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區塊鏈技術在政府部門的應用綜述

發布時間:2020-04-29所屬分類:管理論文瀏覽:1

摘 要: 摘要隨著比特幣價值的不斷攀升,其背后使用的區塊鏈技術在全球范圍內迅速引起了各個行業的廣泛關注,同時也引起了各國政府的高度重視.特別是以美國為代表的一些國家在政府和權力機構的支持下,已經開始嘗試將此項技術應用于專用信息平臺建設、裝備物資運轉和系

  摘要隨著比特幣價值的不斷攀升,其背后使用的區塊鏈技術在全球范圍內迅速引起了各個行業的廣泛關注,同時也引起了各國政府的高度重視.特別是以美國為代表的一些國家在政府和權力機構的支持下,已經開始嘗試將此項技術應用于專用信息平臺建設、裝備物資運轉和系統控制等多個方面,認為此項技術的分布式、可追溯、不易篡改等特性能夠在匿名數據的收集、數據的完整性校驗、智能設備的互聯通信等多個方面發揮重要作用.同時,目前也有不少國家政府機構對區塊鏈技術的應用仍然保持謹慎的態度,認為此項技術仍然面臨著安全保密、應用的通用性等諸多問題.通過介紹和分析政府部門中區塊鏈技術的應用情況,指出目前該項技術在政府部門應用的過程中面臨的挑戰.最后,針對這些問題,并結合現在學術界已有的工作提出相應的解決方案.

區塊鏈技術在政府部門的應用綜述

  關鍵詞區塊鏈,非金融應用,政府應用,安全,挑戰

  1引言

  隨著比特幣[1]的價格在交易市場的持續上漲,區塊鏈[2]作為其支撐技術,逐漸吸引了大量國內外學者和企業商人的關注,其應用從最初的單純的數字貨幣應用[3]迅速擴展至銀行[4]、醫療、保險、版權存證、共享經濟、物聯網[5]、大數據等諸多領域.不論是在國內還是國外,區塊鏈都已經有了“落地”的應用嘗試.區塊鏈技術本身也以其特有的分布式[6]、可追溯[7G8]和不易篡改[9G11]等性質,為不同組織、機構和部門在非信任環境下達成共識[12G13]以及建立起可信數據庫提供了可行方案.面對市場上的這項新興技術,各國政府顯然不會無視它的發展.目前,以美國為首的科技強國已經開始在政府和權力機構中嘗試應用區塊鏈技術,其中的一些案例已經有所進展.與此同時,仍然有部分國家對這項技術可能存在的安全問題持謹慎態度.

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  本文結合區塊鏈的技術特征,對非金融領域(特別是目前政府部門已經開始實施的應用情況)進行了分析,并探討了未來可能的技術發展方向.

  2非金融領域應用中的區塊鏈技術

  區塊鏈技術最早出現于比特幣———一種P2P架構下的數字加密貨幣[14].隨著比特幣和其他數字貨幣的不斷發展,專家學者和企業商人都不再滿足于僅將這項技術應用于銀行和金融行業[15],人們發現區塊鏈可以在數據存證和數據完整性校驗等方面提供有效的解決方案[16].目前,無論是在物聯網領域,還是在公證、醫療、房地產領域[17],均存在著很多的中介機構,其中高昂的中介成本和信息安全隱患都驅使企業嘗試在他們的應用產品中使用區塊鏈技術.下面結合3個比較典型的場景案例進行說明.

  (1)物聯網

  物聯網將網絡身份賦予實際物體.現在,手機和電腦已經可以通過網絡進行互聯;而在未來,汽車、房屋、電器也都可能會加入到網絡中,它們將能夠被遠程操控.例如,當出現電力緊張或者電流過高時,通過使用區塊鏈技術中的智能合約,可以自動實現網絡中電器節電模式的啟動或者不同電器的交替使用[18].區塊鏈可以解決阻礙物聯網發展的成本和誠信問題.對于物聯網公司來說,開發專用的智能設備會花費巨額成本,區塊鏈技術可以取代云和服務器的集群,使物聯網能夠將基礎設施的建設外包給成本較低區域的企業;同時,通過智能合約的調用,網絡上產生的交易或者事物處理信息可以根據用戶之間提前約定好并寫入區塊鏈網絡的內容自動執行,而無須在事件發生后擔心反悔、抵賴和篡改信息等情況的出現,從而解決了不同用戶和智能設備之間的信任問題[19].

  (2)數據存證

  Everledger是一家從事區塊鏈技術的初創公司,其主要業務是使用區塊鏈技術的可溯源特性對鉆石進行檢測和認證.通過鉆石的切割面、顏色、克拉數、證書編號等幾十個數字指紋的記錄,對從礦石開采到鉆石的加工再到商家與消費者之間的交易這一系列過程進行數據的存證,其目的是解決鉆石檢測中的沖突和保險欺詐行為.區塊鏈技術能夠用于數據存證這一特點已經得到了業內的廣泛認可.但是在實際的應用中,目前只有鉆石和保險的相關應用得到了推廣,這是由所需認證數據的價值決定的.因此,在結合不同行業的應用時,需要重點考慮認證的成本問題.

  這種存證方式同樣適用于供應鏈場景.與鉆石的認證一樣,針對某些特定產品,可以對它們的技術研發、原料來源、生產過程、倉庫存儲、物流信息等多個方面的數據進行存證,從而能夠有效防止這些產品的信息在整個生命周期內被惡意篡改,并且可以追溯源頭,對可能出現的產品質量、操作失誤等問題留存證據.

  (3)醫療記錄

  目前,在醫療方面,區塊鏈技術主要用于保存個人的醫療信息,即在區塊鏈上為患者建立起電子病歷.此舉旨在使病人能夠掌握自己的醫療記錄和患病歷史,而不是簡單將這些信息分別存儲在各個單獨的醫院內.醫院在面對病人時,也可以從區塊鏈網絡上獲取到該患者的詳細病史記錄,從而更加全面地了解對方的情況,做出更加準確的診斷.在這一過程中,由于病人信息具有一定的隱私性[20],一些公司在產品的設計過程中會進行加密處理,通過生成數字指紋的方式防止醫療數據被泄露給第三方的無關人員.

  3區塊鏈技術在政府部門應用中的優勢

  比特幣在誕生和發展的過程中借鑒了密碼學[12,21]、分布式系統、博弈論等多個領域的技術,其中起核心支撐作用的區塊鏈技術也可以被看作是對這些技術的整合與綜合運用.區塊鏈的本質是一個透明、可追溯、不易篡改的分布式賬本數據庫,其在設計上普遍采用了較為成熟的密碼學算法[22G23],以保證其安全防護性能.對于各國的政府部門來說,安全保障是一切技術手段、執行政務和各項工作正常運轉的基礎條件之一.通信安全、數據安全、信息安全,包括密碼安全,都是其中的典型代表.而使用區塊鏈的一個重要原因是,這項技術能夠使位于全球范圍內不同地區的節點在非信任的環境下建立起有效的共識機制[24G27],使誠實節點之間達成一致,并為可能存在的偽造信息提供溯源依據,從而使網絡上的數據和信息可信、可靠.區塊鏈技術以其分布式的結構,通過全網節點的共同參與維護、共同記錄存儲數據的方式,可以有效應對傳統數據庫由于完全中心化管理帶來的安全風險.同時,在數據的完整性保護和可靠性提升方面,區塊鏈技術的出現可以為新時代、信息化社會環境下的可靠數據傳輸和存儲[28G29]帶來新的、更好的解決方案[30G31].

  4美國政府對區塊鏈技術的應用

  美國政府在科學技術的發展方面一直對新技術的開發及應用表現出足夠的興趣.區塊鏈作為一項新興的熱門技術,出現后隨即引起了美國政府的高度重視.當地時間2017年9月19日,美國參議院通過了一項給美國提供7000億美元資金的國防開支計劃,這其中就包含了一項涉及國防部從事區塊鏈研究任務的修正案,其研究工作被描述為“一份關于區塊鏈技術和其他分布式數據庫技術的潛在進攻和防御的網絡應用,以及一項針對國外力量、極端組織以及犯罪網絡利用這些技術的研究報告評估”[32],其目的是更好地保護網絡安全.雖然從提案到該項研究任務被正式開始執行仍有很多工作要完成,但是不難看出,美國政府和其涉及的權力機構在區塊鏈技術方面的研究工作已經開始向實際應用轉化.

  4.1特殊信息的收集

  2015年,美國反腐反恐技術支持辦事處CTTSO在其官方文件Bid3692中明確提到了區塊鏈技術,認為其能夠改善美國政府收集信息的方式.而當時令美國官方感興趣的正是區塊鏈技術所擁有的匿名性特征.區塊鏈采用數字加密手段,對包括使用者身份信息在內的多種數據進行了信息隱藏,使得安全的匿名通信成為可能.特別是在比特幣網絡[33]中,美國政府利用交易雙方身份的匿名性,通過使用比特幣激勵的方式,對情報提供者予以獎勵.雖然這種方式屬于對區塊鏈技術較為基礎的應用,但是由于比特幣用戶賬號的生成無須認證,一個用戶隨時可以擁有多個無直接關聯的賬號,并且通過賬號并不能對用戶的真實身份信息進行核查,信息的提供者不受地域、國別等屬性的限制,可以在任何時間、任何地點通過為美國政府提供其所需信息得到比特幣獎勵,而不用擔心身份或者行蹤被其他國家的政府或軍隊鎖定而暴露目標.因此,美國政府可以通過以美元換取比特幣的方式,利用比特幣這一平臺向提供特殊信息的人員支付獎勵資金;而信息的提供者在獲得獎勵資金之后可以再兌換成所在地區的法定貨幣.使用比特幣作為信息交易的支付中介和激勵載體,可以讓獲取信息資金的流轉過程難以被溯源,從而有效地保護了美國政府情報機構的身份信息和人員的安全.但是,區塊鏈這種匿名特性在保護用戶信息的隱私與安全的同時,也為非法行為提供了便利.例如,暗網中知名的“絲綢之路”與“阿爾法灣”等交易平臺就是利用比特幣或其他數字加密貨幣在網絡中交易雙方擁有的身份匿名性特征,進行軍火走私、毒品交易、奴隸買賣等一系列非法活動.有力打擊這些非法性質的活動,反向追蹤對手的真實身份信息,同樣也是包括美國在內的各國政府與世界維和組織需要面對的重大考驗之一.

  4.2基于區塊鏈技術的信息平臺

  據報道[34],2017年5月25日,美國印第安納科技與制造公司(ITAMCO)宣布其已經獲得美國國防高級研究計劃局(DARPA)的第一期資金,該資金被用來為美國國防部(DoD)創建一個使用超級賬本區塊鏈協議的通信平臺.該平臺將會在ITAMCO現有的使用了256位AES加密協議的加密聊天應用(CryptoGChatapplication)的基礎上,結合區塊鏈技術,提升現有平臺的工作效率、魯棒性與安全性.按照設計,通信平臺將基于分布式的基礎架構,使用P2P的通信方式和端到端的加密模式,允許來自任何地方的用戶傳送安全信息或者處理來自多個分布式數據庫通道的通信信息,即提供跨多個通道的安全保護機制.平臺的用戶可以通過應用程序將信息的創建與信息的收發分離,利用平臺上分布式的可執行合約代碼進行通信.該公司的研究和開發總監JoelNeidig相信,該平臺可以有效地促進美國情報人員與五角大樓之間的信息傳遞以及各分散單位與總部之間的溝通.這項計劃分為3個階段進行:第一階段以小型企業創新研究計劃(SBIR)的方式進行,該計劃通過競爭的形式鼓勵美國國內小型企業從事聯邦項目的研究與開發工作.2017年5月初,美國國土安全部公布,他們向13家小型企業提供了970萬美元的資金支持,用以獎勵他們在區塊鏈等技術方面的創新.第二階段預計在2018年中期開始,包括平臺程序的開發、測試和對原型機的評估工作.第三階段包括應用平臺功能的完全實現和商業化應用.

  隨著區塊鏈技術越來越受到關注,使用該技術進行安全防御的方式也在逐步增加.美國政府此舉是希望借助區塊鏈技術的防篡改特性與其使用的數字加密技術,為指揮系統與一線工作人員之間的信息交互提供更為安全、可靠的平臺,并確保人員之間通信信息的準確性.

  4.3關鍵系統控制

  美國國防部的國防高級研究計劃局已經開始借助區塊鏈技術來確保關鍵系統信息的完整性,并將嘗試創建更多的信息服務.

  信息的完整性是區塊鏈技術吸引美國政府機構注意力的一個重要方面.信息的完整性是指,數據被訪問時不會被訪問者修改或篡改,不會由于系統錯誤或第三方的干擾而被損壞.

  在數字化環境中,信息都是以電子數據的形式存儲的,對于企業和政府機構,特別是美國在全球范圍內的武裝行動而言,數據安全和信息的存儲是至關重要的.DARPA的目標是通過使用基于區塊鏈技術的新系統來提升數據的完整性保障,并防止機密數據和信息遭受黑客的入侵和破壞.這種考慮同時也是4.2節中信息平臺構建的基礎之一.

  2016年9月,DARPA向IT安全公司Galois和從事區塊鏈安全技術的Guardtime公司提供了一份價值180萬美元的合同,用來建立一個基于區塊鏈的數據完整性監控系統.其中,Galois公司被認為是形式驗證(FormalVerification)行業的領導者,該公司提供了證明系統在所有情況下都能夠按照預期方式工作的相關技術,該技術不僅進行測試和評估,而且使用了數學的方式進行驗證;Guardtime創建了無鑰簽名基礎設施(KSI),該系統旨在為電子數據、設備和人員提供可擴展的基于數字簽名的身份驗證.Guardtime的基礎設施已經被用于保護愛沙尼亞的IT系統和英國能源基礎設施的安全.使用基于區塊鏈的技術,可以有效保證高敏感數據的可靠性與完整性.美國政府希望通過部署該系統,有效防止任何針對重點數據庫和設備的竊聽、破壞事件.DARPA的區塊鏈項目經理TimothyBoother曾經表示[35],美國無論在什么時候使用武器裝備,數據的完整性都非常重要.這其中包括了對核武器以及衛星的指揮與控制.

  5其他國家政府對區塊鏈技術的應用

  作為世界超級大國,美國對區塊鏈技術的關注度很大程度地影響到了其他相關國家.事實上,其他國家在政府機構對區塊鏈技術的應用方面既有相似之處,也有不同方面的考慮.從目前已有的信息來看,同樣在世界范圍內具有巨大影響力的俄羅斯在區塊鏈技術的發展方面相對保守,對此項技術的應用尚在起步階段.

  5.1北約———網絡防御平臺及通用化應用

  DARPA并不是唯一正在嘗試尋求利用區塊鏈技術解決問題的政府組織,北大西洋公約組織(NATO)也在計劃實施基于此項技術的解決方案.北約曾在2016年4月宣布當年的重點創新目標是要加速轉型,尋求最先進的技術解決方案以支持北約包括指揮、控制、通信、計算機、情報、監視與偵察在內的C4ISR系統[36]以及其他方面對網絡能力的需求.除此之外,北約各成員國也在尋求更多領域的通用化應用,例如物流、采購以及財務等.

  在北約組織內的裝備管理與物流方面,智能化與數據的安全保障是重點問題.不論是裝備設施還是后勤物資,從研究測試、工廠生產到交付使用、退役報廢的整個生命周期內,不僅要對生產廠商、使用單位、存儲狀況等基礎信息進行記錄備案,還要對裝備研發過程中的設計方案、測試結果等技術信息與物資在運轉過程中的使用情況等相關數據進行安全、可追溯的存儲.傳統的紙質及電子介質在裝備移交、物流網絡通信、系統維護等多個方面難以實現有效的數據安全保障,缺乏有效的監管措施,系統的運行效率不易得到保證.通過引入區塊鏈技術,可以實現多方共同參與和維護的分布式、可追溯、可控可監管的數據網絡系統,使裝備設施管理、后勤物資調配等諸多方面的數據更加安全、可靠;通過使用這項技術,可以使信息之間的交互與調用更加靈活,數據在傳輸過程中即可進行智能認證,從而有效地確保系統的高效運行,提升數據使用的便捷性.此項技術同樣可以應用于政府部門人員的檔案管理工作,通過區塊鏈技術記錄工作人員的任職履歷,形成多方共同存儲、共同維護的電子人力資源檔案,以技術手段解決目前普遍存在的人員信息繁瑣、復雜的弊端,并且可以消除偽造人員信息的情況.

  5.2澳大利亞———基于區塊鏈的物聯網系統

  澳大利亞雖然不是北約的成員國,但其在政治、經濟與軍事發展上與美國休戚相關,特別是在軍事技術與裝備發展方面與美國關系密切.2017年6月,裝有宙斯盾級Aegis監控系統的霍巴特級導彈驅逐艦在阿德萊德被交付給澳大利亞政府,標志著澳大利亞海軍進入了電子戰時代.澳大利亞希望更好地將陸地車輛、海軍艦艇、飛機等武裝力量連接起來,形成智能互聯的物聯網系統,實現從獲取敵方信息到作出反應并展開行動的流程自動化.這其中就引入了區塊鏈技術.相比于美國對這項新興技術的信任,澳大利亞政府部門則表現出更多關于安全性的擔憂.全球知名的武器裝備供應商洛克希德馬丁公司已經宣布將區塊鏈技術的特征集成到其數據系統中,用以應對網絡和武器操作系統中可能會遇到的威脅[37].此舉與美國相似.事實上,洛克希德馬丁公司也與Guardtime公司簽訂了合同來開發新的安全系統,成為了第一家與美國政府合作并將區塊鏈技術納入其發展范圍的軍事技術承包商.澳大利亞政府對基于區塊鏈技術的安全系統可能存在的網絡安全漏洞問題表示擔心.這是因為洛克希德馬丁公司的系統長期以來一直在為澳大利亞的防空驅逐艦和空軍基地的維護設施提供服務,此次該公司引入的區塊鏈技術令澳大利亞政府部門持謹慎態度.

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