区块链技术在地质大数据产权保护和共享中应用探讨

大数据是新一轮信息技术革命与经济社会发展融合的产物。在全球信息化快速发展的背景下，大数据与云计算、物联网、人工智能等新技术相结合，已经上升为国家战略，处于国家基础性战略资源的重要地位。2015年，十八届五中全会首次提出“国家大数据战略”，《促进大数据发展行动纲要》发布；2016年，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》提出把大数据作为基础性战略资源，加快推动数据资源共享开放和开发应用；2017年，《大数据产业发展规划（2016－2020年）》组织实施；今年4月召开的全国网络安全和信息化工作会议，对包括大数据产业在内的信息化发展战略进行全面部署，提出在技术、产业、政策上共同发力，强化知识产权保护，加速推动信息领域核心技术突破。

作为继物联网、云计算、移动互联网等一系列智能化技术后的又一次创新，区块链集成了分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等技术，创造了数据和信息流通在互联网时代的新型应用模式。地质大数据具有多元化、海量、异构的特点，且极具价值。加强地质大数据知识产权保护，促进地质大数据深度挖掘和广泛应用，是地质工作的重中之重。目前以水印技术、数据出版、数据加密与跟踪技术为核心的地质大数据产权保护体系正在逐步构建，如何结合新兴区块链技术，快速推进与完善数据共享与产权保护体系建设是个值得探究的重要问题。

一、区块链技术简介

区块链（BlockChain）本质上是一种链式数据结构。区块链技术是利用区块链实现的一个分布式账本，是一种通过去中心化、去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。区块链包括三个基本要素，即：区块（Block，记录一段时间内发生的交易和状态结果，是对当前账本状态的一次共识）、链（Chain，由一个个区块按照发生顺序串联而成，是整个状态变化的日志记录）和交易（Transaction，一次操作，导致账本状态的一次改变）。

区块链技术起源于2008年中本聪发表的《比特币：一种点对点的电子现金系统》一文，最初是一种按照时间顺序将数据区块以链条的方式组合成特定的链式数据结构，并以精确加密算法保证其不可篡改和不可伪造的分布式共享记账系统。随着应用场景的不断丰富，区块链逐步发展为一种去中心化基础架构与分布式计算方式，其利用加密的链式区块结构来验证与存储数据、分布式节点共识算法生成与更新数据，同时支持自动化脚本代码来编程与操作数据。

在区块链架构中，数据、信息连同相关代码都将被封装到某个数据区块中，同时给此区块加盖时间戳，并将此区块与整个区块链进行时序链接，形成区块链系统的数据基础（图1）。

如图1所示，链式结构由时间节点连续的各数据区块依次相接，使主区块链不断延续，数据的每一次更新交互所产生的记录，例如数据的首次提供者、数据的访问者及访问的时间地点，都将被编码并存储起来并进行快捷校验，保证了数据的不可篡改性，同时支持区块数据的定位及溯源功能。

区块链系统的基础架构由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等技术；网络层包含了分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等；共识层封装网络节点的各类共识算法；激励层将发行机制和分配机制等经济因素集成到区块链技术体系中；合约层封装各类脚本、算法和智能合约；应用层封装区块链的各种应用场景和案例，提供公共链、联盟链、私有链等不同的应用模式。

图2 区块链系统基础架构

 

二、区块链的技术优势

1. 技术优势

从技术原理上来看，区块链是一项全新的“分布式记账系统”，是分布式数据存储、点对点传输等技术的集成体，具备去中心化、时序性、不可篡改、可编程性等特征，因此造就了其成本低廉、安全性高、透明性强、扩展性大等诸多优势。

——去中心化：区块链系统中数据的验证、存储、传输等过程均基于分布式系统架构，每个节点都保存有完整的记录数据库，且权利和义务均等，数据由全网节点进行点对点传输、共同存储、更新与维护。因此，与传统中心集成化管理的网络相比，区块链系统建立了分布式节点间的信息关系，且不存在单个中心被攻击导致整个数据网络瘫痪的缺点。

——时序性：区块链采用带时间戳的链式区块结构存储数据，区块间通过加密算法链接首尾相连，从而增加了时间维度，保证了可验证性与可追溯性。

——不可篡改性：区块链系统采用非对称密码学原理对数据进行加密，新生成的数据块需全网其他节点的核对，得到超过系统中多数节点的认证才会被添加到区块链中，且一经添加将永久保存。所有节点共同维护，除非能够同时控制整个系统中超过50%的节点，否则单一节点无法篡改记录。这种方式确保了区块链系统的不可篡改和不可伪造，具有较高的安全可信性。

——可编程性：提供灵活的脚本代码系统，支持用户创建高级的智能合约、货币或其他去中心化应用。智能合约可以替代现实中的合约，来执行例如支付款、知识产权交易等合约双方的交易行为，程序可实现自动运行和维护。

2. 应用场景

大数据时代的到来为地质信息化建设提供了良好的发展机遇，但真正落实到数据的共享利用与产权保护等方面，目前仍存在种种技术壁垒和思维瓶颈。

目前，阻碍地质大数据使用的首要问题还是数据共享问题，数据共享中的核心问题是观念问题。由于地质数据的专业性、复杂性和高知识密度等特点，一些地质数据及产品（地质图等）生产者、开发者或产权所有者担心自己的成果共享后权益得不到保障，不愿意将相关数据及成果进行共享，导致数据保存在书架、库房或计算机硬盘上，未能共享出来发挥数据最大价值，数据产权拥有者也不能获得应有利益和权益。

在互联网中，利用区块链技术可以将数据及产品等按虚拟数字资产等方式进行加密传输，数据和产品一经产权拥有者发布后，通过互联网传播，采用分布式记账系统，永久宣布数据产权者的产权，并可以按需进行交易，数据使用者使用记录等也将详细记录，充分保护了产权拥有者知识产权，可以有效打消产权拥有者顾虑，解决数据共享中“不愿共享”的理念问题。

三、区块链在地质大数据知识产权保护中的应用探讨

地质大数据应用所涉及的过程一般为数据获取、数据存储、数据更新、产品的专利或产权认证、交易等。从本质上讲，可将地质数据当作一种无形资产，利用区块链对数字货币、资产交易与管理、数据存储与验证方面的核心技术，实现对地质信息资源的存储、确权、授权和实时监控。

1. 地质大数据的区块链架构探索

基于区块链的应用模式，结合地质大数据应用的参与主体多元化、多层级的特点，可构建公共链、联盟链、私有链融合共生的地质数据共享区块链架构，如下图所示。

 

 

图3 各区块链内部结构

 

 

 

图4 地质数据共享区块链架构

其中：

公共链：针对地质调查中公共开放的数据资源，应用主体为社会公众、各类企业和科研人员；

联盟链：针对以单位形式参与地质数据共享的组织机构，如地调机构、科研院所、高校等，共享数据涉及核心地质数据资源、自主研发的软件和技术等；

私有链：针对机构内部对涉密数据的交换共享目的。

基于此架构模式，可在地质数据公共链、联盟链及私有链内部构建去中心化、可信任的共享交换环境。同时引入数据交互审计节点，便于不同链网之间交互信息、自动互转，形成跨链模式的资源信息共享。

这种混合型架构模式是一种目前理论上可行的大数据区块链框架，可构建地质大数据去中心化、可信任的共享交换环境，为地质数据信息的共享、交换与相应的产权保护提供实现基础。

2. 区块链在地质知识产权保护中的应用探讨

由于区块链的共识机制重构了信任体系，消除了对中间机构的信任风险，运转过程算法化、智能化，区块链在地质知识产权保护中具备实施的技术可行性。地质知识产权保护大致可分为产权确权、产权交易两个方面，以地质图为例，区块链在其具体的确权与交易的应用场景描述如下。

（1）地质数据产权确权

由于区块链技术能够在每一次数据记录中加盖时间戳，且因其去中心化、去信任化等特征，保障了数据记录不易被篡改，整个区块链系统的可靠性高，因此区块链技术能够在地质数据知识产权确权和保护中发挥作用。

以一幅地质图为例，作者把地质图上传到原始区块链系统中后，地质图及其相关信息以特定的编码方式储存到一个区块中，同时此区块被加盖相应时间戳，并根据信息的生成和更新形成按时间顺序连接的链路。保存在区块链中的时间戳能够证明某人在特定时间访问了特定文件，且能被全网中各个参与主体看到。地质图的创作者通常是第一个访问该文件的人，其作者身份因此能够得以证明。经过确权认证，系统当即生成认证证书，并进行全网同步。此后这幅地质图经历的每次访问与修改均会被系统记录并在网络各节点进行同步更新。

 

 

 

图5 区块链知识产权确权流程

 

区块链上的作者和作品信息与某一特定公钥和网络地址对应，具体的作品购买方会通过网络地址和公钥获取作品，避免了在作品交易时透露过多的个人隐私，保证了作者的隐私权。和现实中去所有权登记机构登记的长时间高成本相比，基于区块链的一次所有权登记成本极低，且登记几乎在瞬时便可完成，极大降低了所有权确权登记的成本和周期。

（2）地质数据产权交易

产权交易技术基础是区块链的智能合约技术。该技术在区块链可编程性基础上设计，核心是存储于区块链上的一组编码，它规定了产权交易的预定义状态、转换规则、触发合约的条件、特定情景下的应用措施、违约条件及违约责任等（图6）。这组编码能读取区块链中的数据，自动执行已编写为计算机语言的合约内容。交易程序中包含公钥和私钥，私钥本质上是一组加密数组，由产品拥有者持有，私钥能生成对应的公钥和地址，用于后续交易。

智能合约无需第三方介入执行，其编码程序类似于普通计算机程序的“if x then y”语句构成，即当条件x发生时，智能合约自动执行程序，产生y的结果，无需第三方的监督执行。

以一幅地质图为例，某智能合约规定“在某个时间点前，此地质图的购买者甲支付一定金额数字货币给地质图所有者乙，则甲能获取乙的这幅地质图”，那么单位甲于规定时间内支付足够额度的数字货币时，就能自动获取乙的这幅地质图的公钥和网络地址，从而使用这幅地质图。

由此可见，智能合约最显著的特征为其自动执行性。另外，因合约无需仲裁机构督促执行，不会因为合约双方对条款有的不同理解而造成麻烦，也排除了跨境产权交易中法律、语言、政治经济政策差异所产生的影响，可促进知识产权交易低成本的同时更加便捷、高效、准确地执行。

四、其他行业的应用案例

区块链技术的研究与应用近年来呈现了爆发式增长的态势，已延伸到金融科技、数字资产交易、物联网应用、供应链管理、知识产权保护等多个领域，引起了政府部门、金融机构、科技企业和资本市场的广泛关注。

1. 金融领域

区块链在金融领域的应用场景主要有数字货币转账、支付、借贷；跨境支付与结算；证券发行与交易；供应链或贸易金融等。分布式账本技术保证了数字货币支付流通的安全可靠、公开透明；交易结算的自动化和瞬时效果。目前的主要应用案例有： Circle点对点消费金融网络和BTCjam比特币借贷平台；Ripple公司的区块链跨境支付与外汇结算系统；招商银行的区块链跨境直联清算业务系统；提供投票、交易、众筹等各种定制性开发功能的以太坊（Ethereum）智能合约平台。

2. 数字资产管理领域

区块链提供不可逆转、安全和有时间戳的记录，可以登记、清除、控制和跟踪数字知识资产，并通过智能合约建立和执行数字知识资产协议来提供使用证据、许可证、独家分销网络和传输付款记录。目前，在数字资产管理方面，逐渐浮现出众多利用区块链技术进行数字知识资产管理的平台和公司，例如原本公司的Primas版本保护平台，中国电信天翼创投的微位科技所创造的数字身份认证平台，通付盾公司的区块链身份认证识别体系，美国Binded公司的艺术作品版权登记平台、Monegraph数字知识资产登记系统等。

3. 物流供应链领域

区块链技术可保证物流中商品防伪认证、智能化供应链管理、合同认证加密、物流货运全程跟踪，提供全方位、高效、精准的物流管理服务。未来的智慧物流全过程，包含原材料供应链、生产供应链、运输供应链、销售供应链、金融平台都会受到区块链技术浪潮的推动。BITSE公司于2016年推进区块链产品唯链(VeChain)，通过预置不能被复制的芯片到各产品中，给每个商品提供一个唯一的“电子身份证”。其平台逐步发展出四个模块：VAC防伪模块，VAM资产管理模块，VSC供应链管理模块以及VCE消费体验模块，为消费品市场提供一个安全，透明，可溯源的供应链平台。

此外，区块链在医疗卫生方面的应用主要体现在医疗电子病历管理、医疗耗材、药品供应链管理和医疗数据隐私保护；在电子政务方面的应用主要为土地确权登记、市民身份认证、政府信息共享传播与民众无记名投票等。

五、展望

基于地质大数据应用现状，结合地质调查“十三五”信息规划目标任务和世界一流地质调查局对信息化建设要求，针对区块链技术在地质调查中应用需求，提出以下建议与思考。

1. 提高战略认知，加强顶层设计

面对区块链技术带来的网络技术变革，我们应提前布局，早做规划。在地质大数据共享层面，系统解决“不愿共享”（理念）、“不能共享”（保密）和“不会共享”（技术）的“三不”问题，建立包括区块链技术、水印技术、数据跟踪与加密技术、数据出版技术等的地质大数据知识产权保护技术体系，解决地质大数据不愿共享问题；积极接受保密部门指导，按涉密数据管理要求和地质数据共享管理相关办法，认真做好数据分级分类工作，确保“涉密数据不上网，上网数据不涉密”，解决数据不能共享问题；积极研发地质大数据共享技术，持续推进国家地质大数据共享服务平台—地质云建设，加大相关培训，解决地质大数据不会共享问题。同时，离线数据使用方面，从制度上加强地质大数据知识产权保护，合理利用法律及相关政策对数据滥用、产权侵犯等行为进行管理与惩戒，促进数据在风险可控原则下最大程度的开放。

2. 积极开展区块链技术研究与应用示范

目前，大数据已上升为各国基础战略资源与核心创新要素，区块链等新兴技术研究和应用逐渐从金融领域扩展到其他行业，证明该技术具有一定的适用性。我们应认真学习新技术，了解其优势与不足，结合地质大数据特点及地质信息化具体应用需求，紧紧抓住互联网中地质大数据知识产权保护需求，加强区块链技术研究与探索，不断挖掘区块链与地质大数据管理的契合点，突破瓶颈，促进区块链等新技术与地质信息化应用结合，开创网络环境中地质数据知识产权保护新模式。

3. 做好风险评估，确保利弊了然于胸

新兴技术是把双刃剑，区块链技术的去中心化、自主性和自治性在带来便捷的同时，也存在着种种潜在风险与未知挑战。应深入探索相关技术，做到综合完善的研判分析，重点针对结构化数据与非结构化数据的不同应用场景做出具体的区块链技术应用研究，综合评估区块链技术对在线/离线地质数据的应用风险。针对地质调查领域的专业性与特殊性，整合区块链技术的优缺点。培养忧患意识和底线思维，真正将信息化技术运用起来，为地质调查工作创造价值。面对信息化浪潮，只有不盲目跟从，结合地质调查实际需求切实深入的思考谋划，针对地质信息化建设中主要矛盾和薄弱环节，补短板、强弱项，真正将新兴技术为我所用，以务实高效的工作推动高质量服务，才能拨云见日，长远发展。