省级区块链平台设计与研究

文｜欧阳欢 李源

区块链作为新兴的信息技术，具有“不可篡改、全程留痕、可溯源”等技术特点，可有效赋能电子政务，有助于政务管理的扁平化与高效化。采用区块链技术是确保政务信息的有效性、准确性、完整性、保密性和可控性重要技术保障措施，是实现政务数据公开、各级部门间及各部门内部数据的交换与共享，政务数据资源得以共享开放、规范化、平台化应用的关键。对于监管模式创新、增强政府公信力、提升了政府治理能力和权威性，具有重要的现实意义。

区块链技术作为新生事物和处在应用初始阶段，繁多的区块链产品在安全性、开放性、健壮性等方面参差不齐，不同的区块链结构不一、数据跨链共享困难。若各部门分头建设，不仅技术选型困难，且容易造成全省建设的同质化、碎片化、低效化，从而导致形成大量“孤岛”与“烟囱”。因此，需建设省级统一区块链平台，为各省直部门区块链应用建设提供基础能力支撑。

一、区块链政务应用现状

区块链作为下一代全球信用认证和价值互联网基础协议之一，被大家公认为是改变业务乃至组织运作方式的重大突破性技术，受到各国政府和各大组织的重视，越来越多的政府机构和行业部门开始探索区块链在各个行业领域的应用，如何将区块链应用于数字政府也成为探讨的重点方向之一。

（一）各国政府探索区块链技术的应用

美国乔治亚州利用区块链网络减少财产注册费，保证土地所有权安全地交易。爱沙尼亚的“数字国家”计划通过区块链进行数字公民治理，实践去中心化的区块链思想和技术，利用区块链、人工智能、大数据等先进技术，建立全球首个完全基于数字空间及共识、没有物理边界的数字国家。迪拜政府通过与IBM、ConsenSys（全球性区块链技术公司）等公司进行合作，利用区块链技术创造新产业、加速政务效率。英国政府认为区块链及其分布式账本技术有着颠覆性潜力，能够给政府、其他地方性和区域性权力机构带来更多的机会，可以提高政府机构与公民交易的透明度，降低市场摩擦，使中心企业更容易与地方和国家的权力机构互动，通过第三方推广新的应用，提供更高效的方法用于构建和执行业务等。阿联酋政府相信通过区块链可以提升服务能力，建设基于区块链技术的文件管理系统，开发能够“提高文件交易速度、交互性、和可靠性”的工具，依靠区块链技术的去中心化特性，可省去数据处理中心，进而节省设备维护费用，降低文件管理及交易成本。

（二）区块链技术在我国政务行业稳步发展

目前我国广东、吉林、西安、山东等16个省市均实现了区块链在政务方面的应用落地，北京、深圳的项目落地数量分别占第一、第二位。区块链政务应用场景包括数字身份、电子存证、电子票据、产权登记、工商注册、数据共享、涉公监管、行政审批、政府审计、数据共享、出口监管等。

青岛是较早推行区块链技术的城市之一，推出了基于区块链且集成全自动化物联网系统的城市垃圾分类回收系统。北京市已上线基于区块链技术的不动产登记信息平台，推出“区块链+不动产登记”的多个应用场景。雄安新区打造基于区块链的建设资金管理和征拆迁安置资金的应用平台，将银行、政府、劳务公司、征拆迁群众、工程公司等多方数据上链，打造基于区块链的多系统间的数据协同与跨链互通。深圳市上线统一政务服务APP——“i深圳”，发布基于区块链电子证照应用平台，该平台将电子证照系统与区块链技术相结合，借助区块链的去中心化同步记账、身份认证、数据加密和不可篡改等特征，确保电子证照信息可信任、可追溯。重庆市上线基于区块链的政务服务平台，使得在重庆注册公司的时间可从原来的十几天缩短到最快只需要3天。杭州市打造全国首个基于区块链的电子印章应用平台，将杭州市的企业电子印章脱敏上链，实现实体印章与区块链电子印章一一对应，记录使用印章过程，过程真实可追溯且不可篡改，杜绝电子“萝卜章”风险。

二、省级区块链平台设计

（一）省级区块链基础平台设计

省级区块链基础平台在整体设计架构上采用模块化的分层架构。模块化和分层的设计理念将整个区块链系统划分成处于不同层次的多个组件，组件与组件之间、层与层之间通过标准的接口相互通信和协作。每个组件内部的逻辑和具体实现对其他组件是不可见的；每一层由若干个相互密切配合或可替代的组件构成， 对于其他层也是不可见的。模块化的设计和分层架构有利于独立开发、测试、升级单个的组件，并可根据具体的需求在多个可互相替代的模块中随意选择，在降低研发成本和缩短开发周期的同时亦可提高系统的可用性、安全性、可扩展性。

分层的体系结构使系统中复杂的业务逻辑与数据逻辑相分离，分布式应用的开发者无须过于关注底层的区块链所采用的共识算法和处理逻辑的细节，可以大大降低应用开发的成本和时间。此外，分层的架构还有利于业务应用的扩展和迁移，同时也便于在业务应用不受影响的情况下对底层的区块链共识系统进行升级和扩容等。在数据库服务器和应用服务器上，采用软、硬件的集群技术，使系统整体性能可以得到进一步提升。

省级区块链基础平台的整体架构自下而上共可划分为下列几个层次。

基础层：区块链的基础数据结构和算法库。为共识层提供包括数据存储、网络通信、密码学运算（包括加密/签名/验签/哈希摘要等）在内的各种基本服务。

共识层：实现区块链共识的核心逻辑。本层又分为三部分。

区块结构层：验证交易和区块的有效性，打包生成新区块，维护有效区块经由哈希引用关系形成的拓扑结构图。包括交易池、区块打包引擎、区块验证引擎，区块拓扑结构存储模块等。

定序共识层：对区块结构层的所有（已验证有效的）区块进行全排序，实现关于所有有效区块的先后顺序的共识。对区块的全排序将自然地确定所有交易的先后顺序。

状态共识层：按照定序共识层排好的顺序执行交易并更新系统状态，维护所有共识节点对于当前状态的共识。

接口层：面向应用开发者，提供 RPC 接口和 SDK等接口服务；面向管理者提供配置区块链系统参数、管理账号和节点权限等控制接口。

（二）省级区块链管理平台（BaaS）设计

省级区块链管理平台是为快速推进基于区块链的政务应用，建立政务区块链应用所需的开发环境，提供基于政务区块链的搜索查询、交易提交、数据分析等一系列链上操作服务，便于创建、部署、运行和监控政务区块链，省级区块链管理平台采用分层架构设计方案，来为使用单位提供全方位的区块链服务，并帮助政务区块链应用开发者快速构建与优化基于区块链的政务应用。省级区块链管理平台是用户管理区块链环境的一站式平台，为区块链应用提供快速部署应用、节点管理、区块链配置和管理、运维监控等服务。省级区块链管理平台包含如下功能。

政务区块链管理与运维提供联盟管理、区块链管理和智能运维等功能。

合约管理与服务提供分组管理、合约列表、合约配置管理、合约管理、合约编辑与部署等功能，管理智能合约的分组、上传、发布、审核、安装、初始化。

开发支撑环境为智能合约开发提供简单、高效的集成环境，支持创建、编译、部署、调用智能合约项目。

三、总结

采用集约化建设方式搭建省级区块链平台，支撑省级所有政府项目的区块链开发，满足各厅局应用上链需求，可有效避免重复投资。借助区块链的分布式同步记账、身份认证、数据加密等特征，实现上链数据的可信任、可追溯，同时实现各参与主体共同维护、监督平台，不仅可有效解决政府部门间数据共享的信任问题，而且将在优化政务服务流程、促进政务数据共享、降低“数字政府”运营成本、提升政务协同工作效率等方面发挥重要作用。