区块链在智慧城市领域的探索应用

一、智慧城市发展现状

智慧城市(Smarter Cities)的概念涵盖硬件、软件、管理、计算、数据分析等业务在城市领域中的集成服务，即利用信息通信技术(ICT)感知、整合、存储、处理、分析、预测、响应城市运作各个环节中的关键信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求提供智能化响应和辅助决策，为城市居民创造更高质量的生活环境。智慧城市的发展建立在信息化和数字化的基础上，运用人工智能、大数据、云计算、物联网、移动互联网、智能感知终端等关键技术形成了城市操作系统。我国智慧城市发展起步较晚但发展速度较快，主要呈现出以下几个特点。

一是我国智慧城市试点持续增加，几乎覆盖了全国各省、市、自治区。自住建部2012年启动智慧城市试点工作以来，截止到2018年，我国智慧城市试点已超过600个，主要集中在环渤海经济带、珠三角地区和长三角地区，其中广东、山东、上海等地在全国智慧城市试点领域走在前列。

二是我国智慧城市建设进入以人为本的高质量精细化建设阶段。在政府、开发商、集成商、服务运营商和第三方服务机构的共同努力下，已经逐渐形成围绕以人为核心的智慧城市建设生态，更加高效、精细、智能的治理模式已经日渐成熟。

三是以智慧交通、智慧安防、智慧社区为主的三大应用领域逐渐脱颖而出。依托政策支持、成熟的技术和基础设施，智慧交通、智慧安防和智慧社区逐渐成为落地较快、产业链较为完善的核心应用场景。

二、智慧城市发展面临痛点

随着我国智慧城市信息化建设的逐渐深入，信息系统类型、功能和数据采集设备呈多样化发展，也为智慧城市建设带来了诸多痛点。

一是安全问题。在智慧城市建设过程中，需要涉及大量数据的采集与分析工作。大量的铺设物联网智能终端设备暴露在公共区域，导致受到网络攻击的风险大大提高，包括数据污染、恶意终端接入、DDoS网络攻击、APT攻击等问题日趋严重，联网设备越多，受网络攻击的风险就越大，数据和系统的保密性及完整性会随时受损，企业将付出的代价之大、损失之巨难以估量。

二是信息孤岛问题。各地智慧城市建设往往缺少科学系统的规划设计，盲目热衷于单个项目建设，导致项目之间缺乏有机联系，在通信方面存在数据结构与流通接口不统一、标准化程度不高、互联互通程度严重不足等诸多问题，进而大大提高了运维的成本，费时费力。单一维度的数据分析已无法实现高质量的分析与预判。此外，数据孤岛现象还会导致各系统之间无法形成应急联动，失去了原本应有的预警和防范的作用。

三是数据流通流程复杂，分析处理效率低。在智慧城市的建设体系中，数据的流通方向是自下而上沿金字塔型系统架构进行流通。感知数据需要经过多层的过滤清洗，再经中心化的决策分析模型做出响应，从而大大降低了系统处理效率。这一点尤其体现在智慧交通与智慧安防两大应用领域，系统只能够做到数据的存储、安全与共享，还不能做到实时、准确、高效的分析决策，所以无法彻底解决城市交通拥堵和安全应急等问题。

四是数据采集以被动采集为主，用户参与度不足。现阶段智慧城市感知以视频和图像为主，受限于设备覆盖率和采集数据维度，系统功能与用户需求之间往往差距较大。单一系统功能建设与用户需求联系不够紧密，公众与其他政府职能部门参与甚少，无法真正做到以人为本的建设宗旨。

三、区块链在智慧城市领域的应用

一是区块链能通过严格的身份核验机制和密码学的数据加密机制确保整个智慧城市系统建设的终端安全。每一个终端设备都将拥有自身的公私钥对，区块链系统通过智能合约来维护一张终端身份名单，并审核是否该设备有权接入节点并将数据上传，从而避免了恶意中断的接入和数据污染。此外，各个终端数据将采用加密传输，确保数据传输过程中不会出现数据泄露问题。将智慧城市架构中的计算存储层做分布式存储改造，在不改变原有存储架构的同时增设区块链分布式节点设备，而网络层则将对等网络、专网、公共网络和VPN等网络传输技术相融合，采用轻量级区块链架构对整个终端感知层的设备进行管理和维护，提高智慧城市建设的安全性。

二是区块链能够打破传统智慧城市系统间的数据孤岛。区块链尤其适合跨企业和跨系统之间的数据共享，在不改变原有系统的情况下，将各系统原始数据或数据指纹上链流通。数据的共享一定要实现区块链的身份核验，与CA技术的融合将原本匿名化的区块链转变成可信区块链，通过身份认证和共识权限设置来划分各系统与人员间的权利和责任。区块链中设置有严格精确的时间戳机制，加之其自身不可篡改、可追溯的特性，任何对数据的处理都将在链上留痕和追溯。此外，数据维度的增加也大大提高了大数据分析与人工智能算法的准确性，能够实现更加精准和定向的服务和管理模式。

三是区块链能够为边缘计算保驾护航。边缘计算是提高智慧城市系统处理时效的有效手段，但边缘计算的设备安全问题、维护和建设成本问题以及准确性问题导致边缘计算无法大规模普及应用。区块链分布式的数据存储机制和点对点的网络拓扑结构能够与边缘计算较好的融合应用，区块链不可篡改的数据存储特点能够提高边缘节点的数据安全性，身份认证和权限控制能够为暴露在公共区域的设备提供准入机制，数据加密管理能够为边缘设备提供隐私保护功能。将边缘设备作为区块链系统中的轻节点，不参与全网共识，还能够减少外界对区块链系统的攻击。

四是区块链技术能够最大限度的激活市民对社会治理的积极性。传统的中心化的公共监管平台或自媒体平台不具备公信力，也无法自证其说。区块链架构中真实的身份与可信的数据为公众通过移动终端上传各类违法违规信息提供保障，区块链将违法违规行为真实的记录在系统中，并对公众的有效监管行为给予一定的激励，从而提高公众对城市管理的参与度和积极性。而一旦被认定为违法违规行为，被监管者的行为将关联到个人征信、银行信贷等重要领域，对公众形成一定的约束力。