解析基于電子證照應(yīng)用的邊緣計算高性能安全智能訪問體系

徐智蘊(yùn) 貝文馨

摘 要 本文從當(dāng)前政務(wù)服務(wù)中的電子證照應(yīng)用推進(jìn)情況出發(fā)，分析了電子證照在各使用場景的應(yīng)用中所面臨的問題，提出了基于電子證照應(yīng)用的邊緣計算高性能安全智能訪問體系解決方案，剖析了該訪問體系的功效與優(yōu)勢，并對海量用戶使用電子證照服務(wù)時如何提升訪問效率、加強(qiáng)安全防護(hù)以及優(yōu)化資源配置進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞 邊緣計算;電子證照;內(nèi)存數(shù)據(jù)庫;區(qū)塊鏈技術(shù)

2018年11月，國家市場監(jiān)管總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會、國家電子文件管理部際聯(lián)席會議辦公室（國家密碼管理局）聯(lián)合發(fā)布了《電子證照總體技術(shù)架構(gòu)》、《電子證照目錄信息規(guī)范》、《電子證照共享服務(wù)接口規(guī)范》等6項國家標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布進(jìn)一步推動了實現(xiàn)全國層面政務(wù)服務(wù)“一網(wǎng)通辦”的進(jìn)程，北京、上海、深圳、成都等城市紛紛推出一系列便民的電子證照相關(guān)服務(wù)，讓政務(wù)數(shù)據(jù)共享更充分，讓政務(wù)服務(wù)運行更順暢，讓企業(yè)群眾辦事更便捷，為推動實現(xiàn)“讓百姓少跑腿、讓數(shù)據(jù)多跑路”的目標(biāo)和提升企業(yè)群眾幸福感和獲得感奠定了良好的基礎(chǔ)。

1伴隨著電子證照的廣泛推行而可能產(chǎn)生的系列問題

隨著全國范圍內(nèi)“互聯(lián)網(wǎng)+政務(wù)服務(wù)”改革的不斷深入，電子證照作為具有法律效力和行政效力的專業(yè)性、憑證類電子文件，正日益成為企業(yè)群眾生活及辦事的主要電子憑證，是支撐政府服務(wù)運行的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。各地電子證照的廣泛推行，在面向公眾的政務(wù)服務(wù)過程中，隨著用戶數(shù)量的不斷增加和證照類型的不斷豐富，必然涉及海量用戶在各種線上線下業(yè)務(wù)場景下產(chǎn)生數(shù)百種不同電子證照的使用需求問題，屬于多層次和多對多類型的問題（如圖1所示）：

圖1 電子證照用戶、種類、場景的多層次和多對多關(guān)系示意圖

因此，在如此大規(guī)模的電子證照應(yīng)用場景下如果沒有創(chuàng)新性的設(shè)計和完備的解決方案，將極有可能發(fā)生嚴(yán)重的訪問性能問題，尤其是政務(wù)服務(wù)應(yīng)用所帶來的訪問量峰值效應(yīng)十分明顯，短時間內(nèi)大流量訪問請求將對系統(tǒng)造成極大壓力，任何一個環(huán)節(jié)的接口瓶頸或系統(tǒng)故障，都會導(dǎo)致整體服務(wù)性能的下降甚至服務(wù)的中斷，嚴(yán)重時可能會引發(fā)群體性事件和不良輿情。同時，政務(wù)服務(wù)應(yīng)用也易受到來自外部的頻繁攻擊，應(yīng)用安全和數(shù)據(jù)安全的防護(hù)極其關(guān)鍵，一旦造成數(shù)據(jù)泄露，后果不堪設(shè)想。但是，為了應(yīng)對突發(fā)流量高峰或提高安全防護(hù)等級而一味擴(kuò)展系統(tǒng)資源配置的解決方案明顯在經(jīng)濟(jì)性上不科學(xué)、不合理，因此，我們尋求通過充分利用硬件設(shè)備性能、系統(tǒng)體系架構(gòu)、工作流程模式和軟件算法技術(shù)等方面的優(yōu)化來提高整體運行性能和安全防護(hù)強(qiáng)度，為伴隨著電子證照的廣泛推行而可能產(chǎn)生的系統(tǒng)訪問性能瓶頸及系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全等問題提供解決方案。

2基于電子證照應(yīng)用的邊緣計算高性能安全智能訪問體系設(shè)計

為了更好地應(yīng)對電子證照在廣泛推行過程中而可能產(chǎn)生的系列問題，我們提出了基于電子證照應(yīng)用的邊緣計算高性能安全訪問體系解決方案。通過充分發(fā)揮智能移動端客戶機(jī)設(shè)備的計算存儲和安全管控等能力優(yōu)勢，并采用新一代云計算技術(shù)中具有很大發(fā)展?jié)摿Φ倪吘売嬎悖‥dge Computing）理念，基于云端高速內(nèi)存數(shù)據(jù)庫及區(qū)塊鏈等技術(shù)從而設(shè)計了高性能安全智能訪問體系[1]。

2.1 發(fā)揮智能移動端設(shè)備計算能力優(yōu)勢為邊緣計算技術(shù)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)

隨著硬件集成技術(shù)的飛速發(fā)展，智能移動端客戶機(jī)設(shè)備的品種類型越來越豐富，性能配置也越來越強(qiáng)大。市場研究數(shù)據(jù)表明，預(yù)計到2022年，80%的新型智能移動端客戶機(jī)設(shè)備將會擁有獨立的人工智能計算能力。這些高端智能移動端設(shè)備的硬件計算資源絕對不是浪費，而是為下一波人工智能邊緣計算的大面積推廣埋下鋪墊。這些人工智能芯片正在超越智能手機(jī)運用領(lǐng)域，也被應(yīng)用于數(shù)以百萬計的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，如機(jī)器人、無人機(jī)、汽車、照相機(jī)和可穿戴設(shè)備。研究表明，新的人工智能的核心神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)大小在達(dá)到相同應(yīng)用效果的情況下可以比現(xiàn)有減少10倍。因此，結(jié)構(gòu)更簡單的人工智能算法將為邊緣計算技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造機(jī)會。

目前大規(guī)模的數(shù)據(jù)計算很大程度上仍然主要取決于云計算技術(shù)的成熟度，但是當(dāng)數(shù)據(jù)計算量級達(dá)到以數(shù)百億計算的物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模時，單純靠云端計算則不僅僅會增加云端成本，而且不利于實時快速響應(yīng)服務(wù)。這也是邊緣計算興起的原因，通過由客戶端（如手機(jī)、手表等智能終端）分擔(dān)一部分運算壓力，從而實現(xiàn)服務(wù)的快速響應(yīng)。因此，現(xiàn)如今新型智能手機(jī)獨立人工智能計算能力的提升，為將來更大范圍地推廣物聯(lián)網(wǎng)、人工智能提供了可能。

因此，我們將邊緣計算的先進(jìn)理念應(yīng)用于政務(wù)服務(wù)的電子證照大規(guī)模應(yīng)用，大部分電子證照訪問流的獲取將從在云端服務(wù)計算轉(zhuǎn)而在移動終端本地化計算自主完成，讓用戶可在更加復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中更快速地訪問電子證照應(yīng)用（如移動端的電子證照亮證掃碼應(yīng)用）。

2.2 搭建云端高速內(nèi)存數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)系統(tǒng)的高性能運行和服務(wù)的即時響應(yīng)

隨著云計算技術(shù)在各個專業(yè)領(lǐng)域的廣泛滲透，人們對海量數(shù)據(jù)提出了更高的處理要求，傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫雖然保證了數(shù)據(jù)的永久性存儲，但是由于事務(wù)操作的嚴(yán)謹(jǐn)性和存儲設(shè)備的讀寫速度導(dǎo)致了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在面對海量數(shù)據(jù)請求時處理不夠高效的問題出現(xiàn)。而高速內(nèi)存數(shù)據(jù)庫則為解決這一問題提供了可能，它拋棄了磁盤數(shù)據(jù)管理的傳統(tǒng)方式，基于數(shù)據(jù)內(nèi)容重新在內(nèi)存中設(shè)計了體系結(jié)構(gòu)，并且在數(shù)據(jù)緩存、快速算法、并行操作等方面也進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，所以內(nèi)存數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)處理速度要比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫快出很多，一般都在10倍以上。同時，達(dá)到相同應(yīng)用效果所需的機(jī)器指令數(shù)量也大大減少，并且事務(wù)的處理也無須通過I/O讀寫，極大地提高了系統(tǒng)運行性能。此外，內(nèi)存數(shù)據(jù)庫也無須配置緩沖區(qū)管理器，消除了磁盤和內(nèi)存之間數(shù)據(jù)拷貝開銷，在數(shù)據(jù)的組織與管理中通過使用指針進(jìn)一步簡化了內(nèi)存管理，大大降低了空間開銷。

因此，通過在云端部署高速內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，在大流量高并發(fā)訪問請求出現(xiàn)的情況下，進(jìn)一步提高電子證照的系統(tǒng)穩(wěn)定性和服務(wù)可靠性，實現(xiàn)系統(tǒng)的高性能運行。當(dāng)電子證照系統(tǒng)收到集中訪問請求時，后端服務(wù)將優(yōu)先請求云端高速內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，為后端的請求分擔(dān)壓力，既提高整體性能實現(xiàn)了服務(wù)的即時響應(yīng)，也最大限度的節(jié)省了資源配置。

2.3 利用區(qū)塊鏈智能合約和電子存證技術(shù)進(jìn)一步提高系統(tǒng)安全防護(hù)能力

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N新型的去中心化分布式賬本技術(shù)，從本質(zhì)上來說可以理解為一個去中心化的數(shù)據(jù)庫，用于安全地存儲數(shù)據(jù)，同時存儲在區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)不可被偽造和篡改。區(qū)塊鏈的共識算法為區(qū)塊鏈上的每個節(jié)點都能參與到數(shù)據(jù)交易的驗證過程中提供了驅(qū)動，保證了區(qū)塊鏈上的所有交易都是經(jīng)過確認(rèn)并且可信的。區(qū)塊鏈上的每個節(jié)點都共同維護(hù)了一個公共數(shù)據(jù)賬本，用于存儲區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上所有用戶的智能合約數(shù)據(jù)，任何一個節(jié)點對數(shù)據(jù)賬本的修改都將不被其他節(jié)點所承認(rèn)，從而保證了公共數(shù)據(jù)賬本的完整、真實和有效，使其不可被篡改和偽造。

（1）區(qū)塊鏈智能合約。智能合約是區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)實當(dāng)中的應(yīng)用層，是運行在區(qū)塊鏈之上并且能夠根據(jù)預(yù)設(shè)條件自動處理資產(chǎn)的程序，它是由事件驅(qū)動的，是具有狀態(tài)的并獲得多方承認(rèn)的，具有數(shù)據(jù)透明、不可篡改、永久運行等技術(shù)特性，它的最大優(yōu)勢是利用程序算法替代人工干預(yù)，從而智能地自動進(jìn)行仲裁和合同執(zhí)行。

（2）區(qū)塊鏈電子存證。電子存證是將證據(jù)以計算機(jī)文件或其他電子存儲方式保存下來進(jìn)行固定與保管的載體，但由于其本身具有受到被人為或其他高科技技術(shù)篡改的風(fēng)險，因此需要更好的技術(shù)以保證其真實性和有效性。區(qū)塊鏈技術(shù)則可以有效地解決這個問題，它可以生成一定時間段內(nèi)在信息區(qū)塊以及區(qū)塊之間首尾相連的數(shù)據(jù)鏈，從而形成不可篡改的真實數(shù)據(jù)鏈條。區(qū)塊鏈在電子存證領(lǐng)域的應(yīng)用主要是利用區(qū)塊鏈技術(shù)的時間戳功能為數(shù)據(jù)的真實性和存在性進(jìn)行證明。由于區(qū)塊鏈的特殊工作機(jī)制，以及其需要由共識節(jié)點共同驗證記錄并且不可被篡改和偽造等特點，每一個加蓋的時間戳都可以有效地保證數(shù)據(jù)存儲的原創(chuàng)性，因而區(qū)塊鏈信息能夠有效保證電子存證信息的完整性和真實性。例如，區(qū)塊鏈可以永久地安全存儲由政府機(jī)構(gòu)核發(fā)的各類許可證、執(zhí)照、證明和記錄等，并可以在任意的時間點方便地證明電子存證信息的真實性和存在性。利用這種特性，區(qū)塊鏈技術(shù)在電子存證領(lǐng)域已被應(yīng)用在越來越多的數(shù)據(jù)存儲業(yè)務(wù)場景中。

因此，充分利用區(qū)塊鏈技術(shù)的特點，借鑒其在智能合約和電子存證等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的成熟經(jīng)驗，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于電子證照系統(tǒng)的安全智能訪問體系設(shè)計中，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的整體安全防護(hù)能力和安全防護(hù)級別[2]。

3基于電子證照應(yīng)用的邊緣計算高性能安全智能訪問體系主要功效

基于電子證照應(yīng)用的邊緣計算高性能安全智能訪問體系的出現(xiàn)，為提升和優(yōu)化電子證照系統(tǒng)的訪問性能、提高電子證照系統(tǒng)的安全防護(hù)能力以及提升電子證照應(yīng)用服務(wù)的用戶體驗等提供了一個很好的解決方案，其功效主要體現(xiàn)在以下三個方面：

3.1 提升系統(tǒng)訪問性能

通過引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中證照期限“虛擬感應(yīng)”機(jī)制、后臺按需刷新等智能化判別技術(shù)，可提升對過期或失效證照的自動淘汰能力，并且避免無效的海量更新操作，使有限的系統(tǒng)資源發(fā)揮最大的效率，以此提升系統(tǒng)的訪問性能。即使用戶是首次訪問電子證照服務(wù)，后端系統(tǒng)可通過智能化判別，自動優(yōu)先使用高速內(nèi)存數(shù)據(jù)策略，最大程度提升反應(yīng)速度，減輕后端系統(tǒng)的接口負(fù)擔(dān)。

3.2 提升用戶服務(wù)體驗

通過智能化嵌入式訪問引擎驅(qū)動的邊緣計算，基于對用戶身份的鑒權(quán)認(rèn)證，將大部分電子證照訪問流的獲取方式由服務(wù)端轉(zhuǎn)變?yōu)樵谝苿佣丝蛻魴C(jī)本地化自主計算完成，將訪問壓力消化在用戶端點，使得用戶可在更加復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境中實現(xiàn)快速亮證、亮碼，進(jìn)一步提升用戶體驗。同時，由于不需要實時依賴后端系統(tǒng)接口，進(jìn)一步削平了訪問峰值，極大減輕了后端壓力，避免了系統(tǒng)資源需求量無限擴(kuò)大，大大節(jié)約了政府投入，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，對提高社會治理效能和提升政府治理水平大有裨益[3]。

3.3 提升安全防護(hù)能力

通過區(qū)塊鏈技術(shù)的運用，按照對等網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和聯(lián)盟鏈進(jìn)行部署，不僅有利于電子證照分布式的可信電子存證，實現(xiàn)證照更新感知和可信溯源，而且可利用智能合約技術(shù)實現(xiàn)電子證照的智能授權(quán)。基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能場景應(yīng)用建設(shè)可以進(jìn)一步提高電子證照系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，保障證照數(shù)據(jù)的可信性和一致性，最大程度保護(hù)用戶隱私安全。

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