区块链与数据共享

　　区块链是计算机科学领域近年来热门的研究方向，数字中国是数字时代推进中国式现代化的重要引擎，数据共享则是数字中国建设的重要支撑。本书既有区块链与数据共享方面的理论介绍，也有实验方法、应用系统架构与实践方面的经验分享，在强调理论的同时，注重实践与应用。第1～2章为概述，主要介绍数据和数据共享的相关背景；第3～4章侧重基础理论，分别介绍与数据共享相关的区块链和隐私保护技术；第5章侧重工程实现，剖析数据共享平台SOLAR的架构设计与关键代码编写；第6～9章侧重行业应用实践，分别介绍通用意义的数据交易平台、医疗数据共享，并拓展到知识与数据共建共享，分析其架构设计以及区块链和隐私计算技术的应用；第10章对未来的应用进行展望。 本书可作为高等院校计算机、区块链和其他信息学科相关专业的教材，也可供对区块链、数据共享和数字经济感兴趣的研究人员和工程技术人员阅读参考。

　　闾海荣，副研究员，清华大学信息国家实验室生物信息学研究部主任助理，中国心胸血管麻醉学会医疗与信息技术专业委员会委员，中国研究型医院学会医疗信息化分会智慧医疗专业委员会委员，中国医疗救援学会青年科学家委员会委员，研究方向：人工智能和大数据技术在医疗健康领域的应用，如医疗影像分析，人机交互，个人生命大数据等。

目 录
第1章 引论 1
1．1 数据的前世今生 1
1．1．1 朴素的记录时代 1
1．1．2 数字经济时代 2
1．1．3 数字孪生时代 3
1．2 共享是怎么发展的 4
1．2．1 共享――古老的美德 4
1．2．2 数据孤岛 7
1．2．3 共享经济 8
1．3 当数据成为生产要素 10
1．4 数据遇上共享，我们能做什么 12
本章小结 13
习题1 13
参考文献 13
第2章 数据共享的现状 15
2．1 政策因素 15
2．1．1 支持政策 15
2．1．2 约束政策 17
2．2 困难和挑战 18
2．2．1 数据权问题 18
2．2．2 隐私保护问题 21
2．2．3 价值流动闭环问题 23
本章小结 26
习题2 27
参考文献 27
第3章 区块链与数据共享技术 29
3．1 区块链背景介绍 29
3．1．1 区块链的概念 29
3．1．2 区块链的发展历程 32
3．1．3 区块链抽象模型 34
3．1．4 区块链分类 39
3．2 区块链的技术架构 43
3．2．1 数据层 43
3．2．2 网络层 48
3．2．3 共识层 50
3．2．4 激励层 54
3．2．5 合约层 55
3．2．6 应用层 56
3．3 区块链技术的拓展 57
3．3．1 应用拓展 57
3．3．2 性能拓展 58
3．3．3 跨链兼容 62
3．4 区块链的经典框架 63
3．4．1 以太坊 63
3．4．2 Hyperledger Fabric 66
3．4．3 EOS 73
3．4．4 IOTA 74
3．4．5 Filecoin 75
3．4．6 BAFFLE 78
3．5 基于区块链的数据共享技术 78
3．5．1 区块链自身难适应数据共享场景 79
3．5．2 区块链实现数据共享安全性优化 79
本章小结 80
习题3 80
参考文献 81
第4章 隐私保护与数据共享技术 83
4．1 隐私保护简介 83
4．1．1 隐私概念和数据匿名 84
4．1．2 隐私衡量方法 86
4．1．3 隐私保护的关键技术 88
4．1．4 数据发布隐私保护 89
4．1．5 数据存储隐私保护 90
4．1．6 数据分析隐私保护 93
4．1．7 比特币和区块链的隐私保护 94
4．2 零知识证明 100
4．2．1 零知识证明的基本原理 100
4．2．2 交互式零知识证明 102
4．2．3 非交互式零知识证明 103
4．3 同态计算 105
4．3．1 同态加密的定义、安全性和简单实例 105
4．3．2 同态加密的主要类型 106
4．4 安全多方计算 108
4．4．1 安全多方计算的基本概念和数学模型 108
4．4．2 安全多方计算的应用场景与案例介绍 110
4．4．3 混淆电路 110
4．4．4 不经意传输 112
4．4．5 秘密共享 113
4．5 联邦学习 114
4．5．1 联邦学习概述 115
4．5．2 联邦学习的扩展和性能提升 116
4．5．3 联邦学习的应用 119
4．5．4 联邦学习中的隐私保护解决方案 119
4．5．5 基于差分隐私的隐私保护 120
4．5．6 基于安全多方计算的隐私保护 121
4．6 隐私保护的其他技术 122
4．6．1 基于属性加密 122
4．6．2 可搜索加密 124
4．6．3 代理重加密 125
本章小结 128
习题4 129
参考文献 129
第5章 数据共享系统解析与实现 133
5．1 数据共享简介 133
5．1．1 数据及数据产品定义 133
5．1．2 传统数据共享模式 134
5．1．3 数据共享趋势与问题 135
5．2 可信数据共享 135
5．2．1 可信数据共享模式 136
5．2．2 数据共享技术实现方案 136
5．3 SOLAR数据共享平台设计 139
5．3．1 SOLAR平台的功能 140
5．3．2 SOLAR平台的架构 141
5．3．3 SOLAR平台的技术选型 143
5．3．4 SOLAR平台的远程调用 145
5．3．5 中心端功能设计 146
5．3．6 边缘端功能设计 149
5．4 数据共享应用系统开发 151
5．4．1 区块链智能管理模块 152
5．4．2 联邦学习模块 159
5．4．3 边缘计算模块 165
5．4．4 业务逻辑管理模块 169
本章小结 177
习题5 177
参考文献 177
第6章 数据交易平台 178
6．1 交易平台发展现状 178
6．1．1 国际数据交易平台 179
6．1．2 政府主导的国内数据交易平台 180
6．1．3 企业主导的国内数据交易平台 185
6．2 数据交易平台的挑战 188
6．2．1 数据产品交易特点 188
6．2．2 交易平台设计的挑战 189
6．3 数据分类分级方法 192
6．3．1 分类原则 192
6．3．2 分类方法 193
6．3．3 分级原则 194
6．3．4 分级方法 194
6．3．5 数据资源共享和开放要求 196
6．3．6 动态分类分级 197
6．3．7 数据资产交易产品类型 197
6．4 数据定价策略及实例 198
6．4．1 数据定价策略 198
6．4．2 数据定价模型 198
6．4．3 数据价值指数 200
6．4．4 数据定价方法优化 201
6．4．5 数据定价实践案例 202
6．5 交易平台架构设计 203
6．5．1 设计思路 203
6．5．2 模式变革 205
6．5．3 功能架构 207
6．5．4 业务架构 209
6．5．5 技术架构 210
6．5．6 数据架构 211
6．5．7 安全架构 212
6．6 挑战的应对措施 213
6．6．1 确权及合规性挑战应对：基于数据公证的合规认证体系 213
6．6．2 安全性挑战应对：三流分离的业务模式 213
6．6．3 价值不确定性挑战应对：数据试验融合 215
6．6．4 安全监管挑战应对：子母订单审核机制 216
6．6．5 价值评估挑战应对：多维度辅助定价 216
6．6．6 隐私保护挑战应对：隐私计算与统一隐私计算 217
6．6．7 安全监管挑战应对：全流程链上存证监管 218
本章小结 219
习题6 219
参考文献 219
第7章 医疗数据共享 221
7．1 医疗数据的特点与相关概念 221
7．1．1 医疗数据 221
7．1．2 通用数据模型 223
7．1．3 标准化术语集 225
7．1．4 队列 227
7．1．5 从数据到证据 230
7．1．6 证据与数据质量 231
7．2 医疗数据共享的现状及挑战 232
7．2．1 医院内部数据共享现状 232
7．2．2 多中心数据协同现状 234
7．2．3 医疗数据共享协作挑战 234
7．3 医疗数据共享平台的架构设计 235
7．3．1 业务架构 235
7．3．2 业务流程分析 235
7．3．3 数据流设计 236
7．3．4 智能化设计 236
7．4 医疗数据共享平台的技术支撑 239
7．4．1 动态数据架构应用 239
7．4．2 隐私安全计算应用 240
7．4．3 区块链技术应用 241
7．4．4 多中心灵活部署 241
7．4．5 全流程数据管理技术 242
7．4．6 激励机制应用 243
本章小结 243
习题7 244
参考文献 244
第8章 知识与数据共建共享 245
8．1 科研范式变革 245
8．2 知识图谱联邦构建算法 248
8．2．1 知识图谱 248
8．2．2 联邦学习补充介绍 249
8．2．3 联邦联合抽取模型 251
8．3 知识共建共享平台 258
8．3．1 知识共建共享平台总体设计 258
8．3．2 知识图谱共建共享机制 263
8．3．3 区块链及隐私计算技术应用 265
8．4 数据共建共享系统 265
本章小结 267
习题8 267
参考文献 268
第9章 其他行业应用案例 269
9．1 供应链应用 269
9．1．1 场景和需求 269
9．1．2 区块链多方协调 270
9．2 版权溯源与原创性保护应用 272
9．2．1 场景和需求 272
9．2．2 区块链迅捷存证 273
9．3 房屋租赁应用 277
9．4 云存储应用 279
9．5 区块链分布式共享应用 279
本章小结 280
习题9 280
参考文献 280
第10章 展望 282