朱 典
(安徽省大數(shù)據(jù)中心 合肥 230001) (8119702@qq.com)
2019年10月24日,習近平總書記提出應把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新的重要突破口,并明確提到了區(qū)塊鏈的16項重要應用,其中包括在政務民生方面的區(qū)塊鏈賦能應用[1].2021年2月19日,安徽省政府第132次常務會議審議了《加快區(qū)塊鏈發(fā)展的實施意見》,會議明確應把區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)作為安徽創(chuàng)新發(fā)展的重要任務,促進區(qū)塊鏈與經(jīng)濟社會深度融合,打造一批示范應用場景,加快構(gòu)建區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)生態(tài).
利用區(qū)塊鏈固有的分布式賬本、密碼學、共識機制、智能合約等技術(shù),為政務安全賦能,確保政務數(shù)據(jù)在其采集、使用、流轉(zhuǎn)和共享中的安全,加強數(shù)據(jù)安全保護,關(guān)鍵安全日志信息記錄,保證其真實性和完整性[2],助推“智慧”監(jiān)管開拓全新局面,幫助切實解決目前省級及各地級市存在的數(shù)據(jù)信息孤島[3]、數(shù)據(jù)交換困難、整合流動不足、業(yè)務協(xié)同應用不夠、數(shù)據(jù)資源平臺不統(tǒng)一和數(shù)據(jù)分析能力欠缺等問題.
安徽省積極響應國家有關(guān)要求,省級及各市級都在積極探索并加快推動區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展,在未來2年內(nèi),安徽省內(nèi)必將呈現(xiàn)出多鏈競放的狀態(tài).數(shù)據(jù)已成為數(shù)字經(jīng)濟時代關(guān)鍵的生產(chǎn)要素,深刻影響著經(jīng)濟社會的發(fā)展,因此加強數(shù)據(jù)安全保護和監(jiān)督管理制度建設(shè)刻不容緩[4].隨著社會信息化的快速發(fā)展,為數(shù)據(jù)資源的管理帶來了更多挑戰(zhàn)性,安徽省數(shù)據(jù)資源管理局作為統(tǒng)籌推進全省數(shù)據(jù)資源安全保障體系建設(shè)的部門,依然存在以下4個方面的安全問題亟待解決.
無論是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還是當前云計算技術(shù),數(shù)據(jù)存儲中心化一直都是痛點問題,當政務數(shù)據(jù)量較大時可能會導致數(shù)據(jù)丟失,甚至系統(tǒng)因壓力過大而癱瘓,對政務部門日常辦公產(chǎn)生的政務數(shù)據(jù)帶來不可估量的影響[5].其次,政務日志涉及的重要私密信息較多,一旦黑客惡意侵入系統(tǒng),將可能面臨日志被篡改或清除的風險,導致日志信息丟失;并且當前存儲日志的各機房之間存在數(shù)據(jù)壁壘,日志的共享整合難度較大.
當前各委辦單位擁有各自獨立的辦公平臺,且由于政務數(shù)據(jù)自身敏感性與涉密性,在處理某項業(yè)務時平臺之間數(shù)據(jù)難以對接,容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)孤島的情況,導致政務部門間事項協(xié)同處理耗時久、辦公效率較低.各省直部門、各市的信息化建設(shè)均是各自獨立建設(shè),從底層的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫,到中間層的各類公共組件,再到上層的業(yè)務應用,公共資源之間無法共享,“煙囪式”建設(shè)較為明顯.
在現(xiàn)有的政務服務信息化系統(tǒng)中,現(xiàn)有技術(shù)支撐無法很好解決政務業(yè)務數(shù)據(jù)被篡改的問題,其完整性和真實性亟需可靠的技術(shù)驗證手段,導致政務業(yè)務協(xié)同中存在“不互信、不敢用”等問題,降低了政務服務質(zhì)量,同時也缺少相應的技術(shù)手段對業(yè)務產(chǎn)生的關(guān)鍵數(shù)據(jù)以及多鏈產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)籌監(jiān)控和管理.
目前,通過現(xiàn)有的政務服務技術(shù)手段難以實現(xiàn)對各類政務服務應用進行全程追溯和監(jiān)督審計,在這種多鏈競放的情況下無法對已建的聯(lián)盟鏈進行有效統(tǒng)管,因此有待采用新技術(shù)手段提升政務服務應用及多鏈的監(jiān)督審計.
目前各市預警體系以及預警數(shù)據(jù)均單獨運行存儲,數(shù)據(jù)需要在本地生成存儲,再傳輸?shù)绞〖墔^(qū)塊鏈系統(tǒng),因此數(shù)據(jù)的真實可靠性難以保障,存在數(shù)據(jù)監(jiān)管漏洞.各市級監(jiān)管體系后續(xù)均會根據(jù)本地區(qū)實際情況構(gòu)建本地區(qū)的區(qū)塊鏈,形成內(nèi)部監(jiān)管,確保監(jiān)管數(shù)據(jù)真實,但會導致省鏈和市鏈之間出現(xiàn)異構(gòu)的情況,因此需要通過跨鏈技術(shù)實現(xiàn)省級區(qū)塊鏈系統(tǒng)和市級區(qū)塊鏈系統(tǒng)跨鏈協(xié)同,有效避免后期重復建設(shè)[6].盡管安徽省數(shù)據(jù)資源管理局已部署一套區(qū)塊鏈應用系統(tǒng),但單一省鏈平臺難以全面納管各聯(lián)盟鏈以及監(jiān)管信息,通過改造原平臺,難度會隨數(shù)據(jù)業(yè)務細化而上升,重復工作量大,平臺承載壓力大,效益低.
因此探索一種新的區(qū)塊鏈平臺結(jié)構(gòu),通過平臺統(tǒng)籌納管多鏈,實現(xiàn)鏈管理、鏈治理、鏈監(jiān)控以及鏈計量計費等功能,為省直不同場景、業(yè)內(nèi)龍頭行業(yè)等不同領(lǐng)域提供鏈服務能力顯得尤為必要.
區(qū)塊鏈的去中心化、可溯源、不可篡改以及智能合約等技術(shù)特性為保障數(shù)據(jù)源可信、業(yè)務流程可追溯、唯一數(shù)字身份認證、數(shù)據(jù)安全共享交換、數(shù)據(jù)安全隱私保護等提供了重要保障[7-9].為打通政務部門之間的數(shù)據(jù)共享以及保證數(shù)據(jù)的安全可靠,在政務領(lǐng)域區(qū)塊鏈可以按聯(lián)盟鏈的要求部署.
結(jié)合安徽省電子政務實際應用場景,本文設(shè)計了一種包括區(qū)塊鏈中臺、政務安全鏈服務平臺及政務應用鏈服務平臺的總體技術(shù)架構(gòu),如圖1所示:
圖1 區(qū)塊鏈平臺架構(gòu)
區(qū)塊鏈中臺實現(xiàn)對多鏈(省級及市級)進行統(tǒng)一納管和治理,支持上級或下級區(qū)塊鏈對接接入,并對已建成的區(qū)塊鏈平臺實現(xiàn)跨鏈監(jiān)管.政務安全鏈服務平臺對安全鏈的上鏈數(shù)據(jù)、合約地址、通證地址、安全日志等相關(guān)資源進行管理和監(jiān)控,確保平臺整體和業(yè)務應用安全可靠.政務應用鏈服務平臺主要為區(qū)塊鏈內(nèi)生應用、基礎(chǔ)應用以及業(yè)務應用提供數(shù)據(jù)業(yè)務服務,并對業(yè)務數(shù)據(jù)進行全流程記錄.
區(qū)塊鏈中臺是用來管理區(qū)塊鏈的服務模塊,支持創(chuàng)建、加入和管理區(qū)塊鏈.區(qū)塊鏈中臺包括中臺總門戶、區(qū)塊鏈納管子平臺、區(qū)塊鏈層以及底層的政務云基礎(chǔ)設(shè)施.通過安全保障、運維運營、標準規(guī)范3大體系提升平臺能力.區(qū)塊鏈中臺技術(shù)架構(gòu)圖如圖2所示.
區(qū)塊鏈中臺支持對多鏈的統(tǒng)一監(jiān)管,對節(jié)點主機管理、成員賬號管理、存儲管理、基本協(xié)議配置以及相關(guān)業(yè)務(鏈治理、鏈監(jiān)控、鏈計量、存證溯源等)等資產(chǎn)資源的統(tǒng)一管理,幫助用戶對業(yè)務健康情況進行整體評估.通過可視化監(jiān)控大屏可以查看節(jié)點分布、區(qū)塊鏈概況;查看最新的交易及其趨勢;查看守護區(qū)塊生成.支持對主機核心數(shù)據(jù)進行監(jiān)控,借助這些核心數(shù)據(jù)快速了解節(jié)點及其所在主機的運行情況.通過查看可視化監(jiān)控大屏,可以快速有效地掌握區(qū)塊鏈中臺的運行情況是否正常,掌握目前數(shù)據(jù)上鏈的總體概況.
區(qū)塊鏈中臺能實現(xiàn)對多鏈的統(tǒng)一治理,將敏感詞庫統(tǒng)籌歸類,維護敏感詞庫,對接入鏈上報數(shù)據(jù)及自身產(chǎn)生數(shù)據(jù)進行審查與管理,對鏈上敏感數(shù)據(jù)進行管理.其中事項包含敏感數(shù)據(jù)異常報警、節(jié)點異常報警、報警信息分析與統(tǒng)計、異常信息閉環(huán)處置、中臺鏈治理的配置以及鏈上數(shù)據(jù)狀態(tài)展示等.
圖2 區(qū)塊鏈中臺技術(shù)架構(gòu)
區(qū)塊鏈中臺通過接入適配器完成未建和已建其他鏈的接入,實現(xiàn)區(qū)塊鏈中臺對同構(gòu)鏈以及異構(gòu)鏈的監(jiān)管.在當今多鏈競放的時代,有效保障每條鏈的安全、合規(guī)、穩(wěn)固的運行.
區(qū)塊鏈中臺支持應用的申請、審批、啟停和網(wǎng)關(guān)管理,便捷實現(xiàn)第三方應用,通過調(diào)用網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)便捷數(shù)據(jù)上鏈.多鏈上報業(yè)務數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)上鏈后中臺賦予了鏈的不可篡改、可信任、可追溯、分布式存儲的特性[10].
圖3 政務安全鏈服務平臺技術(shù)架構(gòu)
政務安全鏈服務平臺對上鏈數(shù)據(jù)進行治理和管控,通過智能合約能快速實現(xiàn)安全數(shù)據(jù)上鏈,并對政務安全鏈當前的運行情況進行監(jiān)控和異常預警,以及對安全鏈和平臺本身數(shù)字資產(chǎn)和操作進行審計.政務安全鏈服務平臺架構(gòu)如圖3所示.
可靠的數(shù)字身份是一切可信數(shù)據(jù)管理的前提,用戶注冊時將身份信息寫入身份合約中,形成鏈上身份.用戶1次注冊會獲得2個身份(業(yè)務身份、鏈上身份),從而實現(xiàn)鏈上身份與私鑰的解耦,即使更換不同私鑰同一用戶的上鏈行為也會關(guān)聯(lián)到該用戶身份,從而確保用戶上鏈行為得到有效監(jiān)管.同時,系統(tǒng)也支持對私鑰和地址及身份進行管理.
由于鏈上身份與私鑰的解耦,用戶可以通過預言機輕松重置自己的私鑰,私鑰丟失或被盜也無須擔心鏈上數(shù)據(jù)或資產(chǎn)丟失.
圖4 政務應用鏈服務平臺技術(shù)架構(gòu)
平臺支持對用戶權(quán)限的有效治理,權(quán)限治理主要是指對參與成員CA證書和系統(tǒng)權(quán)限的治理.CA證書分為見證節(jié)點證書、參與節(jié)點證書和普通賬戶證書.支持頒發(fā)、吊銷和下載,鏈管理員可添加節(jié)點并頒發(fā)證書.創(chuàng)建、加入或者邀請加入政務安全鏈都會給賬戶生成或者頒發(fā)1個證書.聯(lián)盟管理員統(tǒng)一管理鏈上所有的證書信息.
基于區(qū)塊鏈技術(shù)建立了去中心、無法篡改、不可抵賴的權(quán)限執(zhí)行記錄,對用戶的操作行為進行有效控制的同時,提高了服務平臺用戶權(quán)限管理機制的容災備份能力;充分利用區(qū)塊鏈智能合約強制性、自動化的特點,使得用戶權(quán)限策略的執(zhí)行過程無法受到人為不可控因素的影響;同時由于區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)公開化、透明化的特點,使得用戶權(quán)限策略的執(zhí)行結(jié)果公開可見,便于第三方監(jiān)督機構(gòu)對用戶的權(quán)限執(zhí)行記錄進行實時驗證、審計.
政務應用鏈服務平臺主要為鏈生應用、基礎(chǔ)應用以及業(yè)務應用提供數(shù)據(jù)業(yè)務服務,并對業(yè)務數(shù)據(jù)進行全流程記錄.政務應用鏈服務平臺架構(gòu)如圖4所示.
應用鏈服務平臺提供網(wǎng)絡監(jiān)控、節(jié)點監(jiān)控、業(yè)務監(jiān)控、系統(tǒng)告警、賬戶監(jiān)控、日志管理功能.并為政府用戶實現(xiàn)多維度的可視化監(jiān)控,包含區(qū)塊鏈服務平臺全系列應用的系統(tǒng)狀態(tài)、性能和交易情況、區(qū)塊鏈網(wǎng)絡運行狀態(tài).利用服務平臺提供的智能合約審計功能,進一步保證合約代碼安全和使用安全.
應用鏈服務平臺為用戶提供完整的密鑰遠程托管解決方案,利用加密手段和分布式分割存儲方案,提供安全的密鑰托管手段.當用戶密鑰丟失后還可以通過信息認證等手段,利用預言機技術(shù)找回密鑰.同時,用戶還可以通過資產(chǎn)費用管理查看數(shù)字資產(chǎn)詳情,實現(xiàn)數(shù)字資產(chǎn)的安全高效管理.
用戶可以在平臺上將數(shù)據(jù)存證上鏈,通過將身份、信息、行為上鏈存證,存證記錄的更改和糾錯記錄都會記錄在鏈上,無法篡改.一旦發(fā)生糾紛,鏈上的存證數(shù)據(jù)可以作為電子證據(jù)提交,能夠高效解決糾紛,降低風控成本,營造互信環(huán)境.同時利用區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)追蹤記錄數(shù)據(jù)信息的流轉(zhuǎn)鏈條,把數(shù)據(jù)的相關(guān)信息不可篡改地登記在區(qū)塊鏈上,解決了信息孤島、信息流轉(zhuǎn)不暢、信息缺乏透明度等問題.通過數(shù)據(jù)校驗服務解決驗證數(shù)據(jù)可信問題,提供協(xié)同鏈上鏈下數(shù)據(jù)保障全鏈路數(shù)據(jù)傳輸安全的數(shù)據(jù)共享模式,同時可以結(jié)合聯(lián)邦計算和SGX可信硬件技術(shù),達到數(shù)據(jù)可用不可見方式的數(shù)據(jù)價值傳遞.信息校驗服務適配不同安全場景的數(shù)據(jù)協(xié)作平臺,做到數(shù)據(jù)存儲更安全、數(shù)據(jù)共享可審計、數(shù)據(jù)隱私有保障.
威脅情報是信息安全防護體系的重要組成部分,通過與防火墻、蜜罐等安全設(shè)備聯(lián)動,能夠快速識別和處理高級威脅和新型威脅,解決來自各種安全設(shè)備的海量安全告警問題,幫助政府實現(xiàn)自身安全能力和體系的升級.當前威脅情報來源有第三方威脅情報、本地威脅情報以及威脅情報共享,威脅情報庫在不斷地獲得補充更新的情況下,最后由本級安全監(jiān)測平臺將優(yōu)質(zhì)的威脅情報上報到上級安全監(jiān)測平臺,但威脅情報在同級以及與下級部門之間的共享流通尚未實現(xiàn).為進一步提升威脅情報整體安全共享能力,擬采用聯(lián)盟鏈構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的威脅情報共享平臺,以提升省市之間的威脅情報共享能力.
基于區(qū)塊鏈的威脅情報共享平臺首先在省級電子政務外網(wǎng)骨干網(wǎng)上部署4個聯(lián)盟鏈省級節(jié)點,建立起1條政務安全聯(lián)盟鏈,各省級節(jié)點通過專線接入省電子政務外網(wǎng),實現(xiàn)節(jié)點之間的數(shù)據(jù)共享流通.每個地市均是政務安全聯(lián)盟鏈中的1個節(jié)點,各地市節(jié)點通過捆綁線路接入到省電子政務外網(wǎng)中,實現(xiàn)省級節(jié)點與各地市節(jié)點之間的數(shù)據(jù)共享流通,而各地市節(jié)點之間則通過運營商專線接通各市政務外網(wǎng),實現(xiàn)各地市節(jié)點之間的數(shù)據(jù)共享流通.各聯(lián)盟鏈節(jié)點服務器均安裝平臺軟件,上鏈后的數(shù)據(jù)將分布式地存儲在多個節(jié)點中,鏈上主要存儲的數(shù)據(jù)為威脅情報信息、安全日志、指紋信息(較大數(shù)據(jù))、CA根證書等.平臺網(wǎng)絡架構(gòu)如圖5所示:
圖5 平臺網(wǎng)絡架構(gòu)
聯(lián)盟鏈初始節(jié)點部署完成后,聯(lián)盟鏈主干網(wǎng)絡得以運行,為了保證聯(lián)盟鏈的可信度與影響力,省級主管部門可保留1個初始省級節(jié)點用于權(quán)限管理,可以將其他3個省級節(jié)點權(quán)限授權(quán)給省級其他部門進行管理,由這3個部門掌握初始賬戶的私鑰,從而掌握初始化4個節(jié)點的實際控制權(quán),使業(yè)務相關(guān)的各方(省級4個節(jié)點)依據(jù)存儲的全量數(shù)據(jù),來共同維護與治理聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡,確保聯(lián)盟鏈有效可信;市級節(jié)點可以申請加入到該聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡中,以實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈上共享,同時安全存儲1份全量數(shù)據(jù),實現(xiàn)鏈上數(shù)據(jù)一致性;CA機構(gòu)可作為普通賬戶接入聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡,進行根證書等相關(guān)信息上鏈,實現(xiàn)鏈上證書可信互認.
基于區(qū)塊鏈的威脅情報共享平臺用于實現(xiàn)省市威脅情報共享,平臺主要分為市級平臺、省級平臺2個部分,基于該平臺的威脅情報共享示意圖如圖6所示.其中,市級平臺主要收錄市級監(jiān)測平臺和其他安全設(shè)備所生成的威脅情報數(shù)據(jù),以及省級平臺定期下發(fā)的威脅情報,同時通過智能合約定期向省級平臺報送本地生成的優(yōu)質(zhì)情報;省級平臺主要是本地威脅情報庫,其中包括第三方威脅情報庫(云端情報庫、熱門情報庫等)和本地安全監(jiān)測平臺基于威脅情報分析產(chǎn)出的優(yōu)質(zhì)情報,同時負責安全策略下發(fā)、安全預警通報、安全監(jiān)督檢查.
圖6 威脅情報共享示意圖
市級平臺產(chǎn)出的優(yōu)質(zhì)情報數(shù)據(jù)可通過SDK,API接口與聯(lián)盟鏈參與節(jié)點完成對接,將優(yōu)質(zhì)情報數(shù)據(jù)傳輸至政務安全鏈服務平臺.當任一地市節(jié)點收到新的優(yōu)質(zhì)情報數(shù)據(jù)后,會將該優(yōu)質(zhì)情報數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞〖壒?jié)點,各省級節(jié)點都會對該優(yōu)質(zhì)情報數(shù)據(jù)進行驗證簽名、存儲,并傳輸?shù)酵{情報系統(tǒng)中,再經(jīng)由多個省態(tài)勢感知平臺與其他平臺實現(xiàn)共享聯(lián)動;隨后,省級節(jié)點會將驗證后的新優(yōu)質(zhì)情報數(shù)據(jù)下發(fā)地市節(jié)點,各地市節(jié)點對新優(yōu)質(zhì)情報數(shù)據(jù)進行同步更新存儲,實現(xiàn)新優(yōu)質(zhì)情報數(shù)據(jù)在政務安全鏈上共享流通.
省級平臺產(chǎn)出的優(yōu)質(zhì)情報可通過SDK,API接口將已有的威脅情報系統(tǒng)對接政務安全鏈服務平臺,將新的優(yōu)質(zhì)威脅情報傳輸?shù)绞〖壒?jié)點,經(jīng)過簽名驗證后,省級節(jié)點更新存儲并將該優(yōu)質(zhì)情報數(shù)據(jù)下發(fā),各地市節(jié)點收到新優(yōu)質(zhì)情報數(shù)據(jù)后,進行同步更新存儲,實現(xiàn)新優(yōu)質(zhì)情報數(shù)據(jù)在政務安全鏈上的共享流通.
1) 情報共享.
打通了省級與市級的通信路徑,實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)威脅情報在省級威脅情報庫與各地市級安全監(jiān)測平臺2端的實時上報與下發(fā),并保障了優(yōu)質(zhì)威脅情報在共享和使用過程中的協(xié)同一致.
2) 強執(zhí)行力.
通過智能合約自動化、不可篡改等特性來鎖定優(yōu)質(zhì)威脅情報上報、共享、下發(fā)的流程,保障了優(yōu)質(zhì)威脅情報在全流程利用過程中的共享行為符合規(guī)范,觸及預設(shè)條件時自動預警.
3) 強溯源性.
利用區(qū)塊鏈系統(tǒng)的天然可溯源機制可以有效監(jiān)管情報利用過程中的人員行為,可明確情報泄露事故的責任歸屬方.
4) 強穩(wěn)定性.
政務安全聯(lián)盟鏈采用P2P網(wǎng)絡通信,各節(jié)點能夠自主與其他節(jié)點建立通信,保障了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定可用,避免因個別節(jié)點故障而導致優(yōu)質(zhì)威脅情報共享中斷.
本文通過構(gòu)建區(qū)塊鏈服務中臺、政務應用鏈服務平臺和政務安全鏈服務平臺,后期各接入單位將以節(jié)點的形式加入到省級區(qū)塊鏈系統(tǒng)中,節(jié)點數(shù)據(jù)本地存儲并在鏈上以摘要的形式進行共享,實現(xiàn)政務系統(tǒng)的軟硬件資源以及信息資源的共享,進一步消除因網(wǎng)絡安全建設(shè)機制不完善而導致數(shù)據(jù)難以有效流通和中心化存儲等問題,有利于實現(xiàn)政府管理服務從相對封閉的運作方式,向跨部門、跨區(qū)域的協(xié)同互動和資源共享轉(zhuǎn)變,提高了政府上下級整體工作效率.區(qū)塊鏈技術(shù)以其可追溯、不可篡改的特點解決了政務服務業(yè)務數(shù)據(jù)存證難和政務服務監(jiān)督審計難的問題,有效完善了網(wǎng)絡安全監(jiān)管體系和網(wǎng)絡安全監(jiān)管體系,實現(xiàn)了監(jiān)管協(xié)同化、技術(shù)平臺化、數(shù)據(jù)標準化、安全可視化.