智慧城市项目中数据共享问题的分析与研究
(武汉东湖学院 计算机科学学院, 武汉 430212)
摘要: 科学技术的发展, 推动了以物联网、大数据、云计算、人工智能等新型技术为基础的智慧城市建设步伐。数据作为实现智慧城市的基础支撑和核心驱动力之一, 能够优化城市的管理和服务, 提升城市的核心竞争力, 并促进城市的可持续发展。传统的集中式数据中心模式存在数据安全风险和隐私问题, 为了解决这些问题, 新型的分布式数据管理模式逐渐崭露头角。本文对智慧城市项目建设中的数据共享与数据安全问题进行了分析与研究, 结合笔者多年智慧城市项目建设经验, 总结了智慧城市项目建设中面临主要问题, 笔者认为在智慧城市项目建设中可以从法律、组织、企业、人员和技术五个方面加以解决, 并重点介绍了基于“区块链+隐私计算”的创新型技术解决方案, 此方案能够提供更安全、透明和隐私保护的数据管理方式, 为智慧城市的数据安全提供有力支持, 对智慧城市项目建设具有一定的参考价值。
引用格式: 李凡. 智慧城市项目中数据共享问题的分析与研究[J]. 交叉科学学报, 2024, 1(1): 1-5.
文章类型: 研究性论文
收稿日期: 2024-11-25
接收日期: 2024-12-11
出版日期: 2024-12-28
1 引言
科学技术的发展，推动了以物联网、大数据、云计算、人工智能等新型技术为基础的智慧城市建设步伐。数据则成为实现智慧城市的基础支撑和核心驱动力之一。当前，智慧城市治理面临着数据风险与数据共享之间矛盾的问题[1]。
近年来，国家加大了政务数据共享方面的政策扶持力度，出台《政府信息公开条例》《促进大数据发展行动纲要》 《公共信息资源开放试点工作方案》等文件，明确提出加快政务数据应用，相关省市也配套了各项实施方案。虽然国家为智慧城市项目数据共享做出过巨大努力，但智慧城市项目数据共享仍存在一些技术瓶颈、部门利益、产权纠纷等问题，以及涉及国家各个职能部门的监测数据，大量数据不能共享问题等[2]。
伴随着智慧城市项目建设的兴起，跨系统、跨平台、跨部门的数据共享应用势在必行，如何安全可靠得使用这些隐私数据，成为亟须解决的问题。笔者认为基于“区块链+隐私计算”技术或将成为解决此问题的方案之一。
2 智慧城市项目中问题
学者们对智慧城市项目中数据共享与数据安全问题进行了大量的研究，结合笔者多年的智慧城市项目建设经验，笔者认为在智慧城市项目建设中主要面临以下问题:
(1)数据孤岛:智慧城市项目中存在着不同部门、机构和系统之间的数据孤岛问题，限制了数据的综合利用和价值发挥。
(2)缺乏合作与治理机制:智慧城市项目中不同部门和机构在数据交换与共享中可能存在利益分配和权力平衡的问题。一些部门可能拥有更多的数据资源，而其他部门可能感到不公平。需要加强组织间的合作与沟通，建立公正的机制来协调各方的利益，以便实现数据共享的顺畅进行。
(3)数据非标准化:智慧城市项目涉及多个领域和行业，各自拥有不同的数据结构和格式，统筹制定数据标准和接口规范，才可以实现数据的交换和共享。
(4)数据质量和一致性问题:智慧城市项目中不同系统之间的数据质量和一致性问题也是影响智慧城市数据交换与共享的因素。
(5)数据安全和隐私保护问题:智慧城市项目中涉及大量的敏感信息和隐私数据的交换，确保数据的安全性和隐私保护成为一个紧迫问题，需要制定相关的隐私保护政策和数据安全管理机制等。
解决这些问题，需要政府、企业和社会各方共同努力，同时也需要法律法规的支持，确保数据交换与共享符合相关法律法规的要求。
3 数据共享和数据安全问题的解决方案
智慧城市项目中的数据似一把双刃剑，数据的共享与流动利于城市的管理，但是数据的共享也隐藏了数据安全的风险[3]。对于智慧城市项目中的数据共享和数据安全之间矛盾，通过文献综述法，结合笔者多年的智慧城市项目建设经验，目前智慧城市项目可以从法律、组织、企业、人员和技术五个方面来解决:
(1)法律方面:建立并执行相关的法律法规，明确数据的所有权、使用权限和责任。制定数据隐私保护法，规范数据的采集、存储、共享和使用，明确数据共享的要求和限制，加强对违法行为的处罚力度。国家近几年，已经制定了多项法律法规，这些法律法规在不同层面保障了数据安全的要求，然而新的问题仍然会出现，需要及时修订相应的法律法规。
(2)组织方面:建立专门的数据管理部门，负责数据共享的监管和管理工作。制定数据安全管理制度，明确责任和权限，并加强内部沟通和协作，提高数据共享的整体安全性和效率。如:某市某区智慧城市项目建设中，重要的一环是建构了政府-国有企业A公司-市场主体的智慧城市协同治理方式。国有企业A公司上承某市某区，下接其他参与项目建设的市场主体。项目的相关数据由国有企业A公司负责统一采集、传输、存储、分析、利用，通过标准化建设和考核机制进行奖励和惩罚，避免了部门间在数据共享问题上各自为政缺点，同时所有参与项目建设的市场主体都被要求通过国有企业A公司的技术评估后方能工作，从而规避了各个市场主体挟持数据独占的风险，有效处理了数据共享和数据风险控制之间的矛盾[4]。
(3)企业方面:企业在参与数据共享时要加强自身的安全防护能力，建立完善的信息安全管理体系。加强数据共享合作伙伴的筛选和管理，签订明确的数据共享协议，明确数据的使用和保护要求。
(4)人员方面:提高员工的安全意识和技能，加强培训和教育。制定数据安全操作规范，加强对员工的监督和管理。建立相应的报告机制和响应机制，及时发现和处置数据安全事件。
(5)技术方面:智慧城市建设中，大数据技术、区块链、隐私计算是至关重要的组成部分。基于“区块链+隐私计算”的新技术能够很好地解决传统项目中问题，所以越来越受到人们重视。
4 区块链和隐私计算技术在智慧城市项目中的综合应用
在智慧城市项目建设中，传统模式，主要通过建设集中式数据中心方式来实现数据的交换和共享，如建设数据仓库、数据湖、数据集市等，存在诸多问题，如数据泄漏、数据篡改、隐私保护等。因为区块链技术具有去中心化、不可篡改及可追溯等特点，隐私计算能够实现数据流动中数据不被泄漏，从而达到数据“可用不可见”[5]效果。
4.1 区块链
区块链技术可以被应用于智慧城市项目建设中，以下是区块链技术应用的实践案例:
区块链应用于公共交通:某些智慧城市利用区块链技术来管理公共交通系统。通过区块链技术，乘客可以安全地存储和管理个人出行数据，同时与城市交通管理部门分享必要的数据，如出行偏好、拥堵情况等。这样的数据共享机制可以帮助城市更好地规划交通网络，同时保护用户的隐私。
区块链应用于卫生健康领域:智慧城市中的医疗机构可以利用区块链技术来安全地共享卫生健康数据。患者的医疗记录和个人健康数据可以被加密存储在区块链上，并授权给特定的医疗机构进行访问。这样，不同的医疗机构可以更好地协作，同时保护患者隐私。
区块链应用于城市治理:智慧城市可以利用区块链技术来实施智能合约，这些可信交易能够追踪并且不可逆转，从而提高城市治理透明度，同时也提高了城市治理的效率。通过区块链上智能合约的执行，可以简化许多繁琐的行政流程，如土地登记、投票选举、权益分配等，并确保数据的安全性和不可篡改性。
通过区块链技术，智慧城市可以促进数据共享，提高数据安全性，并为城市居民提供更智能、高效的公共服务。
4.2 隐私计算
联邦学习FL:2016年Google公司提出的一种分布式机器学习技术，可以充分保护用户隐私，联合多方用户的数据实现模型训练。联邦学习的主要思想是“数据不动模型动”，从而可以解决“数据孤岛”问题。
多方安全计算MPC:在没有第三方情况下，多个参与方共同完成计算目标，确保每个参与者获到自己想要的计算结果，其他任何数据均无法获得。MPC问题起源于1982年姚期智院士提出的百万富翁问题[6]。
可信执行环境TEE:在CPU中通过软件和硬件方法构建一个安全的可信区域，确保其中运行的数据和代码的安全性，防止攻击者访问或篡改，是一种在计算系统中构建的安全机制，在智慧城市项目中应该结合具体应用场景进行选择。
三大隐私计算的优缺点，如表1所示。
表1 隐私计算的三大技术路线及优缺点
Table 1 Three major technological routes and advantages and disadvantages of privacy calculus
|
技术类别 |
计算模式 |
数据保护 |
计算性能 |
硬件依赖 |
|
联邦学习FL |
分布式 |
中 |
中 |
否 |
|
多方安全计算MPC |
分布式 |
强 |
弱 |
否 |
|
可信执行环境TEE |
中心化 |
中 |
强 |
是 |
基于隐私计算技术的特性，项目中按照以下场景进行技术选型:
项目平台内数据共享:因智慧城市项目平台内网络安全级别较高，采用可信执行环境TEE技术，充分保障计算效率。
项目平台间数据共享:采用联邦学习FL+可信执行环境TEE 技术;智慧城市项目平台间数据交换一般采用联邦学习FL技术;而对于本地数据一般采用可信执行环境TEE技术，保障计算效率。如图1，结合“区块链+联邦学习”的优势，可以构建出新型城市链服务。
图1基于区块链底层基础设施的新型城市链，能够提供智能合约、数字身份、数据共享、隐私计算等多种核心服务能力，向上打造区块链生态应用场景，助力智慧城市高效协同监管，让区块链深入融合到智慧城市的各个方面，推动智慧城市向可信智慧城市升级。
基于“区块链+联邦学习”的新型城市链服务，可以应用在数字身份、资金监管、一网通办、司法公证等领域。基于区块链技术，在智慧城市项目中建设的电子证照全流程系统，显著增强“一网通办”应用能力，推动政务服务效能提升。利用区块链技术，为申请人节省了大量时间和精力。在智慧城市项目中的司法存证领域，各个部门分别建立区块链节点，实现跨部门办案材料全部上链，从而保证司法存证及办案资料的全生命周期可信，最终提高协同办案效率。
传统的集中式数据中心模式存在数据安全风险和隐私问题，为了解决这些问题，新型的分布式数据管理模式逐渐崭露头角。而基于“区块链+联邦学习”的新型城市链方案，能够提供更安全、透明和隐私保护的数据管理解决方案，为智慧城市的数据安全提供有力支持。
图1 基于“区块链+联邦学习”的新型城市链方案
Fig.1 Urban chain solution based on “Blockchain + Federated Learning”
5 结论
本文对智慧城市项目建设中的数据共享问题进行了分析与研究，结合笔者多年的智慧城市项目建设经验，笔者认为在智慧城市项目建设中可以从法律、组织、企业、人员和技术五个方面加以解决，并重点介绍了基于“区块链+隐私计算”技术的创新型解决方案，对智慧城市项目建设具有一定的参考价值。
利益冲突: 作者声明无利益冲突。
[①] 通讯作者 Corresponding author:李凡，670181443@qq.com
收稿日期:2024-11-25; 录用日期:2024-12-11; 发表日期:2024-12-28
参考文献(References)
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https://doi.org/10.27061/d.cnki.ghgdu.2020.004103.
Analysis and Research on Data Sharing Issues in Smart City Project
(School of Computer Science, Wuhan Donghu University, Wuhan 430212, China)
Abstract: The development of science and technology has pushed the pace of smart city construction based on new technologies such as Internet of Things, big data, cloud computing and artificial intelligence. Data as one of the fundamental supports and core driving forces to achieve the smart city, can optimize the management and services of the city, enhance the core competitiveness of the city, and promote the sustainable development of the city. The traditional integrated data center has data security risks and privacy issues, in order to solve these problems, the new distributed data management model is gradually emerging. This paper analyses and researches the data sharing and data security problems in the traditional construction of smart city projects, combines the author's many years of experience in the traditional construction of smart city projects, summarizes the main problems faced in the construction of smart city projects, and the author believes that they can be solved in the construction of smart city projects in the five aspects of the law, organization, enterprise, personnel and technology, and highlights the data sharing and data security problems based on blockchain and privacy computing technology, which can provide a more secure, transparent and privacy-protecting data management model and have some reference value for the construction of smart city projects.
Keywords: Smart city, data sharing, block chain, privacy computing
Citation: LI Fan. Analysis and research on data sharing issues in smart city projects[J]. Acta Interdisciplinary Science, 2024, 1(1): 1-5.