區(qū)塊鏈技術(shù)在新型智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用探討

劉春明

（江蘇省大數(shù)據(jù)交易和流通實(shí)驗(yàn)室，江蘇 鹽城 224000）

區(qū)塊鏈技術(shù)在新型智慧城市概念建設(shè)當(dāng)中充當(dāng)“紐帶角色”，其一般以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，根據(jù)統(tǒng)一機(jī)制來滿足概念中其他技術(shù)板塊的連接需求，同時(shí)兼顧各技術(shù)板塊的獨(dú)立性，例如通過分布式儲(chǔ)存，來保障技術(shù)板塊的數(shù)據(jù)獨(dú)立，不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)體混亂現(xiàn)象，再通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，實(shí)現(xiàn)技術(shù)板塊之間的數(shù)據(jù)連接，而這一切都是在統(tǒng)一機(jī)制允許不同技術(shù)板塊之間發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸?shù)臈l件下來實(shí)現(xiàn)的。綜上可見，區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)新型智慧城市概念的重要性更高，對(duì)其進(jìn)行研究，可促進(jìn)新型智慧城市概念建設(shè)效率與質(zhì)量，說明此課題具有實(shí)踐意義。

1 新型智慧城市概念分析

新型智慧城市概念是現(xiàn)代學(xué)者圍繞城市各領(lǐng)域運(yùn)維需求，在技術(shù)背景下提出的城市建設(shè)新模式，旨在通過數(shù)據(jù)分析用戶需求，再根據(jù)用戶需求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，起到降低城市資源浪費(fèi)、城市人群經(jīng)濟(jì)消耗以及優(yōu)化資源供給結(jié)構(gòu)等作用。舉例來說，在新型智慧城市概念背景下，針對(duì)城市供電，可以根據(jù)技術(shù)系統(tǒng)，收集單個(gè)用戶在某個(gè)周期內(nèi)的用電量，相應(yīng)將所有用戶的用電量相加，得到城市在周期內(nèi)的電力資源供給量，此時(shí)對(duì)比與城市電力資源供給標(biāo)準(zhǔn)，可以了解到當(dāng)前城市電力資源供給是否超過標(biāo)準(zhǔn)、超過多少，相應(yīng)細(xì)化到單體用戶，鎖定電力資源用量超標(biāo)的城市區(qū)域，隨之對(duì)該區(qū)域的電力資源供給進(jìn)行控制，確保該區(qū)域電力資源供給總量精確。而要實(shí)現(xiàn)上述中電力資源供給數(shù)據(jù)細(xì)化至單體用戶的操作，就必須通過用戶生活中其他方面的數(shù)據(jù)來進(jìn)行反饋分析，例如依照用戶供暖設(shè)備應(yīng)用數(shù)據(jù)，可以初步判斷單體用戶一部分的用電總量，此舉在數(shù)據(jù)邏輯上，對(duì)其他所有與電力資源相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，即可得到用戶周期內(nèi)的用電總量等數(shù)據(jù)[1]。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)功能

2.1 分布儲(chǔ)存功能

分布儲(chǔ)存功能是區(qū)塊鏈技術(shù)當(dāng)中最基本的功能，即區(qū)塊鏈技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為處理中心、網(wǎng)絡(luò)接口、分布式數(shù)據(jù)庫，其中處理中心作為終端部分，其對(duì)外提供網(wǎng)絡(luò)接口服務(wù)，此時(shí)分布式數(shù)據(jù)庫就可以依照網(wǎng)絡(luò)接口，與處理中心連接，形成分布式結(jié)構(gòu)，在此結(jié)構(gòu)條件下，所有分布式數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)都會(huì)被獨(dú)立保存，但又因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)連接，可以被處理中心調(diào)度。此外，在處理中心數(shù)據(jù)調(diào)度的前提下，所有被調(diào)度到處理中心的數(shù)據(jù)，都會(huì)依照信息特征而被分類保存，可以有效避免數(shù)據(jù)混亂現(xiàn)象[2]。

2.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)功能

從某種角度上來看，區(qū)塊鏈技術(shù)就是從大數(shù)據(jù)技術(shù)中演化出現(xiàn)的，其具備大數(shù)據(jù)技術(shù)的很多功能特征。上述提高到的處理中心調(diào)度功能，就是通過特征學(xué)習(xí)功能，先對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，相應(yīng)得到不同信息的語義或內(nèi)涵特征，在數(shù)據(jù)深度挖掘功能方面，即為了通過其他數(shù)據(jù)來細(xì)化單體用戶對(duì)某個(gè)資源的應(yīng)用數(shù)據(jù)，區(qū)塊鏈技術(shù)系統(tǒng)會(huì)對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，相應(yīng)得到各數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系邏輯，判斷數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系遠(yuǎn)近、權(quán)重等級(jí)等。由此可見，區(qū)塊鏈技術(shù)在大數(shù)據(jù)技術(shù)功能下，體現(xiàn)出智能化特征[3]。

2.3 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸

區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)據(jù)調(diào)度功能，并不只針對(duì)處理中心與分布式數(shù)據(jù)庫，其中每個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫之間，也可以形成數(shù)據(jù)傳輸，由此可見區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的特征。針對(duì)不同分布式數(shù)據(jù)庫的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸，在實(shí)際工作當(dāng)中，如果某個(gè)城市運(yùn)維領(lǐng)域管理單位產(chǎn)生了數(shù)據(jù)需求，那么可以生成指令并將其直接發(fā)送到指定分布式數(shù)據(jù)庫，相應(yīng)指定分布式數(shù)據(jù)庫管理單位通過指令請(qǐng)求，并依照指令信息需求將數(shù)據(jù)發(fā)送給城市運(yùn)維領(lǐng)域管理單位即可，如果指定分布式數(shù)據(jù)庫管理單位不愿意進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，則可以駁回請(qǐng)求[4]。

2.4 共識(shí)機(jī)制

共識(shí)機(jī)制同樣是區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用關(guān)鍵，即雖然該技術(shù)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，保留了各數(shù)據(jù)的獨(dú)立性，但在系統(tǒng)運(yùn)維范圍內(nèi)的所有數(shù)據(jù)動(dòng)作都是圍繞統(tǒng)一目標(biāo)來進(jìn)行的。假定共識(shí)機(jī)制的信息內(nèi)涵為降低能源浪費(fèi)水平，則處理中心以及所有分布式數(shù)據(jù)庫都會(huì)以此為目標(biāo)來進(jìn)行運(yùn)維，即處理中心會(huì)依照標(biāo)準(zhǔn)值分析某周期內(nèi)的能源供給情況，所有分布式數(shù)據(jù)庫都會(huì)將各自周期范圍內(nèi)的能源供給數(shù)據(jù)發(fā)送給處理中心，相應(yīng)依照處理中心的分析結(jié)果，可以確認(rèn)當(dāng)前城市能源供給是否超標(biāo)，相應(yīng)對(duì)比于標(biāo)準(zhǔn)值，可以明確得知各能源在周期范圍內(nèi)的浪費(fèi)水平，為治理方案提供方向。

3 新型智慧城市概念中區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)共享

綜上可知，區(qū)塊鏈技術(shù)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸功能具有數(shù)據(jù)共享表現(xiàn)，其在應(yīng)用當(dāng)中主要由4個(gè)部分實(shí)現(xiàn)，即去中心化、信任機(jī)制、共享賬本以及信息可溯源，具體內(nèi)容如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)共享中區(qū)塊鏈應(yīng)用結(jié)構(gòu)

（1） 去中心化。去中心化是區(qū)塊鏈技術(shù)在新型智慧城市概念中的新部署方式，由POW工作量證明機(jī)制實(shí)現(xiàn)，其采用數(shù)據(jù)共享模塊來替代處理中心，此舉目的在于：因?yàn)楝F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)攻擊手段層出不窮，而處理中心結(jié)構(gòu)作為終端系統(tǒng)，無論采用哪一種防護(hù)措施都存在被攻擊的可能性，而采用數(shù)據(jù)共享模塊可以避免此類現(xiàn)象，原因在于數(shù)據(jù)共享模塊具有即時(shí)性且支持?jǐn)?shù)據(jù)加密算法應(yīng)用，相應(yīng)所有數(shù)據(jù)都可以被第一時(shí)間共享到模塊內(nèi)，同時(shí)被加密，任何用戶想要查看加密信息就必須通過身份驗(yàn)證，并得到數(shù)據(jù)源單位的許可才能實(shí)現(xiàn)，所以安全性更高。

（2） 數(shù)據(jù)不可竄改。信任機(jī)制的核心在于數(shù)據(jù)不可竄改，即在雙方進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，每一項(xiàng)數(shù)據(jù)在未得到雙方許可的前提下，是不能被竄改的，所以可以有效預(yù)防一些“作假”行為，增加系統(tǒng)可靠性。另外，信任機(jī)制是上述共識(shí)機(jī)制的深入化表現(xiàn)，主要由HashCash演算法實(shí)現(xiàn)，該方法可以有效校驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果是否可靠，相應(yīng)使雙方相互信任度增加。

（3） 交換過程透明。能源數(shù)據(jù)不但代表了能源用戶的能源使用表現(xiàn)，反向也映射出能源單位的經(jīng)濟(jì)效益，即當(dāng)用戶能源用量增大，則代表能源單位必須支出更多的成本來生產(chǎn)、供給能源，否則相反，由此說明能源數(shù)據(jù)與能源單位的賬本信息相互對(duì)應(yīng)。在此前提下，為了避免能源數(shù)據(jù)“作假”或錯(cuò)漏問題，區(qū)塊鏈技術(shù)提供了共享賬本服務(wù)，在該服務(wù)背景下，可以保障數(shù)據(jù)交換過程透明，即在進(jìn)行數(shù)據(jù)共享的條件下，數(shù)據(jù)源單位可以通過共享賬本記錄或者其他信息來核實(shí)數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

（4） 信息可溯源。在早期區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用當(dāng)中，經(jīng)常出現(xiàn)信息所有權(quán)判斷困難的問題，相應(yīng)出現(xiàn)了很多糾紛事件，而隨著時(shí)代發(fā)展，現(xiàn)代區(qū)塊鏈技術(shù)在新型指揮城市概念當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)了信息可溯源功能。具體來說，在區(qū)塊鏈技術(shù)邏輯上，其以數(shù)據(jù)所有權(quán)為基準(zhǔn)，依照大數(shù)據(jù)功能對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)跟蹤某數(shù)據(jù)的信息變化，判斷信息與源數(shù)據(jù)的權(quán)重等級(jí)，相應(yīng)的出現(xiàn)糾紛時(shí)，依照跟蹤記錄以及權(quán)重等級(jí)，即可直觀判斷出信息所有權(quán)。另外，因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系，不同時(shí)間段的數(shù)據(jù)是不能用來權(quán)重比較的，所以為了保障比較信息同步，在信息可溯源應(yīng)用表現(xiàn)當(dāng)中，需要加入時(shí)間戳服務(wù)機(jī)制，為用戶提供信息的日期、時(shí)間等信息。

3.2 信息安全保障

綜合上述數(shù)據(jù)共享部分的分析內(nèi)容可見，其四個(gè)應(yīng)用特征都透露出區(qū)塊鏈技術(shù)系統(tǒng)具有信息安全保障功能，此處再做補(bǔ)充。首先區(qū)塊鏈技術(shù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)與常規(guī)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)不同，其以數(shù)據(jù)源單位為基礎(chǔ)，使所有數(shù)據(jù)分布儲(chǔ)存，相應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中存在無數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)即使受到惡意攻擊，其也無法得到完整的信息，同時(shí)在信息加密算法下，這些節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)，無論在儲(chǔ)存狀態(tài)還是傳輸狀態(tài)都難以被外部攻擊攻破，所以安全性大幅度提高。此外，多節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)代表技術(shù)系統(tǒng)的兼容性較高，即假設(shè)某個(gè)節(jié)點(diǎn)因?yàn)閻阂夤舳c瘓，整個(gè)系統(tǒng)依舊可以依靠其他節(jié)點(diǎn)來正常運(yùn)作，可見區(qū)塊鏈技術(shù)在新型智慧城市概念建設(shè)當(dāng)中的應(yīng)用價(jià)值。

3.3 拓展應(yīng)用

雖然區(qū)塊鏈技術(shù)系統(tǒng)在新型智慧城市概念建設(shè)中“自成一派”，無須其他系統(tǒng)介入就能運(yùn)作，但是考慮到城市供需發(fā)展，如果技術(shù)系統(tǒng)不具備拓展性，長(zhǎng)久使用容易被淘汰。而事實(shí)上，區(qū)塊鏈技術(shù)的拓展性良好，其網(wǎng)絡(luò)接口的通信協(xié)議通用性較高，可以與外部很多先進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)連接，以提高系統(tǒng)應(yīng)用能力。

4 結(jié)語

文章主要對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)在新型智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，通過分析得出結(jié)論：區(qū)塊鏈技術(shù)是實(shí)現(xiàn)新型智慧城市概念建設(shè)的重要紐帶，其負(fù)責(zé)連接概念中的各個(gè)數(shù)據(jù)板塊，同時(shí)，通過自身功能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分布儲(chǔ)存、特征分析、邏輯推演，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中具有良好表現(xiàn)，起到降低城市能源損耗、精確控制經(jīng)濟(jì)消耗以及保障信息運(yùn)維安全。