基于區塊鏈的數據共享方案。

截止到今年，區塊鏈行業在不斷地深入發展，也有一些新的發現與應用場景。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、共享了什么數據’，進而給予數據所有者相應的激勵。

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

一、背景

互聯網的誕生就是為了方便用戶共享數據，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。

為了在商業模式創新中獲得利潤，一些企業正在收集和共享與用戶個人信息和行為相關的二手數據，以便根據這些信息發布針對用戶的個性化廣告。許多數據是由用戶自愿提供的，也有一些數據是由系統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據高級分析推斷出來的。

在電子商務、互聯網金融、新聞聚合、視頻直播、交友服務等不同領域，數據分析和個性化推薦增強了用戶與系統的交互，提高了向用戶提供服務的整體質量。以個性化為目標的應用程序需要收集有關其用戶的信息并創建預測模型，用戶建模的過程需要收集用戶數據，并通過在服務的多個用戶之間發現模式和相似性，或者從用戶交互的歷史中抽象用戶特征并構建用戶配置文件，從這些數據中進行推斷。

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數據，從而需要共享用戶交互數據和用戶配置文件。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委員會發布的《個人信息安全規范》中，明確了與用戶隱私和數據控制有關的問題和權衡，以及在保持數據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架構和方法落實解決。

尤其在科學研究領域，研究數據共享實踐是非常必要的，共享研究數據可以減少重復試驗，加速科學發現。在醫學和醫療保健領域，個性化的病人護理和醫學研究都可以受益于對病人數據和臨床試驗數據在尊重倫理和保護隱私前提下的共享。

獲取、更新、使用和共享數據機制需要向用戶提供適當和有意義的激勵，以從數據共享中獲益，并確保用戶知道哪些數據已被誰、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來確保符合道德標準的用戶數據共享。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一存儲和管理所有數據時，就為黑客提供一個攻擊目標，很容易造成數據被盜、誤用或賣給不道德的第三方，甚至引發被銷毀的風險。

近期，中共中央政治局就區塊鏈技術發展現狀和趨勢進行第十八次集體學習。并在集體學習時強調：“要把區塊鏈作為核心技術自主創新重要突破口”“加快推動區塊鏈技術和產業創新發展”。最高層的前瞻判斷，讓“區塊鏈”再次走進大眾視野，成為金融資本、實體經濟和社會輿論共同關注的焦點。從百度搜索指數看，從10月初至11月，“區塊鏈”一詞的搜索熱度急速上升。

圖1．“區塊鏈”搜索熱度　　在過去的幾年里，分布式賬本和區塊鏈技術已經發展成為一種很有應用前景的技術手段，在醫療結果互認、商品生產溯源、稅務監察、版權保護等各種使用案例中支持不可變和可信的記錄，區塊鏈系統提供一種 “智能合約”的技術，允許建立對訪問或修改每個數據實體的自動驗證。

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

二、區塊鏈核心技術介紹

1．分布式賬本技術

分布式賬本技術（Distributed Ledger Technology， DLT）是一種數據結構，用于創建公共或私有的分布式數字交易賬本，而不是與單個提供者共享。區塊鏈中的區塊由多個交易組成，這取決于區塊的大小。

該區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，任何損壞的節點都不可能返回并改變歷史。區塊鏈中沒有單點故障，因為系統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右側為分布式分類帳技術原理，左側為傳統的集中分類帳。

圖2． 分布式賬本技術　　為了確保區塊鏈平臺的成功，激勵措施在鼓勵參與方面發揮著非常重要的作用。通常，節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塊鏈結合訪問控制措施，以確保數據的隱私，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據共享策略。與集中式系統相比，區塊鏈技術對用戶是透明的，非常有希望激勵用戶進行數據共享。

它還自然支持建立激勵機制，鼓勵用戶分享他們的數據。通過這種方式，用戶成為其數據的所有者，并可以決定如何收集和使用其數據，以及如何共享這些數據。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，從服務提供方產生的收入中獲得一定的收益分成。

2．智能合約技術

智能合約是部署在區塊鏈上的合約實例，目的是設計互聯網上陌生人之間的電子商務協議。智能合同存儲以下規則：協商合同條款、自動驗證合同和執行商定條款。智能合約由不同的功能組成，這些功能可以從區塊鏈外部調用，也可以由其他智能合約調用。區塊鏈與智能合約技術相結合，消除了交易雙方對中央系統的依賴。由于智能合約存儲在區塊鏈上，因此網絡中的所有關聯方都將擁有它們的副本。

三、基于區塊鏈的數據共享方案

使用戶能夠存儲和共享數據的系統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（數據所有者、數據生產者、數據提供者和數據消費者）誠實地履行其職責或懲罰其惡意行為。

2、嚴格授權

系統應定義訪問策略，明確系統涉及的每一方的訪問權限和特權。

3、符合規范

系統應遵循個人信息管理規范，以識別和本地化所有個人識別信息（Personal Identifiable Information， PII），將數據分類為PII和非PII，分別遵循相應的數據管理規范。

4、可審計

系統必須提供完整的審計功能，以跟蹤數據的狀態和路徑。應該可以跟蹤參與者執行的每個操作。

如上所述，基于區塊鏈的解決方案繼承了區塊鏈的關鍵特性，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據，而是提供基于查詢的訪問。

其中，智能合約規定對數據進行何種轉換，以根據用戶的意愿保留隱私，利用智能合約激勵數據所有者共享其數據，并通過強制參與方提供抵押來確保系統中所有參與者的誠信。

用戶數據在上傳到鏈外存儲器之前首先經過哈希和加密，然后將它們存儲在鏈外存儲器中，或者使用可信系統作為網關助手來執行此操作。可信系統在可信執行環境的云上運行，主要為用戶提供計算和密鑰管理服務，執行數據所有者和數據使用者雙方協商的鏈外數據操作。

圖3．方案架構設計　　有關訪問用戶數據的條款和條件與數據的元數據應一同編碼在智能合約中，并在區塊鏈平臺上發布。區塊鏈上的數據哈希防止篡改數據。當數據使用者調用智能合約來訪問用戶數據時，只有成功調用合約才能釋放用于解密用戶數據的密鑰。然后，可信系統從鏈外存儲中檢索數據，對其進行解密，并將數據發布給數據使用者，同時確定對數據所有者的激勵。

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

基于區塊鏈的數據共享解決方案提供了底層的鏈外用戶數據存儲機制，該機制可以是受信任方托管的集中式數據存儲，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據或由于技術故障而不傳遞用戶數據。因此，分散的傳輸機制提供了一個更好的服務，參與節點不必依賴任何單獨的系統來獲取數據。

為了保護用戶信息安全，使用了三種結合對稱和非對稱加密的區塊鏈流。一種是公鑰流，參與者使用它在RSA公鑰密碼體制下分發他們的公鑰。第二個是Items流，用于發布大量數據，每個數據都使用對稱AES加密方案加密。最后一個是提供數據訪問的訪問流。對于每個應該看到一段數據的參與者，將創建一個流條目，其中包含該數據的機密密碼，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據實體的訪問條件，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據。每當合同發布時，它就成為區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據的容器對象。因此，還需要創建另一個簡單的契約，將與區塊鏈研究相關的ID和元數據提交于區塊鏈。通過以智能合約的狀態、功能、修改器和事件為用戶提供透明合約。

在需要大量數據和復雜計算的情況下，可以在可信的執行環境中執行，而可信的執行環境又受鏈上智能契約的約束。一旦鏈上智能合約授予權限，就可以遠程對鏈下可信執行環境進行認證，以建立信任。

然而，在區塊鏈之外的可信執行環境中，確保與合同相關的鏈外執行的可信度仍然存在一些問題，一些關鍵技術尚未攻克，而且缺少操作系統、網絡、數據庫和應用軟件的技術規范。因此，今后還需要開展更多的工作，制定相應的機制和標準，為該領域作出新的貢獻。

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