基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)共享方案。

截止到今年，區(qū)塊鏈行業(yè)在不斷地深入發(fā)展，也有一些新的發(fā)現(xiàn)與應用場景。不過在一些激勵政策方面，到目前為止暫時還沒有一種方法來全程跟蹤‘誰基于什么目的、向誰、何時、共享了什么數(shù)據(jù)’，進而給予數(shù)據(jù)所有者相應的激勵。

一個“允許數(shù)據(jù)所有者控制、刪除數(shù)據(jù)并從共享數(shù)據(jù)中獲得回報”的平臺，將是用戶數(shù)據(jù)共享的重要驅(qū)動因素。因此我提出了一個基于區(qū)塊鏈和智能合約的框架，允許用戶在不失去控制權(quán)和所有權(quán)的情況下，在本地存儲和共享數(shù)據(jù)。

一、背景

互聯(lián)網(wǎng)的誕生就是為了方便用戶共享數(shù)據(jù)，包括集中式（如FTP）和分散式（如電子郵件）兩種。在注重用戶參與的Web2.0模式下，通過社交網(wǎng)站（微博、微信、簡書等工具）分享信息變得非常容易。

為了在商業(yè)模式創(chuàng)新中獲得利潤，一些企業(yè)正在收集和共享與用戶個人信息和行為相關(guān)的二手數(shù)據(jù)，以便根據(jù)這些信息發(fā)布針對用戶的個性化廣告。許多數(shù)據(jù)是由用戶自愿提供的，也有一些數(shù)據(jù)是由系統(tǒng)從用戶活動的觀察中獲得的，也可是通過對自愿提供的或觀察到的數(shù)據(jù)高級分析推斷出來的。

在電子商務、互聯(lián)網(wǎng)金融、新聞聚合、視頻直播、交友服務等不同領(lǐng)域，數(shù)據(jù)分析和個性化推薦增強了用戶與系統(tǒng)的交互，提高了向用戶提供服務的整體質(zhì)量。以個性化為目標的應用程序需要收集有關(guān)其用戶的信息并創(chuàng)建預測模型，用戶建模的過程需要收集用戶數(shù)據(jù)，并通過在服務的多個用戶之間發(fā)現(xiàn)模式和相似性，或者從用戶交互的歷史中抽象用戶特征并構(gòu)建用戶配置文件，從這些數(shù)據(jù)中進行推斷。

為了加快對用戶的了解，應用程序可以與其他應用程序共享同一用戶的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而需要共享用戶交互數(shù)據(jù)和用戶配置文件。這種共享在倫理上存在風險和隱患。

雖然全國信息安全標準化技術(shù)委員會發(fā)布的《個人信息安全規(guī)范》中，明確了與用戶隱私和數(shù)據(jù)控制有關(guān)的問題和權(quán)衡，以及在保持數(shù)據(jù)豐富性的同時保持公平性，但是這些問題并沒有采取相應的技術(shù)架構(gòu)和方法落實解決。

尤其在科學研究領(lǐng)域，研究數(shù)據(jù)共享實踐是非常必要的，共享研究數(shù)據(jù)可以減少重復試驗，加速科學發(fā)現(xiàn)。在醫(yī)學和醫(yī)療保健領(lǐng)域，個性化的病人護理和醫(yī)學研究都可以受益于對病人數(shù)據(jù)和臨床試驗數(shù)據(jù)在尊重倫理和保護隱私前提下的共享。

獲取、更新、使用和共享數(shù)據(jù)機制需要向用戶提供適當和有意義的激勵，以從數(shù)據(jù)共享中獲益，并確保用戶知道哪些數(shù)據(jù)已被誰、為了什么目的以及在什么條件下訪問。

目前，沒有一個單一的可信機構(gòu)來確保符合道德標準的用戶數(shù)據(jù)共享。由于安全性、中心性、以及可信度問題，當一個集中式服務提供商統(tǒng)一存儲和管理所有數(shù)據(jù)時，就為黑客提供一個攻擊目標，很容易造成數(shù)據(jù)被盜、誤用或賣給不道德的第三方，甚至引發(fā)被銷毀的風險。

近期，中共中央政治局就區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進行第十八次集體學習。并在集體學習時強調(diào)：“要把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新重要突破口”“加快推動區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”。最高層的前瞻判斷，讓“區(qū)塊鏈”再次走進大眾視野，成為金融資本、實體經(jīng)濟和社會輿論共同關(guān)注的焦點。從百度搜索指數(shù)看，從10月初至11月，“區(qū)塊鏈”一詞的搜索熱度急速上升。

圖1．“區(qū)塊鏈”搜索熱度　　在過去的幾年里，分布式賬本和區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種很有應用前景的技術(shù)手段，在醫(yī)療結(jié)果互認、商品生產(chǎn)溯源、稅務監(jiān)察、版權(quán)保護等各種使用案例中支持不可變和可信的記錄，區(qū)塊鏈系統(tǒng)提供一種 “智能合約”的技術(shù)，允許建立對訪問或修改每個數(shù)據(jù)實體的自動驗證。

可以部署智能合約來編碼允許的數(shù)據(jù)使用目的、允許的軟件應用程序、可以訪問數(shù)據(jù)的人員或企業(yè)、時間限制、交易價格等。因此，區(qū)塊鏈提供了一種新型的平臺，可用于共享用戶數(shù)據(jù)——用戶模型和用戶貢獻的數(shù)據(jù)或研究數(shù)據(jù)，及提供隱私、用戶控制和激勵問題的解決方案。

二、區(qū)塊鏈核心技術(shù)介紹

1．分布式賬本技術(shù)

分布式賬本技術(shù)（Distributed Ledger Technology， DLT）是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于創(chuàng)建公共或私有的分布式數(shù)字交易賬本，而不是與單個提供者共享。區(qū)塊鏈中的區(qū)塊由多個交易組成，這取決于區(qū)塊的大小。

該區(qū)塊在其塊頭中包含重要信息，例如指向前一個塊的前一個塊的哈希值。在計算上，任何損壞的節(jié)點都不可能返回并改變歷史。區(qū)塊鏈中沒有單點故障，因為系統(tǒng)的冗余保證了許多備份，缺少中央存儲空間則確保了黑客沒有目標。圖2右側(cè)為分布式分類帳技術(shù)原理，左側(cè)為傳統(tǒng)的集中分類帳。

圖2． 分布式賬本技術(shù)　　為了確保區(qū)塊鏈平臺的成功，激勵措施在鼓勵參與方面發(fā)揮著非常重要的作用。通常，節(jié)點會因參與交易驗證活動而獲得挖掘獎勵。此外，還有一些建議使用區(qū)塊鏈結(jié)合訪問控制措施，以確保數(shù)據(jù)的隱私，同時共享鏈外文件。

用戶建模可以受益于使用分布式賬本和智能合約的平臺，以確保用戶控制的隱私和智能合約中編碼的數(shù)據(jù)共享策略。與集中式系統(tǒng)相比，區(qū)塊鏈技術(shù)對用戶是透明的，非常有希望激勵用戶進行數(shù)據(jù)共享。

它還自然支持建立激勵機制，鼓勵用戶分享他們的數(shù)據(jù)。通過這種方式，用戶成為其數(shù)據(jù)的所有者，并可以決定如何收集和使用其數(shù)據(jù)，以及如何共享這些數(shù)據(jù)。此外，不僅從改善服務的個性化體驗中受益，而且還可以直接受益，例如，從服務提供方產(chǎn)生的收入中獲得一定的收益分成。

2．智能合約技術(shù)

智能合約是部署在區(qū)塊鏈上的合約實例，目的是設計互聯(lián)網(wǎng)上陌生人之間的電子商務協(xié)議。智能合同存儲以下規(guī)則：協(xié)商合同條款、自動驗證合同和執(zhí)行商定條款。智能合約由不同的功能組成，這些功能可以從區(qū)塊鏈外部調(diào)用，也可以由其他智能合約調(diào)用。區(qū)塊鏈與智能合約技術(shù)相結(jié)合，消除了交易雙方對中央系統(tǒng)的依賴。由于智能合約存儲在區(qū)塊鏈上，因此網(wǎng)絡中的所有關(guān)聯(lián)方都將擁有它們的副本。

三、基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)共享方案

使用戶能夠存儲和共享數(shù)據(jù)的系統(tǒng)具備的一些核心功能設計如下：

1、獎懲機制

獎勵每個參與實體（數(shù)據(jù)所有者、數(shù)據(jù)生產(chǎn)者、數(shù)據(jù)提供者和數(shù)據(jù)消費者）誠實地履行其職責或懲罰其惡意行為。

2、嚴格授權(quán)

系統(tǒng)應定義訪問策略，明確系統(tǒng)涉及的每一方的訪問權(quán)限和特權(quán)。

3、符合規(guī)范

系統(tǒng)應遵循個人信息管理規(guī)范，以識別和本地化所有個人識別信息（Personal Identifiable Information， PII），將數(shù)據(jù)分類為PII和非PII，分別遵循相應的數(shù)據(jù)管理規(guī)范。

4、可審計

系統(tǒng)必須提供完整的審計功能，以跟蹤數(shù)據(jù)的狀態(tài)和路徑。應該可以跟蹤參與者執(zhí)行的每個操作。

如上所述，基于區(qū)塊鏈的解決方案繼承了區(qū)塊鏈的關(guān)鍵特性，如不變性、分散信任、不可否認性和可用性。為了確保隱私，解決方案不允許任何其他參與方直接訪問數(shù)據(jù)，而是提供基于查詢的訪問。

其中，智能合約規(guī)定對數(shù)據(jù)進行何種轉(zhuǎn)換，以根據(jù)用戶的意愿保留隱私，利用智能合約激勵數(shù)據(jù)所有者共享其數(shù)據(jù)，并通過強制參與方提供抵押來確保系統(tǒng)中所有參與者的誠信。

用戶數(shù)據(jù)在上傳到鏈外存儲器之前首先經(jīng)過哈希和加密，然后將它們存儲在鏈外存儲器中，或者使用可信系統(tǒng)作為網(wǎng)關(guān)助手來執(zhí)行此操作?？尚畔到y(tǒng)在可信執(zhí)行環(huán)境的云上運行，主要為用戶提供計算和密鑰管理服務，執(zhí)行數(shù)據(jù)所有者和數(shù)據(jù)使用者雙方協(xié)商的鏈外數(shù)據(jù)操作。

圖3．方案架構(gòu)設計　　有關(guān)訪問用戶數(shù)據(jù)的條款和條件與數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)應一同編碼在智能合約中，并在區(qū)塊鏈平臺上發(fā)布。區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)哈希防止篡改數(shù)據(jù)。當數(shù)據(jù)使用者調(diào)用智能合約來訪問用戶數(shù)據(jù)時，只有成功調(diào)用合約才能釋放用于解密用戶數(shù)據(jù)的密鑰。然后，可信系統(tǒng)從鏈外存儲中檢索數(shù)據(jù)，對其進行解密，并將數(shù)據(jù)發(fā)布給數(shù)據(jù)使用者，同時確定對數(shù)據(jù)所有者的激勵。

區(qū)塊鏈和智能合約能夠確保訪問其數(shù)據(jù)的人物、時間和目的的完全透明性，允許用戶指定數(shù)據(jù)共享的一系列目的、可共享的數(shù)據(jù)類型、可訪問數(shù)據(jù)的應用程序等，并按照合同的規(guī)定，支付使用數(shù)據(jù)的費用。

基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)共享解決方案提供了底層的鏈外用戶數(shù)據(jù)存儲機制，該機制可以是受信任方托管的集中式數(shù)據(jù)存儲，也可以是分散式平臺。在最壞的情況下，集中式存儲可能會受到中心性問題的影響，例如故意刪除用戶數(shù)據(jù)或由于技術(shù)故障而不傳遞用戶數(shù)據(jù)。因此，分散的傳輸機制提供了一個更好的服務，參與節(jié)點不必依賴任何單獨的系統(tǒng)來獲取數(shù)據(jù)。

為了保護用戶信息安全，使用了三種結(jié)合對稱和非對稱加密的區(qū)塊鏈流。一種是公鑰流，參與者使用它在RSA公鑰密碼體制下分發(fā)他們的公鑰。第二個是Items流，用于發(fā)布大量數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)都使用對稱AES加密方案加密。最后一個是提供數(shù)據(jù)訪問的訪問流。對于每個應該看到一段數(shù)據(jù)的參與者，將創(chuàng)建一個流條目，其中包含該數(shù)據(jù)的機密密碼，并使用該參與者的公鑰加密。

智能合約用于自動驗證每個數(shù)據(jù)實體的訪問條件，這也自然支持建立獎勵機制，以鼓勵用戶在得到獎勵的條件下共享數(shù)據(jù)。每當合同發(fā)布時，它就成為區(qū)塊鏈上交易的一部分并擁有一個地址。

每個事務都有一個消息，該消息是一個可以保存元數(shù)據(jù)的容器對象。因此，還需要創(chuàng)建另一個簡單的契約，將與區(qū)塊鏈研究相關(guān)的ID和元數(shù)據(jù)提交于區(qū)塊鏈。通過以智能合約的狀態(tài)、功能、修改器和事件為用戶提供透明合約。

在需要大量數(shù)據(jù)和復雜計算的情況下，可以在可信的執(zhí)行環(huán)境中執(zhí)行，而可信的執(zhí)行環(huán)境又受鏈上智能契約的約束。一旦鏈上智能合約授予權(quán)限，就可以遠程對鏈下可信執(zhí)行環(huán)境進行認證，以建立信任。

然而，在區(qū)塊鏈之外的可信執(zhí)行環(huán)境中，確保與合同相關(guān)的鏈外執(zhí)行的可信度仍然存在一些問題，一些關(guān)鍵技術(shù)尚未攻克，而且缺少操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫和應用軟件的技術(shù)規(guī)范。因此，今后還需要開展更多的工作，制定相應的機制和標準，為該領(lǐng)域作出新的貢獻。

責任編輯：ct