的互动与数据信息交互。

（2）数据库的智能合约化特点，区块链采用可编程的虚拟机技术实现合约执行，也就是说数据信息的合约技术是通过智能自动化方式实现的，该项技术的实施不受任何个人因素或环境因素影响。

（3）数据信息的公开透明化特点，区块链技术在实施过程中，以公开透明作为数据信息存储的基础，因此参与区块链技术的各个部门都能够以公开透明的方式，参与整个流程的运作过程。与此同时，在区块链技术下，多部门之间进行利益分配的情况也是公开透明的。

（4）数据信息不可转篡改化特点，在区块链技术中写入的数据信息，将会进入大数据分区区块，并通过数据加密算法实施加密存储，加密后的信息将会被永久存储起来。由于数据加密算法的高隐秘性和隐私性，使得区块链存储存在极高的安全性。所有的数据一旦写入，几乎不可能被篡改。

2 区块链数据存储与加密在环境监测中的应用实施方案

当前，我国在区块链与环境监测数据云共享方面，展开了不同层次的研究与应用。由于区块链自身具有一定自我约束与管理属性，因此充分利用区块链分布式技术的特点，进行环境监测数据的收集与存储，能够使收集到的数据直接服务于不同类型的数据信息应用之中，并能够有效确保区块链中存储的数据信息不会被篡改，让环境监测数据信息具有极高的保密特性。一直以来，我国的大数据环境监测中心在实施环境信息监测过程中，对环境生态数据的存储具有较高的要求标准。

2.1 基于区块链技术的环境监测数据采集方案

2.1.1 环境监测数据的采集

在实施有效的环境监测中，必须要应用智能化的环境监测设备。当前我国的环境监测设备主要包括：空气监测子站设备、环境监测子站设备和水质监测子站设备三大部分。其中，在环境监测子站设备的数据监测中，需要使用环境监测数据仪器与互联网网络进行实时的连接，并以分布式的方式捕获和传输在环境监测中采集到的数据信息。

2.1.2 环境监测数据的检索与保存

在对采集信息数据进行云存储的过程中，为了便于数据库中监测数据信息的检索与保存，需要对输入的环境数据因子进行保密加密算法写入。这样，凡是注入区块链上的任何信息，虽然放在“云服务”平台上以大数据的形式存储于数据中心，但是数据安全性能够得到良好保障。在区块链中，数据信息的保密性质是不同的，保密级别也有所区别。所以，在进行环境监测数据处理与应用的过程中，不同级别的用户所能够检索或处理的数据信息完全不同。这使得环境监测数据信息获得了极大程度的保护与保密，也能在极大程度上抑制潜在的环境监测信息数据篡改危机。

2.2 环境监测采集实例——大气中二氧化硫的监测

环境质量监测站可以通过区块链平台，借助网络信息技术的应用，以授权节点的方式访问某固定节点数据信息。监测站还可以通过云存储、检索与数据传输的方式，把监测仪器中所采集的环境监测数据结果进行有效的数据加密和解密。再实施二氧化硫监测过程中，主要完成的操作步骤包括以下方面：

（1）环境质量监测部门根据自身需求，访问固定的环境监测某一个节点数据信息，并在网络区块链平台上，进行区块验证。

（2）在区块链节点上，想要获得所需要的数据信息，需要通过分组的方式，获得数据加密密钥材料，然后实施区块链数据信息验证。

（3）实施二氧化硫检测仪检测之前，需要经过省级的环境监测部门验证方可实施环境监测。省级部门的验证方式包括身份验证和授权验证。一旦验证通过之后，就可以监测已经获得密钥的监测设备，而没有获得数据加密密钥的监测设备是无法进行监测与使用的。

（4）在区块链上完成二氧化硫监测之后，需要进行加密数据的区块链存储，如果是第一次进行加密，还需要进行登记与注册。

通过对大气中二氧化硫环境监测的实例化应用，可以看出在大气中实施环境监测，所有的监测信息以及仪器应用与运行、机械故障的检测与维护等，都需要被记录在环境监测区块链之中。在环境监测过程中，区块链的存储与加密技术被广泛应用于各个时间段的数据信息检测、查询、存储等过程中。

2.3 环境监测区块链与“云计算”的结合

把大数据云存储与数学“云计算”结合在一起，融入区块链环境监测平台中，能够满足当前各个部门对数据监测数据的存储处理需求，并能够实现环境监测的数据实时化传输与处理。其中，基于数据中心的环境监测区块链“云计算”信息交互原理如图1所示。

图1 数据中心的环境监测区块链“云计算”原理

从图1中可以看出，不同数据中心通过不同的政务区块链可以进行网状直接数据连接，且不同的数据终端只需要在自身终端，就可以完成不同数据中心的数据内容访问。因此，把区块链数据存储与加密技术通过“云服务”的方式，融入到环境监测系统中，能够实现环境监测数据的实时传输、存储与处理。数据中心的环境监测区块链技术是我国当前科技化环境监测的主要方法，也是未来环境监测数据安全性发展的主体方向。

3 基于云平台的区块链加密技术在环境监测中的应用

3.1 环境监测数据的云服务器存储与加密

在展开实时的环境监测过程中，采用“云服务”平台对监测设备进行数据信息完整性检查，以及设备安全性认证，是区块链加密技术的应用基础与前提。当进行环境监测数据检查时，相关的监测数据将通过云服务器平台，存储在区块链大数据中心。在区块链的每一个区块节点上，记录了关键性的地址信息内容，从而能够确保“云服务”平台中获取信息的安全有效性。在进行环境监测数据算法加密时，采用哈希算法进行加密，并保存在区块链中，这样能够防止监测数据被篡改。因此，所有的数据访问接口，只有通过密钥才能够实施有效的数据信息访问。如此一来，能够对用户的隐私进行良好保护。哈希函数算法中设置的哈希值，能够通过加密的方式防止数据被篡改。将这种加密算法应用于区块链之中，使得环境监测相关数据信息得到了一定程度的加密。当用户想要访问对应加密数据时，只要通过解密算法，就可以获取有效的环境监测数据。这样，环境监测的具体数值可以被固定用户查询、应用和处理。而没有访问权限的用户，则无法对相关数据实施任何处置。利用这种方式，能够为环境监测相关部门带来更高的数据保密性，也能够推动环境监测相关部门的数据信息共享。

3.2 基于多重加密技术的智能环境监测合约实现

3.2.1 智能合约概念简述

从概念上来说，智能合约是一种以数字化为基础的彼此约束条款，它也可以被看作是一项能够独立执行、具有独立性质的协议，或是能够独立操作的程序。智能合约的应用在区块链技术发展中具有极为重要的作用。智能合约能够实现真正的区块链去中心化，使得各项数据化信息能够以公平、公正的方式进行存储、加密以及应用。因此，智能合约的应用对于区块链节点去中心化，具有极为关键性的实践应用意义。

3.2.2 智能合约在区块链环境监控中的应用

基于区块链的智能合约，能够整合环境监控、采集数据以及数据请求、数据获取等具有不同安全性级别的数据应用功能。在智能合约下，当用户请求环境监控数据时，就会触发监控传感器使其运作起来，并在动态实时的状态下，以自动化的方式创建智能合约。智能合约的产生能够为环境监测实体提供安全、合理的数据信息共享地址。为了有效保障环境监测系统中不同参数的安全性，监测系统将会对一些标准函数修饰符进行不定时的自动更新处理，并在有人调用智能合约函数时，检查相关人员的身份信息，从而保证数据信息调用的安全、可靠性。

与此同时，把环境监测仪与物联网监测系统设备相结合，通过对数据监测因子进行有效管理，并通过区块链中不同账户的角色，上传和过滤不同监测终端的区块链信息，能够获取更佳安全的环境监测数据。由此，在物联网上不同终端传输的环境监测数据，受到了严格的控制；而数据采集的样本参数也需要在加密技术的应用下，才能够有效应用。把智能合约应用到云服务器的加密算法中，能够为环境监测数据的云存储带来更可靠的安全性。

4 区块链技术在环境监测及环境保护中的应用展望

4.1 基于区块链存储与加密技术的环境监测平台

以网络技术为媒介的环境监测数据区块链，能够通过加密技术有效防止数据篡改，从而推动各部门之间的数据互通，提升环境监测与治理能力，实现更好的环境管理，实现环境监测数据的最大有效价值。区块链加密技术能够让环境监测平台更加公开、透明，有助于控制环保数据造假、欺诈等行为的发生率。区块链数据存储技术能够推动环境监测综合分析与数据共享的应用效果，并能够为科学研究提供指导决策与数据支持。

4.2 利用区块链存储与加密技术推动环保监测管理的升级

当前，我国在环保监管方面，面临一系列突出问题。例如：很多企业缺乏环保责任感、部分企业在环保治理中存在不诚信行为，这些问题的出现，给环境监测带来了更大的工作压力。而政府环保监管部门因为人力资源有限，缺乏环境监测管理人员，难以实施业生产过程的实时有效监管，让很多企业心存侥幸心理，隐瞒企业生产加工工程中产污的真实情况。区块链存储与加密技术的应用，能够为环境监测管理平台带来更真实的数据管理信息链。在区块链管理平台上，企业的能耗、原辅料以及污染物排放数据信息都被真实地上传，并被不同机构部门所查看与调用。如此，监管部门能够在第一时间以最真实的数据，评价生产企业的排污状况，并针对违法现象进行追责。

4.3 区块链存储与加密技术在危险废物管理平台中的应用

在工业生产中，尤其是化工生产加工环节，有时会产生不同性质的危险废物，这些废物对环境管理部门来说必须要严格加以管理与限制。因此，把区块链技术应用到危废管理平台中，通过区块链存储与加密技术的实践化应用，提高危险废物管理平台的数据管理效率与数据信息的准确度。区块链存储与加密技术能够使危险废物管理平台中的数据以实时的进度进行存储与处理，并能够确保系统中数据的精确度与准确性。基于区块链的危险废物管理平台公开且透明，能够以最真实的面貌展现在生态环境管理相关部门，并能够被不同环境保护部门所监督与管理。

5 结语

在大数据时代，区块链、云计算等新技术给人们的生活带来了便捷，也为环境监测系统的应用带来了更良好的应用体验。在经历了一次又一次来自生态环境的“报复”之后，我国对生态环境可持续发展极为重视。基于区块链技术的环境监测安全数据存储、传输与加密技术，能够在实时的情况下，实现环境监测的数字化、智能化与网络化，并为我国的“绿色生态”环境保护理念的推进，带来良好的发展态势和应用前景。