区块链火了 | 让海淘造假无处遁形，智慧城市未来可期

区块链技术介绍

区块链技术源自比特币，其核心是一个建立在各参与者共识基础上的共享数据库。从底层原理上讲，“区块链”就是将全网数据打包成一个个区块并以链状形式链接、存储的形象化描述（图1）。

图1　区块链结构示意图

除了创世区块，每一个区块都有唯一一个前序区块。除了首次交易，区块内账户的每一个交易也都有唯一一个前序交易与之对应。前序区块和前序交易的某种散列计算值作为后续区块和后续交易的构成数据之一与后续交易一起存储在区块链上。这样，所有的数据块和所有的交易都通过严格的密码学算法前后链接。

区块链上的账户实际上是某一个非对称密钥公钥的一个不可逆散列计算值，账户的所有人掌握该非对称密钥的私钥。当账户所有人希望对账户进行操作时，他只需要将前序交易的散列值和本次交易的内容一起打包并使用私钥签名公布到网络上即可完成。以比特币支付为例，假设账户所有人Alice希望支付给Bob一定数量的比特币。Alice只需要将上述信息打包后用私钥签名并公布到区块链网络上，全网节点即开始对Alice的支付声明进行验证：①Alice的公钥对应的地址历史上是否有足够的余额以支持本次支付；②Alice的私钥签名是否有效。如果有一个条件不满足，节点就会拒绝将本次交易打包到某一个区块中，也就无法实现支付交易。

进一步地，大约每4000个交易会分布式地打包到一个比特币区块中。由于不同的节点因网络延迟、地理位置等因素在同一时间段内接受的交易不同，它们对当前后继区块的打包内容也不同。这样就需要一种共识算法来在全网范围内确定谁产生的区块才是大家最认可的区块。目前比特币和以太坊等主流的民间数字货币都采用POW（proof of work，工作量证明）的方式来确定区块链共识。确定了后继区块之后，新的区块就在全网共识的基础上添加到区块链网络中，从而记录了Alice和Bob之间的交易。

区块链上的支付交易实际上是一种预先约定好的规则：全网节点一起验证付款人账户余额和数字签名的有效性。如果用户可以自由地提交新的规则，并且全网节点可以对某些交易行为进行符合该规则与否的认证，区块链就不仅仅可以承载支付交易，也可以承载各种各样的业务。这种区块链上预先约定规则并由全网共同监督实现的思想就是智能合约的雏形。智能合约可以简单看作由区块链上运行的不可修改的程序代码。相比于传统运行于中心服务的程序，智能合约最大的区别在于它的代码是公开、不可篡改和自动执行的。这样就有效规避了传统中心化服务器可能出现的人为操控、数据篡改等纠纷问题。

区块链的三项核心业务能力包括统一数据库、统一账本和统一执行代码，三者组合可以实现基于去中心化信任的各种业务。从上述区块链技术的原理来看，这种技术实现了服务的去中介化、公开审计、全网统一账本、高可用性、分布自治、不可篡改等对多方服务非常有意义的业务能力。

区块链与智慧城市大数据平台结合

区块链技术应用在智慧城市大数据开放平台上可以很好地解决现有大数据中心的各种问题。首先，区块链技术的分布式去中心化特性将原来数百台服务器、海量存储离散地分布在各参与者的节点上，可以大幅降低系统的部署和运维成本（图2）。其次，区块链技术采用了对等节点的理念，各个参与方节点除了统一的基础服务节点，还专注自己的业务。一方面大幅降低了统一数据平台技术研发的难度，另一方面提高了专用数据的处理能力。最后，智能合约的引入使得系统在新的业务模型、数据模型引入时只需要通过软件部署智能合约的形式即可完成，无需重构后台数据库的存储结构和访问接口的数据结构，从而明显提高了系统的灵活性和可扩展性。

图2　区块链构建开放大数据平台结构图

以区块链为基础的智慧城市开放大数据平台由区块链节点网络、监管准入服务、数据参与方服务、数据源和操作器等多种角色构成。其中，区块链节点网络采用联盟链技术。联盟链是区块链网络的特殊形式，它以节点准入和权限分级为特征，并采用DPOS（delegated proof of stake，股份授权证明）或PBFT（practical Byzantine fault tolerance，实用拜占庭容错共识算法）等共识算法。不同于公有链和POW共识机制，联盟链的参与节点由监管服务器严格控制，只有特许准入的节点才能获取区块链数据。

这样做的好处是一方面可以在准入时对参与方身份进行确认，更好地维护系统隐私；另一方面可以采用高效的数据同步算法，使得系统的吞吐量和存储效率明显提升。监管准入服务是智慧城市开放大数据平台的核心。虽然区块链技术从网络节点层次是平权和去中心化的，但从监管模型上说是中心化准入和权限分级的。这样监管者可以严格做好准入筛查、隐私保护和违规犯罪信息屏蔽等工作。各数据参与方是数据的提供者和使用者，他们包括政府机关、企事业单位、个人等。

以智慧交通服务为例，一个优秀的智慧交通服务需要使用道路拥堵信息、车辆分布信息、天气信息、道路管控信息等，这些信息分散在多个参与方手里。道路拥堵信息可能由交通部门的摄像头传感器收集后上传，也可能是由地图导航软件的使用者上传；天气信息由气象部门提供；道路管控信息由政府相关单位上传等。这些信息数据由各个服务提供方综合处理后通过区块链节点提交到平台，供平台其他参与方使用。最后，数据源和操作器是整个系统的眼睛和手臂。数据源以摄像头、温度计、GPS（global positioning system，全球定位系统）定位器等物理数据传感器或者POS（point of sale，销售终端）机、医疗记录等数据记录器为代表，为系统提供必要的数据。执行器则是对数据进行综合分析后的操作部分，包括信号灯、保险批准、贷款授信等具体或抽象的操作。可以看出，整个系统中政府负责建设的部分并不多，仅仅包括一个统一的区块链节点和一个监管准入部门。前者用来定义规则，后者用来限制准入和监管。剩下的部分由各个参与方提供数据和使用数据，最大化地提高了系统的效率，节约了成本。

区块链系统作为分布式数据存储平台仅仅是区块链技术的初级应用，也仅仅能满足智慧城市的基础需求。智慧城市还需要将这些收集到的数据动态、有机甚至自发地组合在一起，创造出新的价值。基于区块链的智能合约可以满足智慧城市的这种需求。智能合约是区块链上运行的脚本程序，同传统意义的程序的区别主要在于传统的程序是由单一计算机运行并提交其结果的，而智能合约则是由网络参与者各自运行一遍程序，取其共识作为最终结果记录。如果将程序称为“合约”，把程序的运行称为“执行”，把结果向全网公布并确认称为“仲裁”，区块链就不仅仅是一个数据的去中心化存储系统，还是一个合同的执行和仲裁系统。正因为这样，区块链可以取代传统的商业合作模式，不通过中间人进行合同签署、执行和仲裁，明显简化了商业合作的流程，降低了信任成本，同时也尽可能地避免了商业纠纷。

以智慧城市的空气检测服务为例来看智能合约如何实现数据服务的自组织。假设市气象部门在全市分散布设有1000个气象监测点，负责采集温度、湿度、风速、风向、降水量等信息，另有环保部门500个空气质量监测点，负责采集PM2.5、PM10等污染信息，此外该市的工业企业工厂内部有自己的监测设备共500个，可以提供额外的空气、水质等信息，还有交通部门、部分市民的空气质量监测设备共约500个。气象部门可以发布一个智能合约，约定持续上传监测数据和监测点位置信息的数据源可以获得一定的收益，这样各个数据采集点就有动力将自己的数据上传到区块链上，气象部门也就可以利用远超过自身采集的数据。气象部门可以利用该数据提供更精确的气象服务。环保部门则同样可以利用该数据进行污染预警，更进一步地，利用工厂和工厂周围社区的污染数据可以对化工泄漏等恶性突发事件进行及时预警，避免更大的损失。传统上要实现更大范围的数据采集需要投入大量的建设资金和维护资金，而且各个部门各个企业的数据也不联通，造成了重复投资和资源浪费。

智能合约作为预先约定的规则是高度灵活的，任何参与方都可以发布自创的智能合约，并且和其他参与方协同工作。例如，同一个社区的居民可以通过居民委员会智能合约进行社区建设决策投票，对社区绿化、治安、停车等进行表决。以社区停车为例，公共车位可以在区块链智能合约上拍卖，过程结果公开透明。社区纯净水生产机也可以通过智能合约众筹方式购买，社区服务人员提交一个众筹智能合约，愿意出资购买的居民直接在区块链上支付，凑齐足够的经费则由社区出面购买，只有最初出资的居民有权享受社区提供的纯净水。甚至类似Air bnb的租房服务也可以由智能合约提供，租客在智能合约上付款，自动获得开门的密码，在智能门锁上输入即可开门。政府只需要提供区块链大数据平台和智能合约的执行环境，各种商业模式和公益模式就会自发地产生，为社会创造价值。

虽然通过区块链建设智慧城市开放数据中心拥有相对于传统中心化数据服务的诸多优点，但仍然有大量的工作需要政府出面承担。首先，数据服务的参与方需要由政府负责准入和管理。由于智能合约高度灵活，缺乏良好的监督必然导致不法分子利用其进行欺诈或犯罪活动。例如，打着众筹旗号的非法集资，打着理财旗号的庞氏骗局等。大数据开放中心首先要做到的就是资质审核和监管管理。其次，政府需要对某些公共服务提供资金、宣传和政策上的合适引导。大数据服务依赖于海量数据的分享，以实现一加一大于二的数据聚集效应。然而在数据积累初期，各参与方数据投入大收益小，各方动力不足。这时就需要政府部门首先做出表率，主动共享自己持有的数据。同时最好能够提供部分数据购买资金，鼓励企业、个人主动分享数据，做到良性循环。此外，政府还应该针对部分有示范效应的智慧城市服务应用进行大力推广，形成规模效应，实现可持续的良性发展。

区块链技术是近年来出现的一种新的数据和服务组织形式。经过几年的发展和各个领域不同专家学者的研究和实践，它已经从计算机极客的试验品成为了新的社会协作、社会组织形式的技术基础。智慧城市的建设目的就是利用新技术和新的组织形式为社会创造更大的价值，促进政府效率提高、社区自治、社会化协作。从这个角度讲，区块链技术应用在智慧城市的建设中是技术发展的必然。目前主流的智慧城市开放大数据平台需要政府主导投入大量资金，并且后续运营也需要大量的持续投入。而以政府投入作为主导的大数据平台对于各参与方不容易产生正反馈的持续激励，往往花费大量资金后创造不了对应投入的社会效益。区块链技术的引入一方面减少了初始的大量投入，另一方面政府只负责制定标准和监管，避免了既作为裁判员又作为运动员的定位模糊的困境。基于区块链技术的智能合约的应用更进一步地解放了大数据开放平台的创造力，各参与方可以自由地利用开放的大数据提供对外服务，城市居民也可以自由地选择各种服务。智慧城市从过去的政府主导、政府推动变成了政府监管、社会化推动、全民参与，不但降低了成本，减少了政府工作量，更提高了服务效率、促进数据和服务的有机整合，推动智慧城市的健康可持续发展。

节选自王博、张一锋中国电子商务协会智慧城市委员会编《以区块链为基础打造智慧城市大数据基础平台》（中国电子商务协会智慧城市委员会编《智慧城市评论》第3辑）。