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区块链技术下的智慧城市新生态

摘要:我国已在多个城市进行了智慧城市试点,但整体智慧城市发展水平却不容乐观,各地建设现状参差不齐。区块链技术由于其分布式账本、密码学技术、可追溯、智能合约等特性,为智慧城市的推进演化提供了一套可行的解决方案。如“互联网+政务”、“智慧交通”等。

习近平在中央政治局第十八次集体学习时强调:“要推动区块链底层技术服务和新型智慧城市建设相结合,探索在信息基础设施、智慧交通、能源电力等领域的推广应用,提升城市管理的智能化、精准化水平”。作为推动社会数字化进程的重要措施,智慧城市建设已是全球趋势,并逐渐演化为创新技术为主导的应用领域,技术应用已成为智慧城市建设的基础设施甚至中坚力量,但纯粹的技术变革并不能带来真正的应用升级,反而带来了场景融合难、数据应用难、系统烟囱林立等问题。针对这些问题,区块链技术针对性地给出了可能的解决办法。

一、智慧城市建设现状及痛点

2008年, IBM首次提出了“智慧星球”(smarter planet)的愿景,并以此为基础提出了“智慧城市”(smarter cities)的建设理念 。目前全球在建的智慧城市达1000多个。但大多智慧城市建设“名不副实”,更多的仍停留在智能层面,而非智慧,“智能”侧重于硬件的智能化,而“智慧”则强调在信息技术广泛应用的同时,更加看重生态的打通融合,数据的共享与应用,从而提升资源利用效率,优化城市管理水平,改善市民生活质量。

(一)新技术引领智慧城市多元化场景“深度融合”

放眼全球,各国政府正逐渐将“科技研发”作为智慧城市的基础支撑环节,一方面加强基础和应用科学研发投入,另一方面,积极推动技术的普及应用。

2014年8月,我国国家发改委、工信部、科技部等八部委联合印发《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》(以下简称《意见》)。《意见》要求 “应用先进适用技术科学推进智慧城市建设,积极发展民生服务智慧应用,有效提高城市综合承载能力和居民幸福感受,促进城镇化发展质量和水平全面提升”。

这是从国家层面第一次强调了技术升级在智慧城市建设中的重要作用。“物联网、大数据、云计算”等新技术的逐渐成熟给智慧城市的发展带来了广阔的想象空间,智慧城市的未来是多场景相互融合的一个生态,新技术的应用将进一步驱动智慧城市建设“生态化反,深度融合”,从而有效推动智慧城市的发展历程。

(二)智慧城市建设的痛点分析

目前我国智慧城市主要建设模式已逐渐从过去政府主导的“单一模式”向社会共同参与、联合建设运营的“多元化模式”转变。

智慧城市建设需放眼整个社会,加强政府各部门间、政府各部门与社会主体间的联动,才能真正发挥“智慧化”所带来的价值提升,做到“服务于民”。但目前落地案例仍寥寥,笔者总结其内在原因有如下三大挑战:

1.打通和融合之殇

2015年,国务院印发《落实“三互”推进大通关建设改革方案》,提出跨部门、跨区域的大通关协作机制,信息共享共用,优化通关流程。

2017年,海关总署、国家税务总局、国家外汇管理局签署《关于实施信息共享开展联合监管的合作机制框架协议》,进一步推动了机构间互联互通。

尽管如此,目前从推动效果来看仍远未达到预期效果,跨部门、跨机构间打通融合困难重重,笔者认为一方面原因是缺乏合理的顶层设计规划,基础设施薄弱,且各部委条线上的信息化建设造成城市数据分散,系统间烟囱林立,且跨部门数据调动、业务协同困难;

另一方面,出于政企间“监管与被监管”以及“相互合作”的微妙关系,政府与社会机构间的融合也举步维艰,这进一步的导致了各个参与方之间缺乏内在联系,违背了智慧城市“有机融合”的理念,降低了智慧城市建设的效率和效益。

2.数据安全和数据共享的矛盾

智慧城市的运营离不开数据的运营,其生态融合的背后是海量数据的共享与应用,这对数据安全和隐私保护提出了极高的要求。“在分布式账本技术出现之前,数据共享一般是通过建设集中的数据平台来实现。大型组织,尤其是政府部门以及大型金融机构,一般会建设组织级数据仓库或者大数据平台等数据集中平台,实现组织内部数据的集中采集、处理、存储和应用。”

2017年6月,《中华人民共和国网络安全法》开始实施,2018年始,网安部门联合多个部门,对部分公司利用网络爬虫技术,未经允许非法采集个人信息的行为予以查处,可见政府在强调数据共享的同时更加看重数据安全,这导致各机构间的壁垒非常高,而我国信息安全保障尚不成熟、核心技术研发能力不足,安全经验的匮乏和安全系统的漏洞,甚至对国家信息安全构成威胁。如何在充分保障数据隐私的前提下实现数据共享是一个必须面对的问题。

3.缺乏有效的价值流通机制

智慧城市的建设内容涵盖:智慧交通、智慧能源、智慧物流、智慧医疗、城市安全、政府服务等领域,涉及到日常生活的方方面面,在智慧城市建设进程中会无法避免的涉及到价值流通机制的搭建,在各个场景打通和联动时必然需要有统一的价值流通体系来维持整个生态的运转,目前常见的积分体系就是一个尝试,例如市民在航空公司的会员积分与电商平台互通,餐饮积分可以兑换商场停车券等,但由于各家商户积分独立,且兑换渠道有限,导致积分的流通受阻,很难真正实现价值流转,逐渐沦为“鸡肋”。好的价值分配体系是生态的润滑剂,保障了整个生态的平稳健康运行,智慧城市建设需要一个完善的价值流通机制来保障。

二、基于区块链技术的智慧城市建设新模式

IDC与金融壹账通在2019年发布的《区块链推动建立开放与共享的新金融体系》中将区块链定义为“记录信息和数据的分布式数字账本,该账本存储于对等网络的多个参与者之间,参与者可以使用加密签名将新的交易添加到现有交易链中,形成安全、连续、不变的链式数据结构”。

针对上文中提到的三大挑战,笔者提出“区块链技术下的智慧城市新生态”,通过引入区块链的三大特点:分布式账本、密码学技术、智能合约,针对性解决智慧城市建设中的三大难题。

(一)分布式账本技术解决场景融合问题

分布式账本技术(Distributed Ledger Technology,简称DLT)是一种在网络成员之间共享、复制和同步数据的技术。分布式账本记录网络参与者之间的交易。这种共享账本可有效降低因账本间协同所产生的时间和开支成本。相比传统中心化数据库,分布式账本有以下显著优点:

1.弱中心化:每个网络中的参与方都有一份相同的账本,不存在中心化的维护机构,避免了中心化机构带来的隐患;

2.不可抵赖、不易篡改、可追溯:通过哈希、时间戳、非对称加密等算法保障账本数据不可抵赖、不易篡改且可追溯;

3.记账成本低:共享账本免去了账本间的协同成本,无需对账,成本更低。

在传统的系统建设模式中,数据由各个参与方本地存储并管理,且系统之间打通壁垒高、难度大。

如果基于DLT搭建共享账本,每个参与方都拥有相同的账本,且共享账本数据的任何新增、修改都是各参与方共识的结果,各个系统从底层数据层面打通后,这将大大降低系统间的融合成本。

(二)密码学技术实现多方数据隐私保护

智慧城市建设“深度融合”的基础是数据共享,如何更安全、高效的实现数据共享,同时解决数据安全和隐私保护之间的矛盾是必须考虑的问题。区块链可授权加解密、终端用户授权机制、以及零知识证明等密码学技术可保障各方数据在符合法律法规要求的条件下合理利用。

1.可授权加解密

在区块链网络中,数据的隐私保护由区块链的加密机制保障,所有应用系统的数据均由各参与方独立加密上传至分布式账本中,数据上传方(属主)对数据拥有绝对控制权,未经授权,任何机构均无法获取到数据明文。

但数据的价值在于共享与挖掘,例如在“智慧政务”场景中会涉及到对企业工商、司法数据进行披露和共享,可授权加解密技术提供了一个完整的数据加密及共享方案,数据“属主”可根据自身业务需求对数据进行定向授权,指定授权对象以及授权逻辑,授权维度包含(不限于):

(1)字段级授权:对同一条数据中的单个数据字段进行独立授权;

(2)授权读写:单独对读写权限进行授权,可设置“读写”或仅“读”;

(3)授权传递:被授权对象可对授权数据进行再次授权;

(4)授权回收:数据“属主”对已授权权限进行回收。

2.终端用户授权机制

利用哈希算法、非对称加密、数字签名等技术,实现终端用户对区块链上数据的掌控。

首先,通过向国家合法CA机构申请数字证书,证书秘钥独立保存,用户对其授权意愿进行签名,机构对其签名进行验签,证明用户的自主授权意愿,从而解决用户授权意愿合法性问题;

其次,利用上述第一点中提到区块链可授权加解密技术,解决链上加密数据授权通道问题。

在当前数据隐私保护监管愈发严格的环境下,通过对数字签名技术以及区块链隐私保护技术的结合,终端用户授权机制提供了完美的解决方案。

3、零知识证明

零知识证明(Zero—Knowledge Proof)指的是证明者能够在不向验证者提供任何有用信息的情况下,使验证者相信某个论断是正确的。

零知识证明本身不是一个新事物,但其与区块链隐私保护的特性有着天然的结合点,可在区块链上针对密文数据进行验证。

零知识证明技术在很多场景有了应用案例并且发挥重要作用,例如平安区块链(金融壹账通)为香港金管局设计、开发的国际贸易融资网络项目。

凭借3D零知识证明技术为花旗、渣打、汇丰等国际银行防范超额融资风险。银行针对订单或者发票,在不泄露其客户融资金额的情况下,向其他机构验证其超额融资情况,使得各银行客户数据在隐私保护的前提下得以合理共享和利用,有效防范金融风险。

在智慧城市建设中,零知识证明技术可以针对部分不可明文公开的数据进行验证,例如金融机构可针对其密文状态下的政务数据进行零知识证明,其证明结果可用作金融风控决策,真正做到“数据可用而不可见”。

(三)基于智能合约的积分激励机制

智慧城市是一个多场景的生态体系,可基于区块链智能合约搭建一套跨场景的积分激励机制,提供一个公开、透明、可执行、可验证的价值传递方案,打通各个场景的价值流通通道。具体积分运行机制可包括:

1)积分获取和消费:根据各业务场景定义并发行积分,鼓励用户参与业务操作,并根据事先约定的智能合约规则执行相应的积分奖励(获取)或积分扣除(消费)操作;

2)积分兑换:利用智能合约搭建智慧城市各场景积分兑换通道,将兑换规则写入智能合约,其兑换比例完全交由市场决定,不受其它第三方控制,完全市场化行为。

3)积分验证:各场景参与方可针对上述积分的获取、消费、兑换操作环节进行验证,当验证结果符合预先设置的合约规则时才对账本进行修改,从而保证了积分在各个参与方事先约定好的规则下运行。

三、区块链在“智慧城市”领域的应用

习近平在中央政治局第十八次集体学习时指出:“要探索利用区块链数据共享模式,实现政务数据跨部门、跨区域共同维护和利用,促进业务协同办理”。近年来,区块链在智慧城市建设领域频频落地,助力我国智慧城市升级。下文分别从“电子证照”和“智慧交通”两个案例分析了区块链技术可能带来的改进作用。

(一)区块链“电子证照”,真正的“一证通办”

 “证照”是我国政务服务里的重要单证,日常工作、生活中都会涉及到证照的使用,例如:身份证、户口本、房产证等个人证件,营业执照、税务登记证、银行开户证等公司证件,这些证照均由对应的政府职能部门发放和管理。我们在去政府部门办事的时候,需要按要求携带相关证件,提交一堆材料,而且经常会因为漏带某个证件而吃“闭门羹”。

随着政务改革的进行, “电子政务”、“互联网+政务”概念被提出,提倡通过信息化手段打通各政府管理部门间数据,“让数据多跑路,让人少跑路”,但实际推进中遇到了重重阻力,各部门往往“不敢给、不愿给”。

笔者认为有两方面原因,首先是操作难度大,需要有一个牵头方协调各部门提供相关数据,且参与机构要尽量齐全,不齐全会导致办事成本大大增加,达不到“一证通办”的效果;其次,政府各部门间的数据集中化管理存在安全隐患,出了问题,谁都“担不起”。

“区块链电子证照”的出现或许是个可行的解决方案。首先各部门电子证照管理“不越权”,仅对自身管辖范围内的“证照”加密至分布式账本管理,其它部门的证照均为密文,且在用户同意的情况下才可向其它部门授权明文,消除了各部门对“数据安全、数据隐私”的忧虑;

其次在电子证照上链后,各部门间可互相验证证照的真实性,大大提高了办事效率,有效杜绝了证件“篡改、造假”的可能,真正实现“一证通办”;

第三,由于区块链可追溯的特性,各部门可在链上追溯证件的使用情况,扩大了监管深度和广度,同时各部门可针对其监管要求设置智能合约,一旦触发其监管阈值即通知相关部门,打造政府间“联合监管”网络,有效防范了违法、犯罪事件的发生。

举个例子,在办理房产证时,需要向房管局提供产权人(夫妻)的结婚证,办理人可利用区块链终端用户授权机制,对其管理于民政局的“电子结婚证”进行意愿签名授权,通过区块链的可授权加解密技术将链上加密后的“电子结婚证”授权至房管局,房管局在收到电子结婚证信息并验证通过后,为其办理电子房产证,办理人持证后,去银行办理房产抵押贷款,房管局作为直接监管部门,可在链上查看其抵押情况并持续监控。

(二)基于区块链的“智慧交通”服务网络

交通作为一个古老的行业,它的发展时刻影响着社会发展的方向,在交通信息化的发展浪潮中,技术升级正在给交通业带来翻天覆地的变化,区块链凭借:去中心化、可追溯、不可篡改等特性,在城市智慧交通的多个方面,正在带来新的革新。

车管所可利用区块链技术推行链上智慧车检,首先将车辆相关证照上链,实现证照真伪可验,一证通办;其次借助人脸识别技术,识别车主身份,车辆信息自动核验;第三,车辆日常运维、保养、出险等数据上链,可为车管所提供真实数据支撑,为车主提供个性化车检或者免检服务,智能合约可保障车检过程合规透明,从而大幅提升检测效率、缩短检测时间、杜绝违规操作。

警务执法方面,可利用区块链进行共享快处,交警在执法过程中一旦发现车辆出现执法范围以外的违规、违法情况,可取证后将相关信息上链并通知对应管理部门,管理部门通过区块链一证通识别车主、车辆身份,同时追溯、验证链上信息真实性,给予相应处罚,大大提高了警务执法效率。

相比传统的中心化系统建设方式,区块链通过分布式账本、数据隐私保护、智能合约激励等机制有效解决了智慧城市建设中“场景融合、数据共享、价值流通”等问题,为智慧城市的建设带来了新的应用点。

笔者认为,相比于上面讲到的种种应用场景,我们更应该关注区块链技术与其它技术在智慧城市建设中的结合与应用,单个技术无法避免的会遇到技术瓶颈和壁垒,如何将区块链与其它技术相结合,落实到场景中去,并真正带来应用价值,这将是未来需要进一步深入探讨的方向。

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