区块联盟链视角下产学研信息平台框架构建研究

崔金栋 王胜文

关键词：区块联盟链;产学研联盟;信息平台;应用场景

随着网络技术的快速发展，产学研联盟对数据信息的时效性要求较高，传统信息平台已不能满足产学研联盟信息化发展的需求。因此产学研联盟内部亟待建立全新的信息发布交流平台，为产学研联盟提供更加安全高效的互动媒介，促进产学研内部多方主体的信息交流。目前区块链技术已经成为推动新一轮信息产业革命的发动机.将该技术应用到产学研信息平台的框架构建中.能够有效地保障产学研联盟数据备份与信息传播，加强各主体之间的沟通交流，解决内部数据信息的安全性和保密性等问题。

1国内外研究综述

产学研联盟（Industry-University-Research In.stitute Alliance，IURA）被视为推动科技发展的主要动力。Raial0 S等通过调查发现尽管国家对校企协作的关注度日益密切，但对参与者实际的综合水平、科研能力知之甚少。Noble D等提出在校企签署合作协议前.合作方要对彼此的协作能力进行综合评估，以确保产学研联盟的运转质量。Bellini E等认为知识转化和协同创新在产学研合作中起到重要的媒介作用，企业创新能力的提升得益于产学研联盟合作。通过研究了印度企业、大学与政府的关系，Rupika等发现政府的积极参与有助于产学研合作的发展。Fischer B B等以巴西为研究对象，从不同维度分析了校企协作与科技创新的关系，认为发展中国家为了提高本国创新效率更应该加强产学研合作。通过调查产学研联盟内部信息传播的时效性，Raialo s等发现数据信息能否在参与方之间无障碍地传播成为产学研联盟顺利开展合作的重要因素。Estrada I等通过调查发现外部环境变化会影响产学研合作的契合度，而联盟内部信息能否公开透明和实时更新是产学研合作高效进行的重要因素之一。Wang Q等发现通过建立产学研信息平台，可以打破合作方信息壁垒、解决信息不对称等问题，进一步提高产学研联盟合作效率。

区块链概念由日本学者Satoshi Nakamoto在介绍比特币时首次提出。区块链不同于比特币，它利用分布式数字处理技术将有效数据封装在区块中形成链式结构，且区块网络节点可以自动对链式结构数据进行公开审计和独立验证，不需要人工干预。Beck R将区块链看作是大数据账本（Hyperledger），深度剖析了区块链技术的去中心化（Decentralization）、集体维护（CollectivelyMaintain）、点对点传输（Peer to Peer Transmis.sion）等特点。由于每个区块节点都加盖有时间戳.Eyal I认为区块链技术能有效避免数据被非法篡改，“去信任化”可以解决公司或个人在线上交易或远程结算中的信用问题。通过研究区块链架构分布式及扁平化的特性，Sharma V等提出了一种新型运作模式“在不影响网络布局的情况下，以更少的能耗满足分布式区块的安全需求”。Peck M E等发现区块链技术不仅可以应用到货币交易领域，還可以在教育、能源等行业进行推广，增强行业数据信息的安全性。Qinghua Lu等提倡将区块链技术应用至产品生产管理平台中.以便利用区块链的信息可追溯性查询商品的生产加工过程。区块链技术打破了互联网平台和手机应用程序的壁垒，促进了社交媒介平台的协同发展。Kshetri剖析了区块链技术在加强网络平台安全和隐私方面的作用.探讨了如何利用该技术有针对性的修补网络信息平台的安全漏洞。

传统的产学研管理系统数据库维度有限，未能建立起历史数据信息链，致使信息存储性和可追溯性较弱，产学研数据的安全也得不到保障。区块链技术具有分布式存储、安全性强、方便追溯等优势，适用于产学研联盟的“合同契约签订、企业资信证明、学生档案备份、科研经费管理、研究成果及利润分配、工作站建设”。依托区块链技术对产学研信息平台进行全新构建，使之形成数据信息自由共享、协同共治的局面，实现区块链视角下产学研信息平台框架构建研究的可落地性。

2区块链产学研信息平台的需求分析

2.1区块链技术下产学研联盟信息平台优势

传统的产学研信息平台是中心化存储体系.限制了数据信息的传播和共享;联盟成员为谋求私利可能会将虚假数据录入平台.致使信息真实性难以确认。利用区块链技术建立全新的信息管理平台，可以简化数据存储流程、提高产学研信息利用率;通过记录驻站人员的行为信息，建立完善的信用生态体系。同时区块链技术可为学术成果加盖时间戳，以防止知识产权受到侵犯，当纠纷发生时信息平台提可供权威的举证凭据。区块链产学研信息平台的技术特征，如图1所示。

2.2区块链技术的类型选择

区块链技术按照准人机制可以分为3类：公有链（Public Blockchain）、专有链（Pfivme Block.chain）和联盟链（Consortium Blockchain）。公有链是对全网开放，任何人都可以访问;专有链是一种私人控制的网络结构，去中心化、分布式存储的特征不明显，只能算作是广义的区块链;联盟链保留了部分中心化控制的功能，数据信息处理功能与可拓展性较强，可针对公司要求进行网络框架搭建，可以自定义联盟链节点的访问权限。联盟链运营成本低、数据存储传输安全性高、具有较强的信息追溯性，非常适合于产学研信息平台的框架搭建。表1为3类区块链的特征属性。

2.3产学研信息平台的建设参与主体

区块联盟链产学研信息平台作为增强科研能力、提高人才质量的抓手，需要产学研联盟参与者及政府部门、运维公司共同建设，构建三螺旋式（Triple Helix）的产学研信息平台，增强产学研平台的运行效率，实现数据信息安全共享。

1）产学研联盟既是信息平台建设者也是平台的服务对象。联盟主体将数据信息上传至平台中并进行分布式存储。系统参与成员可以根据访问权限对平台进行登陆访问、信息查询，为产学研联盟的运行发展提供真实可靠的数据支持。同时区块链信息平台可以帮助产学研联盟实现智能监管，在不确定的情况下构建全新信息管控生态体系。

2）政府机构在产学研信息平台的运转中扮演着重要角色。传统监管体系无法对产学研联盟情况及时掌握，导致政府监管的效率低、成本高。若通过联盟链技术将知识产权局、工商局的管理系统接入产学研信息平台，开放特定的信息查询权限，政府部门便可依托智能合约将监督规范录入联盟信息平台提升对产学研联盟的管理能力，实现取证可靠、问责有效。

3）专业维护公司负责产学研信息平台的日常运维工作。产学研联盟应聘请专业的区块链技术运维公司（如IBM、Alphabet）对信息平台进行日常维护和系统配置，但为了防止产学研联盟数据信息的泄露，运维公司没有数据信息的访问权限。

3联盟链产学研信息平台的框架构建

区块链视角下产学研信息平台架构主要分为四层，具体框架构成如图2所示。数据层产学研信息平台的基础模块和必要层级：传输层和共识层是产学研信息平台的核心模块.是平台运行的重要保障;合约层是产学研信息平台的交互模块，平台编程算法在该层运行。

3.1产学研信息平台的数据层

产学研信息平台的数据层主要功能是对产学研联盟多类基础信息进行预处理，包括联盟合作方资质、契约合同签订、工作站建设规划等信息。数据区块（Data Block）由区块头和区块主体构成，具体结构如图3所示。区块头包含识别号、区块容量、时间戳、Merkle树根等产学研区块信息，区块主体包括数据信息种类、哈希值、密文密钥、锁定时间等信息。

联盟链产学研信息平台借助非对称加密技术（Asymmetric Cryptographic Algorithm）生成区块的公钥（Public Key）、私钥（Private Key）和密文，以此来完成信息加密、数字认证等功能。产学研信息在区块链节点中传输，发送方借助接收方的公钥对数据进行非对称加密.并将密文和私钥封装后发送至接收方，接收方通过私钥将密文破解成明文后进行数据存储，存储结束后进行下一轮数据广播。

产学研信息按区块封装的时间顺序依次链接到区块链上，并将时间戳（Timestamp）标记在区块头中。时间戳实现了区块信息的可追溯性，为产学研联盟的合同签订、产权注册等对时间记录精确度较高的应用提供了安全保障。

3.2产学研信息平台的传输层

产学研联盟信息平台的传输层为点对点范式网络（Peer to Peer Network，P2P Network），依托联盟链的部分去中心化功能对产学研信息进行分布式存储，传输层内部封装了维护人员设定好的网络路由协议、数据传播模式和信息认证机制，确保多数区块链节点可以参与到信息验证及数据记账的过程中.区块信息通过网络节点的校验后才能链接至区块链。若产学研信息平台的区块节点链接或挖掘到新的信息协议并且不能与原始版本匹配，前区块就会认为新链接的信息或协议是不合法的.会造成区块主链分叉，后续的区块经过计算会链接到合法的区块节点上，从而解决区块链分叉的问题。

由于产学研信息平台的传输层采用点对点网络进行信息数据传输，所以传输层中每个节点地位平等且以扁平式拓扑结构进行数据交互，其特点是“部分去中心化、P2P传输、分布式存储”，任意节点不依赖于其他节点就可以对产学研联盟信息进行认证与分析，如图4所示。

3.3产学研信息平台的共识层

区块链技术的共识层封装了产学研信息平台的所有共识机制（Consensus Mechanism），是实现产学研信息存储去中心化、网络区块不被恶意攻击的关键所在。共识机制高效地解决了产学研信息平台分布式节点的相互信任问题.使分布式节点在最短时间内达成共识完成数据更新。共识层封装了工作量证明（Proof 0f Work，PoW）、权益证明（Proof0f Stake，PoS）、授权股份证明（Delegated Proof 0fStake，DPoS）、实用拜占庭容错（Practical Byzan.tine Fault Tolerance，PBFT）、授权拜占庭容错（Delegated Byzantine Fault Tolerance，DBFT）等多种区块链共识机制.频率使用较高的共识机制如表2所示。

3.4产学研信息平台的合约层

產学研信息平台的合约层封装了区块链技术的各类算法机制（Algorithm Mechanism）及脚本代码（Script Code），通过排列组合衍生出更加复杂的智能合约（Smart Contract）。产学研信息平台的维护人员将智能合约依托计算机编程内嵌至合约层，使得整个区块链平台能够主动传输和处理产学研联盟的数据信息，以维持产学研信息平台的功能正常运行。

智能合约具有自我管理、自动执行的特点，当产学研信息平台在进行数据信息处理时，信息系统按照事先设定的程序编码自动触发运行，启动运行后不受任何人为或外界影响的干预，也无法对智能合约进行篡改，保障了产学研信息平台运行结果的真实性。在区块链平台搭建初期，技术人员要预先拟定好智能合约的内容和执行合约的激活条件，并以脚本代码的形式内嵌至产学研信息平台中。当产学研信息平台运行时，各类合作信息数据代码附着在区块上，通过区块网络对所有节点进行广播，智能合约满足触发条件后便立即自动激活合约命令并对代码进行实时监测，完成对产学研信息的更新与存档。

4区块联盟链产学研信息平台运行机理与系统动力

4.1联盟链视角下产学研信息平台运行机理

区块链技术下产学研信息平台的运行机理主要分为3个步骤，分别是产学研信息平台的信息数据加密、信息数据传输以及信息数据维护。产学研信息平台运行机理如图5所示。

1）产学研信息加密。联盟工作人员要将产学研合作中知识转移、技术转让、专利创造等信息及时录入到产学研信息平台中，录入的信息在区块链网络节点中进行数据加密处理，不同的网络节点处将所掌握的信息类型、核心内容、签订时间、参与人员进行统计归纳后记录至信息平台。分布式节点接收到产学研联盟的信息后，将信息数据通过非对称加密技术与哈希算法生成密文和密钥.并将一段时间内接收到的密钥指令、信息代码、地址来源线性封装进一个带有时间戳的区块内.链接到当前最长的主链条上。哈希函数（Hash Function）是区块链非对称加密技术的关键所在，各类信息在哈希算法的处理下压缩至特定长度的字符串，在消除数据过度冗余同时也保证了产学研信息的真实性与完整性。

2）产学研信息传输。当区块信息进入传输网络时，产学研信息平台将新产生的数据信息向全网节点进行点对点交互式传输。以区块1尝试将数据传播到区块2为例（如图6所示），区块1向区块2提供私钥和产学研信息哈希值（此时区块1已经通过了全网节点共识机制的验证），区块2的公钥链接到区块1中的数据信息后通过哈希算法得到新的哈希值，再通过所有者1的私钥进行加密，形成的密文作为数字签名在产学研信息平台中继续广播。其他节点在接收到产学研数据信息后将信息存储在某个区块中，区块中的信息通过节点共识机制认证继续向整个网络广播。只有区块中所包含的产学研信息有效且从未出现过，其他节点才认同该区块的有效性，并进行新一轮数据广播以延长链条长度.被接受区块的随即哈希值被视为新区块的随机哈希值。

3）产学研信息维护。在传统的数据信息维护过程中，存储系统可能会遭受到恶意篡改和攻击，但是区块联盟链技术下这种威胁会大大降低。产学研数据信息由区块链网络平台中预先设置的节点对其进行集体维护，每个节点的地位和功能是相同的，任意一个节点被攻击、被劫持不会影响整个网络系统对产学研数据的信息维护。当智能合约达到触发条件运行时，就不再受任何外界因素的干扰，若产学研合作信息得到产过半数以上的区块认同时，数据可以被不可逆地存储在信息平台中。若不法分子企图篡改产学研平台上数据信息，就要同时攻击超过总数51%的区块节点（51%Attack），但就当前的破解技术与计算能力而言.很难实现在不被察觉的情况下对产学研信息平台发起51%攻击，区块链技术完全能够保障产学研信息平台中的数据不会因技术原因而篡改。

4.2区块联盟链视角下产学研信息平台运行动力

区块联盟链产学研信息平台的运行动力可以分为内部动力和外部动力，两种系统动力协调配合推动了产学研信息平台的平稳运行，使产学研联盟形成持续、紧密、稳定的合作关系。内部动力来源于产学研联盟内部，通过区块链技术等科技创新来驱动、刺激产学研信息平台的高效运行;外部动力主要存在产学研联盟之外，通过政策支持、市场需求和行业竞争来促进、引导到产学研信息平台的平稳发展。

區块链产学研信息平台运行动力系统由公司企业、高等院校、科研机构、政府部门4个动力子系统构成。图7为区块链技术下产学研信息平台运行动力流图，其中有5个水平变量、10个速率变量、5个常量和25个辅助变量。企业动力子系统是保障产学研信息平台稳定运行最重要的动力来源，企业是价值创造的主体，也是产学研协同合作中最重要的组成部分，企业的信息传导速度、经济效益、科研投入、员工素质会直接影响到产学研合作及信息平台运行状况：高校和科研机构的综合科研实力、成果转化率及技术创新能力同样也影响着产学研信息平台的运行：此外政府支持和市场需求也影响着产学研信息平台运行。

5区块联盟链产学研信息平台的应用场景及发展建议

5.1联盟链产学研信息平台的应用场景

1）智力成果与知识产权保护。智力成果主要包括学术论文及专利软著。传统信息系统保密机制较差，实验成果或科研数据容易外泄导致学术纠纷。知识产权人可以将智力成果、非正式发表数据及观点创意录入产学研信息平台.依托数据加密和加盖时间戳来确保知识产权的唯一性和可追溯性，这样可以完整记录学术成果创作及转让的全过程，保证知识产权不受侵害。

2）资信存证及信用体系建立。联盟链产学研信息平台可实现资信证明存档，规避虚假信息传播，建立完备的联盟信用体系。管理人员可依托区块链技术创建和颁发数字证书，以便合作方之间的信息认证与资格审查。在资信存档过程中，联盟链信息平台建立含有产学研信息的电子证书借助私钥对内容进行加密.添加数字签名和时间戳.保证用户信息和电子证书内容的安全性。

3）合同契约与文件档案认证。在进行合同文档查询时，产学研信息平台的智能合约会自动触发多重签名对查询人身份进行确认.保证契约文档内容不会被盗用。身份确认后，查询人借助联盟链上初始录入的哈希值验证合同文档的内容是否真实，利用联盟链不易篡改、追溯性强的特点实现对产学研数据信息查询进行安全快捷的认证。

4）产学研研究生工作站建设。联盟链产学研信息平台可使各部门跨组织、跨机构进行协同合作，可以打破联盟内部信息壁垒，并实现科研方向与市场需求保持一致。联盟链信息平台既可作为研究生工作站的协同办公系统，负责站内监督考核、决策管理.同时还可整合优质学习资源.使精品研资料在站内共享，逐步实现信息平台、管理平台和资源平台的融合互联。

5.2联盟链产学研信息平台的发展建议

目前区块链技术尚处于起步阶段，主要应用在货币交易结算等金融领域。相比货币交易，产学研合作的参与方较多、面临的问题也更为复杂，联盟链技术在产学研信息平台中的应用将面临诸多挑战。

1）平台推广难度大。区块链技术目前没有统一的应用标准，将其应用在产学研信息平台的实际案例较少，缺乏推广动力;其次，缺少政策保护和政府监管也是影响技术推广的不利因素，去中心化的产学研信息平台会对传统存储系统造成较大冲击.使产学研联盟将区块链技术应用在信息平台中持谨慎态度。

若要解决推广难的问题.国家应出台区块链应用政策，支持将区块链技术应用到产学研信息平台中，切实保障产学研合作参与者的合法利益。产学研联盟内部要妥善协调好平台运营和利益分配间的关系，将区块联盟链技术的价值发挥到最大化，降低其推广运营阻力，为参与方带来更多利润。

2）数据存储量受限。随着协同创新合作的不断深入，产学研信息平台的数据会呈级数增长。由于联盟链技术的核心是分布式存储，这便对数据存储空间提出较高要求。产学研数据不断增加而平台存储能力有限，不仅限制了数据的更新与上传，还会影响信息传输效率，对时效性造成影响。

将存储系统扩容是解决数据存储空间受限最直接的办法，此外产学研信息平台还可通过“分类、切片”的方式对数据进行预处理，切片数据信息在加密压缩后存储至分布式节点中，这样既保证了数据信息不可篡改性，同时也解决了存储空间受限的问题。

3）技术可靠性存疑。可能会面临私钥丢失和协议攻击等问题，联盟链中产学研数据信息的不可篡改性和保密性是以私钥安全为前提。密钥由联盟内部人员个人持有，缺少私钥认证所需的可信环境;若私钥丢失，联盟链信息平台的分布式结构也很难对私钥进行补发管理。

为了防止私钥丢失.产学研信息平台可以引入可信的三方机构，由第三方负责维护私钥加密列表，依托签名验证的方式对私钥列表进行加密。当私钥不慎丢失后，第三方维护机构通过电子签名认证找回私钥，并需要重新设定数字签名以提高身份验证的复杂性及安全性。

6总结

区块联盟链技术的分布式存储、部分去中心化、可追溯性较强等特点适用于产学研信息平台的框架搭建。通过分析表明，区块链技术可以协助产学研联盟打破信息壁垒、完善征信体系，保护驻站人员的知识成果不受侵害。然而，将区块联盟链技术应用到产学研信息平台正处于探索阶段，可借鉴的经验较少并存诸多难题，希望此研究能为联盟链产学研信息平台的推广应用提供理论依据。