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區塊鏈在智慧城市領域的探索應用

一、智慧城市發展現狀
 

智慧城市(Smarter Cities)的概念涵蓋硬件、軟件、管理、計算、數據分析等業務在城市領域中的集成服務,即利用信息通信技術(ICT)感知、整合、存儲、處理、分析、預測、響應城市運作各個環節中的關鍵信息,從而對包括民生、環保、公共安全、城市服務、工商業活動在內的各種需求提供智能化響應和輔助決策,為城市居民創造更高質量的生活環境。智慧城市的發展建立在信息化和數字化的基礎上,運用人工智能、大數據、云計算、物聯網、移動互聯網、智能感知終端等關鍵技術形成了城市操作系統。我國智慧城市發展起步較晚但發展速度較快,主要呈現出以下幾個特點。

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圖1  智慧城市信息系統架構圖

一是我國智慧城市試點持續增加,幾乎覆蓋了全國各省、市、自治區。自住建部2012年啟動智慧城市試點工作以來,截止到2018年,我國智慧城市試點已超過600個,主要集中在環渤海經濟帶、珠三角地區和長三角地區,其中廣東、山東、上海等地在全國智慧城市試點領域走在前列。

二是我國智慧城市建設進入以人為本的高質量精細化建設階段。在政府、開發商、集成商、服務運營商和第三方服務機構的共同努力下,已經逐漸形成圍繞以人為核心的智慧城市建設生態,更加高效、精細、智能的治理模式已經日漸成熟。

三是以智慧交通、智慧安防、智慧社區為主的三大應用領域逐漸脫穎而出。依托政策支持、成熟的技術和基礎設施,智慧交通、智慧安防和智慧社區逐漸成為落地較快、產業鏈較為完善的核心應用場景。

二、智慧城市發展面臨痛點 

隨著我國智慧城市信息化建設的逐漸深入,信息系統類型、功能和數據采集設備呈多樣化發展,也為智慧城市建設帶來了諸多痛點。

一是安全問題。在智慧城市建設過程中,需要涉及大量數據的采集與分析工作。大量的鋪設物聯網智能終端設備暴露在公共區域,導致受到網絡攻擊的風險大大提高,包括數據污染、惡意終端接入、DDoS網絡攻擊、APT攻擊等問題日趨嚴重,聯網設備越多,受網絡攻擊的風險就越大,數據和系統的保密性及完整性會隨時受損,企業將付出的代價之大、損失之巨難以估量。

二是信息孤島問題。各地智慧城市建設往往缺少科學系統的規劃設計,盲目熱衷于單個項目建設,導致項目之間缺乏有機聯系,在通信方面存在數據結構與流通接口不統一、標準化程度不高、互聯互通程度嚴重不足等諸多問題,進而大大提高了運維的成本,費時費力。單一維度的數據分析已無法實現高質量的分析與預判。此外,數據孤島現象還會導致各系統之間無法形成應急聯動,失去了原本應有的預警和防范的作用。

三是數據流通流程復雜,分析處理效率低。在智慧城市的建設體系中,數據的流通方向是自下而上沿金字塔型系統架構進行流通。感知數據需要經過多層的過濾清洗,再經中心化的決策分析模型做出響應,從而大大降低了系統處理效率。這一點尤其體現在智慧交通與智慧安防兩大應用領域,系統只能夠做到數據的存儲、安全與共享,還不能做到實時、準確、高效的分析決策,所以無法徹底解決城市交通擁堵和安全應急等問題。

四是數據采集以被動采集為主,用戶參與度不足。現階段智慧城市感知以視頻和圖像為主,受限于設備覆蓋率和采集數據維度,系統功能與用戶需求之間往往差距較大。單一系統功能建設與用戶需求聯系不夠緊密,公眾與其他政府職能部門參與甚少,無法真正做到以人為本的建設宗旨。

三、區塊鏈在智慧城市領域的應用 

一是區塊鏈能通過嚴格的身份核驗機制和密碼學的數據加密機制確保整個智慧城市系統建設的終端安全。每一個終端設備都將擁有自身的公私鑰對,區塊鏈系統通過智能合約來維護一張終端身份名單,并審核是否該設備有權接入節點并將數據上傳,從而避免了惡意中斷的接入和數據污染。此外,各個終端數據將采用加密傳輸,確保數據傳輸過程中不會出現數據泄露問題。將智慧城市架構中的計算存儲層做分布式存儲改造,在不改變原有存儲架構的同時增設區塊鏈分布式節點設備,而網絡層則將對等網絡、專網、公共網絡和VPN等網絡傳輸技術相融合,采用輕量級區塊鏈架構對整個終端感知層的設備進行管理和維護,提高智慧城市建設的安全性。

二是區塊鏈能夠打破傳統智慧城市系統間的數據孤島。區塊鏈尤其適合跨企業和跨系統之間的數據共享,在不改變原有系統的情況下,將各系統原始數據或數據指紋上鏈流通。數據的共享一定要實現區塊鏈的身份核驗,與CA技術的融合將原本匿名化的區塊鏈轉變成可信區塊鏈,通過身份認證和共識權限設置來劃分各系統與人員間的權利和責任。區塊鏈中設置有嚴格精確的時間戳機制,加之其自身不可篡改、可追溯的特性,任何對數據的處理都將在鏈上留痕和追溯。此外,數據維度的增加也大大提高了大數據分析與人工智能算法的準確性,能夠實現更加精準和定向的服務和管理模式。

三是區塊鏈能夠為邊緣計算保駕護航。邊緣計算是提高智慧城市系統處理時效的有效手段,但邊緣計算的設備安全問題、維護和建設成本問題以及準確性問題導致邊緣計算無法大規模普及應用。區塊鏈分布式的數據存儲機制和點對點的網絡拓撲結構能夠與邊緣計算較好的融合應用,區塊鏈不可篡改的數據存儲特點能夠提高邊緣節點的數據安全性,身份認證和權限控制能夠為暴露在公共區域的設備提供準入機制,數據加密管理能夠為邊緣設備提供隱私保護功能。將邊緣設備作為區塊鏈系統中的輕節點,不參與全網共識,還能夠減少外界對區塊鏈系統的攻擊。

四是區塊鏈技術能夠最大限度的激活市民對社會治理的積極性。傳統的中心化的公共監管平臺或自媒體平臺不具備公信力,也無法自證其說。區塊鏈架構中真實的身份與可信的數據為公眾通過移動終端上傳各類違法違規信息提供保障,區塊鏈將違法違規行為真實的記錄在系統中,并對公眾的有效監管行為給予一定的激勵,從而提高公眾對城市管理的參與度和積極性。而一旦被認定為違法違規行為,被監管者的行為將關聯到個人征信、銀行信貸等重要領域,對公眾形成一定的約束力。

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