伴隨著大數(shù)據(jù)時代的到來

數(shù)字化監(jiān)獄時代已逐步邁向智慧監(jiān)獄時代，智慧監(jiān)獄是監(jiān)獄 信息化建設的最高形態(tài)。文章針對智慧監(jiān)獄中存在的數(shù)據(jù)中心化、安全性欠缺等方面問題，分析區(qū)塊鏈技術(shù)應用于智慧監(jiān)獄中的優(yōu)勢及可行性，采用智能合約技術(shù)，給出了基于私有鏈的智慧監(jiān)獄管理系統(tǒng)設計，保證了系統(tǒng)信息的共享、保密和不可篡改性。旨在為“區(qū)塊鏈+”監(jiān)獄管理創(chuàng)新模式提供參考。

2016年12月“區(qū)塊鏈“首次被寫入《國務院關于印發(fā)“十三五“國家信息化規(guī)劃的通知》，監(jiān)獄系統(tǒng)應該緊跟步伐，積極開拓一條新型發(fā)展之路叫區(qū) 塊鏈技術(shù)最早在2008年中本聰發(fā)表的論文中被提出，后來依次經(jīng)歷了以區(qū)塊鏈為單位的塊鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的區(qū)塊鏈1.0、創(chuàng)建可共用的技術(shù)平臺的區(qū)塊鏈2.0、以價值互聯(lián)網(wǎng)為內(nèi)核的區(qū)塊鏈3.0。

如今區(qū)塊鏈技術(shù)逐步發(fā)展，引起了國內(nèi)外的極大重視，下面從以下三個方面來表述近幾年區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展。

國外制度監(jiān)管層面：

2015年6月4日，紐約金 融服務部門（NYDFS）發(fā)布了數(shù)字密碼貨幣公司監(jiān)管框架BitLincense。2015年10月，奧巴馬政府和 私人公司結(jié)成“區(qū)塊鏈聯(lián)盟”的伙伴關系，目的是 監(jiān)管防止將數(shù)字密碼貨幣用于非法用途。

2016年1 月19 H,英國政府公布了《分布式總賬技術(shù)：超 越區(qū)塊鏈》；2016年2月，歐洲委員會（EC）宣 布了歐洲反洗錢和反恐怖金融監(jiān)管規(guī)劃。

2017年5 月25 H,美國國防高級研究計劃局要求印第安的 科技與制造公司（ITAMCO）開發(fā)使用區(qū)塊鏈協(xié)議的平臺。

教育科研發(fā)展層面：

2015年9月，肖風聯(lián)合以 太坊創(chuàng)始人Vitalik Buterin和比特股聯(lián)合創(chuàng)始人沈波共同成立“區(qū)塊鏈實驗室”，以促進區(qū)塊鏈技術(shù)的教育；

2016年加州大學伯克利分校推行了針對區(qū)塊鏈的本科教育囚；

2018年3月，由牛津大學多名學者聯(lián)合推出成立了第一所基于區(qū)塊鏈技術(shù)的大學 “伍爾夫大學”。

企業(yè)應用研究層面：

國內(nèi)外許多企業(yè)都已致力于區(qū)塊鏈的架構(gòu)的設計和應用的推廣。如文獻所述，紐約州電力公司TransActiveGrid建立微電網(wǎng)網(wǎng)絡；Linux基金會于2015年提出了超級賬本項目; 2016年5月31日，騰訊對區(qū)塊鏈在金融應用方面 的合作聯(lián)盟（深圳）成立；中國人民銀行于2017 年成立數(shù)字貨幣研究所。

區(qū)塊鏈技術(shù)雖然有了極大的進步，但在可行性、安全性和監(jiān)管方面還需要進一步加強，預計還需 5~10年的時間才可達到成熟期山。伴隨區(qū)塊鏈技術(shù)的逐步完善，基于理論總歸要指導實踐，否則只是虛的概念的理念，區(qū)塊鏈技術(shù)得到了廣泛應用。

區(qū)塊鏈應用于醫(yī)學的成功案例較多，如全球具有最大規(guī)模的區(qū)塊鏈公司Guardtime利用區(qū)塊鏈各個節(jié)點間的共同協(xié)商來提升智慧醫(yī)療中數(shù)據(jù)的安全保護，實現(xiàn)100萬份數(shù)據(jù)的安全存儲，而將區(qū)塊鏈技術(shù)應用于監(jiān)獄信息化的案例較少。

對于智慧監(jiān)獄來說，安全是一切業(yè)務開展的基礎條件，信息安全和數(shù)據(jù)安全是核心要素。文章通過分析當前監(jiān)獄信息化建設過程中存在的問題，探索基于區(qū)塊鏈技術(shù)如何減少信任程序、提供安全可靠的數(shù)據(jù)存儲、提高工作處理效率等問題，為區(qū)塊鏈于監(jiān)獄系統(tǒng)的應用落地做必要的知識儲備回。

智慧監(jiān)獄現(xiàn)狀分析

1.1智慧監(jiān)獄的概念

智慧監(jiān)獄就是在監(jiān)獄中利用互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)整合系統(tǒng)內(nèi)部的環(huán)境、人流、信息流，以智慧通信、智慧控制實現(xiàn)數(shù)字化采集信息、網(wǎng)絡化傳輸信息、智能化管理信息，構(gòu)建數(shù)據(jù)聯(lián)動的機制，對監(jiān)獄數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)挖掘，構(gòu)成監(jiān)獄大數(shù)據(jù)，對大數(shù)據(jù)進行分析，構(gòu)建智慧監(jiān)獄同。

1.2智慧監(jiān)獄的問題分析

到目前為止，全國監(jiān)獄已基本布設智能報警系統(tǒng)、監(jiān)獄圍墻周界、綜合門禁系統(tǒng)等，監(jiān)獄信息化 建設水平有了顯著提升，但與理想狀態(tài)還有差距，主要表現(xiàn)在以下幾方面:

信息共享程度低

數(shù)據(jù)壁壘問題嚴重阻礙監(jiān)獄信息化的發(fā)展性罪犯信息種類多、互補性強、關聯(lián)關系復雜。監(jiān)獄內(nèi)部數(shù)據(jù)集成化程度較低，信息缺少共享機制，難以形成協(xié)同效應，系統(tǒng)內(nèi)部存在信息交叉錄入的狀況，造成存儲冗余，浪費警力。

信息準確性難確保

現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫建設大多是對基礎數(shù)據(jù)的建設，如違法犯罪人員信息系統(tǒng)，必須保證信息的準確性, 并且可以作為司法依據(jù)，但目前因人為或失誤導致的身份信息有偏差，服刑表現(xiàn)數(shù)據(jù)不準確的問題，嚴重損害了執(zhí)法形象。

信息安全機制不健全

信息安全結(jié)構(gòu)欠成熟，細節(jié)描述欠清晰，具體管理中缺乏安全標準，應用缺乏實踐經(jīng)驗，不能保證信息的完整存儲和安全傳輸，信息的丟失、泄露、篡改等現(xiàn)象具有發(fā)生的可能性。

警戒設備漏洞難避免

警戒設備的配比，很大程度上決定了監(jiān)獄的安全性，當今門禁系統(tǒng)加了一門又一門，隔離網(wǎng)墻筑了一道又一道，但其畢竟是“物”的防線叫還有諸多技術(shù)問題需解決，如基于視頻點名、條形碼掃描等的定位技術(shù)有時造成點名不準確；

高投入的視頻監(jiān)控主要用于事后的取證，不能充分利用大數(shù)據(jù)分析罪犯通話記錄、行為習慣、交往圈、家庭背景等方面的信息，進行必要的監(jiān)控預警和圖像智能化分析，避免脫逃或自殺的可能。

區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)勢

區(qū)塊鏈利用數(shù)據(jù)加密技術(shù)將數(shù)據(jù)區(qū)塊以鏈式存儲結(jié)構(gòu)的形式存儲，每個區(qū)塊包括區(qū)塊頭和區(qū)塊身，區(qū)塊頭存儲上一個區(qū)塊的哈希值，作用類似于指針，區(qū)塊身保存經(jīng)過驗證合法的記錄和時間戳等。

區(qū)塊鏈利用P2P、共識機制來建立分布式存儲節(jié)點的信任；

利用智能合約實現(xiàn)交易的自動執(zhí)行，并且是不受外面干擾的準確運行；

利用“腳本”對數(shù)據(jù)進行自動操作，實現(xiàn)可編程的數(shù)據(jù)庫。

區(qū)塊鏈可能會成為創(chuàng)造信任的一種協(xié)議，類似于HTTP協(xié)議、TCP/IP協(xié)議，利用計算機編程語言來開發(fā)去中心化的產(chǎn)品。

數(shù)據(jù)存儲：區(qū)塊鏈是去中心化的存儲結(jié)構(gòu)，多個節(jié)點組成端到端的網(wǎng)絡，每個節(jié)點的地位都是對等的，個別節(jié)點的故障不會影響到整個系統(tǒng)，可解決監(jiān)獄系統(tǒng)內(nèi)部共享性差的問題；

區(qū)塊鏈中若更改某個區(qū)塊的數(shù)據(jù)，則要更改此塊后面的所有數(shù)據(jù)，因此很難實現(xiàn)，區(qū)塊鏈本身的機制實現(xiàn)了其不可更改，即使內(nèi)部工作人員也無法更改，確保監(jiān)獄系統(tǒng)中數(shù)據(jù)一旦上鏈則不可更改；

區(qū)塊鏈中接入的節(jié)點越多，則安全性越高，當區(qū)塊后面連接6個區(qū)塊后，信息幾乎不可能被篡改，稱此時為穩(wěn)定狀態(tài)圓，可實現(xiàn)智慧監(jiān)獄中數(shù)據(jù)的可靠存儲。

數(shù)據(jù)溯源：利用時間戳和加密技術(shù)的鏈式存儲結(jié)構(gòu)，保證可以追溯每一筆交易。在智慧監(jiān)獄中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的取證操作。區(qū)塊鏈節(jié)點利用相互驗證保證準確性，若對交易有疑問，可利用回溯交易記錄，從而準確判斷真實性。如監(jiān)獄生產(chǎn)車間的產(chǎn)品信息上鏈保存，產(chǎn)品信息包括配件溯源信息和配件產(chǎn)品檢測證書，從而可以檢驗產(chǎn)品的質(zhì)量合格性。

數(shù)據(jù)交易：所有的數(shù)據(jù)的傳送都是基于公鑰地址的，而非具體到個人真實身份，在匿名的狀態(tài)下 完成區(qū)塊鏈中的交易，但無法知道其真實身份，匿名特征為舉報者提供了安全保護；區(qū)塊鏈是創(chuàng)造信任的網(wǎng)絡，節(jié)點之間按規(guī)則操作，實現(xiàn)對整個體系的信任，區(qū)塊鏈中數(shù)據(jù)記錄和規(guī)則都是透明的，任何人都可用公用接口來查詢數(shù)據(jù)，人為無法對它更改，實現(xiàn)監(jiān)獄系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)都上區(qū)塊鏈，數(shù)據(jù)實時傳送。

數(shù)據(jù)安全：區(qū)塊鏈可以看作利用加密算法和共 識機制來保證數(shù)據(jù)不被篡改的一組協(xié)議氣區(qū)塊鏈 利用最長鏈條來作為工作量的一種證明。只要長鏈條是誠實礦工創(chuàng)造的，則區(qū)塊鏈是安全的，利用時間戳來標識先后次序，避免重復交易。

區(qū)塊鏈利用哈希函數(shù)保證了數(shù)據(jù)的所有權(quán)，用表1來舉例說明。

美國的中本聰提出了泊松分布的概率論模型，計算出新的哈希頭刈后，后面要繼續(xù)追加N個頭部(名、入、燈…)后，刈才得到認可，在攻擊者未掌握超過51%的算力的情況下是較難實現(xiàn)的。攻擊者追上第z塊的概率見如下公式所示:P表示 誠實者發(fā)現(xiàn)下一節(jié)點的概率，0表示攻擊者發(fā)現(xiàn)下 一節(jié)點的概率。

分析可得隨著z的增大，其追上的機會越來越小。因此，用數(shù)學方法證明了區(qū)塊鏈的特殊結(jié)構(gòu)實 現(xiàn)了其不可篡改性。

區(qū)塊鏈技術(shù)應用研究

區(qū)塊鏈分為公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈，由于私 有鏈主要提供安全、可追溯、不可篡改、自動執(zhí)行 的運算平臺，可以同時避免來自內(nèi)部和外部對數(shù)據(jù)的攻擊，因此符合承載公平、公正、嚴明、可靠的 監(jiān)獄環(huán)境。

• 首先利用區(qū)塊鏈保存信息并且保證其不可被更改，

• 其次實現(xiàn)信息的共享，建設良好的跨平臺協(xié)作。

利用 IPFS ( Interplanetary File System )加密保存數(shù)據(jù)，與智能合約相結(jié)合，實現(xiàn)信息的保護 和共享，區(qū)塊鏈系統(tǒng)與原始系統(tǒng)利用接口對接，實 現(xiàn)對原始信息系統(tǒng)的保護。IPFS包括塊交換、哈希表等，保存文件時得到文件指紋，獲得文件后，通過文件指紋將文件取出并驗證，再將其返回。

3.1可行性分析

在智慧監(jiān)獄領域，區(qū)塊鏈的去中心化，可以將不同數(shù)據(jù)資源集成于一個區(qū)塊鏈中，利用區(qū) 塊鏈的分布式存儲并結(jié)合一定的云存儲技術(shù)，實現(xiàn)對智慧監(jiān)獄信息的存儲。

利用區(qū)塊鏈的共識機制實現(xiàn)信息的匿名性，確保了隱私保護。共識機制是通過投票，對交易確認。區(qū)塊鏈的共識機制確保所有誠實礦工的區(qū) 塊鏈的前綴相同，同時保證由誠實礦工發(fā)布的信息會被其它誠實礦工添加到自己的區(qū)塊鏈中，共識機制有拼算力的PoW(Proof of Work),拼財力的 PoS(Proof of Stake)等。區(qū)塊鏈運作越高速則共識的代價越昂貴。

通過數(shù)據(jù)加密哈希算法解決共享后的權(quán)限問題，保證數(shù)據(jù)的不可篡改性，降低了系統(tǒng)的信任風險，將區(qū)塊鏈應用于智慧監(jiān)獄，保存原始數(shù)據(jù), 防止人為篡改，杜絕“走關系”篡改罪犯表現(xiàn)基礎數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的可信度。

區(qū)塊鏈的每個節(jié)點都保存完整的數(shù)據(jù)備份，即使某個節(jié)點數(shù)據(jù)丟失也可從其它節(jié)點將數(shù)據(jù) 恢復。將區(qū)塊鏈技術(shù)應用于數(shù)據(jù)采集方面，給加入?yún)^(qū)塊鏈的原始數(shù)據(jù)添加時間標記，從而證明數(shù)據(jù)的真實可靠性，是一種較低成本的驗證過程。

3.2體系結(jié)構(gòu)

充分利用區(qū)塊鏈的特性來設計系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示，實現(xiàn)將各個監(jiān)獄的數(shù)據(jù)資源集合到區(qū)塊鏈中，監(jiān)獄管理局負責區(qū)塊鏈的監(jiān)管，完成數(shù)據(jù)的上鏈和信息的共享。

3.2.1罪犯模塊

個人基本信息

將區(qū)塊鏈用于犯人基本信息記錄的保存，即每位犯人擁有一個賬本，從而有了關于自己過往的完整數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)的掌握者是罪犯本身，充分體 現(xiàn)了智慧監(jiān)獄的現(xiàn)代化的一個重要的考量標準“人文性”，從人性上避免犯罪心理上的漏洞。

獄中表現(xiàn)數(shù)據(jù)

罪犯在獄中會進行勞動改造和思想改造，獄中表現(xiàn)數(shù)據(jù)非常重要，且為罪犯減刑的重要依據(jù)，因此必須保證數(shù)據(jù)的真實性和無法篡改性。基于區(qū)塊 鏈特有的數(shù)據(jù)安全性，能充分利用區(qū)塊鏈上的記錄來決定是否滿足減刑條件。監(jiān)獄系統(tǒng)視頻監(jiān)控中所獲數(shù)據(jù)，利用“區(qū)塊鏈+人工智能”技術(shù)分析犯人 的行為軌跡，避免脫逃、自殺的發(fā)生。

3.2.2警員模塊

警員任職履歷

包括警員的出生背景、教育程度、工作經(jīng)歷、 工作績效、年終考核等，形成多方共識的警員電子 檔案，用技術(shù)手段避免繁瑣的信息整合，減輕了檔案管理的工作。

警員巡更管理

記錄警員巡邏路線并被保存，準確評定工作時間的表現(xiàn)；記錄警員能否走到罪犯中間，了解他們的思想波動，筑造良好的警囚關系叫

3.2.3財務數(shù)據(jù)管理模塊

日常開支

監(jiān)獄中所有開支數(shù)據(jù)實時存入?yún)^(qū)塊鏈，實現(xiàn)了 過程的透明化和信息的準確性，較好實現(xiàn)了財務資金的監(jiān)管。

勞動收益

由于勞作的特殊性，通過區(qū)塊鏈將勞動產(chǎn)品的 追溯認證放到監(jiān)管中，將整個制造過程存儲指紋記錄作為數(shù)據(jù)的存證，由于過程的公開化，避免了極端分子的破壞行為，保證了產(chǎn)品的安全性。

3.2.4信息管理模塊

日常的文件、工作安排和會議記錄等及時存入?yún)^(qū)塊鏈，利用區(qū)塊鏈信息的實時傳送使所有人都可及時獲取最新信息。對鏈中數(shù)據(jù)設置數(shù)據(jù)訪問權(quán)限分級控制，不同級別獲得的信息量也不同，通過加 密算法，使數(shù)據(jù)只能被相關人員閱讀，從而強化對隱私內(nèi)容的保護，提高數(shù)據(jù)的安全性。

3.2.5監(jiān)控中心模塊

實時監(jiān)控監(jiān)舍、生產(chǎn)車間、食堂及監(jiān)獄周邊區(qū) 域，出現(xiàn)緊急事端及時報警。對監(jiān)控中心數(shù)據(jù)開展 預警判斷，將事端抹殺在萌芽中。監(jiān)控數(shù)據(jù)及時打 包上鏈叫。監(jiān)獄內(nèi)重要通道對出入人員實時記錄，對限制區(qū)域增設門禁。對監(jiān)舍每個一小時清監(jiān)一次, 人數(shù)不齊將會報警。勞作場地也要每隔半小時清點 一次。通過必要的監(jiān)控措施，減輕警力，提升監(jiān)獄 的安全性。

3.3智慧監(jiān)獄中區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)類型

智慧監(jiān)獄中區(qū)塊鏈采用多種數(shù)據(jù)類型，對不同 的數(shù)據(jù)做不同數(shù)據(jù)存儲處理。區(qū)塊鏈API/SDK將適配接收并格式化這些數(shù)據(jù)，核心數(shù)據(jù)和計量證書簽 名后上鏈存證，區(qū)塊鏈中存放文件的哈希值后，用戶在客戶端對文件查找，利用IPFS網(wǎng)絡獲取目的文件凹。利用區(qū)塊鏈的防篡改性避免人為的篡改；利用鏈上時間戳和哈希值，實時追蹤數(shù)據(jù)變化的全 過程，數(shù)據(jù)防偽性增強。如圖3所示。

3.4采用智能合約虛擬機分層思路

智能合約是可被所有節(jié)點運行的區(qū)塊鏈的代 碼，按照定好的規(guī)則管理資產(chǎn)，通過多方協(xié)作，清 除錯誤風險，實現(xiàn)每個用戶的透明操作回。鏈上腳本實現(xiàn)區(qū)塊鏈的可編程和智能合約自動執(zhí)行，隨腳本機制的加強，實現(xiàn)了區(qū)塊鏈與智能合約的融合發(fā) 展，鏈上腳本為區(qū)塊鏈提供了擴展接口，任何人都 可利用腳本實現(xiàn)區(qū)塊鏈的應用。

頂層的DSL引擎將DSL翻譯成智能合約的開發(fā)語言Solidity, Solidity 是靜態(tài)語言，當其編譯完發(fā)到網(wǎng)絡后，可被以太坊 調(diào)用，實現(xiàn)web應用，中層的Solidity語言通過安全分析工具檢查后，轉(zhuǎn)換為EVM指令集，EVM使 開發(fā)人員使用高級語言來編智能合約，再利用EVM 編譯成字節(jié)碼后部署在區(qū)塊鏈中，實現(xiàn)開發(fā)智能合約，底層是可插拔的架構(gòu)，可直接運行在EVM虛 擬機上，也可轉(zhuǎn)換后運行在WASM虛擬機上。

事前使用比較嚴格的合約和虛擬機，上線前還要經(jīng)過嚴格的審核和形式化證明，事后要強 化運行控制和追責。

3.5隱私數(shù)據(jù)處理

由于區(qū)塊鏈是P2P網(wǎng)絡，采用中繼轉(zhuǎn)發(fā)進行通 信，因此比較難推測出信息傳播的去向。由于具體 交易中使用用戶自己創(chuàng)建的地址，實現(xiàn)匿名操作， 所以與個人具體信息無關，較好實現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲的安全性。區(qū)塊鏈中的隱私分為交易隱私和身份隱私, 權(quán)限分層設計如圖5所示。

數(shù)據(jù)只能公開部分信息, 對于較敏感的數(shù)據(jù)利用私鑰授權(quán)設置隱私數(shù)據(jù)保護。利用加密算法和智能合約相結(jié)合來實現(xiàn)對隱私 數(shù)據(jù)的保護，如罪犯和警員的個人信息模塊的信息 和加密密鑰一起存于區(qū)塊鏈中，通過數(shù)字指紋防止信息被泄露，其當事人可利用智能合約來更改數(shù)據(jù)訪問權(quán)限網(wǎng)。有如下訪問權(quán)限：

• 掌握權(quán)限：對于犯人模塊，犯人自身擁有；對 警員模塊，警員自己掌管。

• 虛權(quán)限：只能查看到其密文而無法真正訪問內(nèi) 部數(shù)據(jù)。

結(jié)語

認真貫徹黨的十九大精神，積極落實“科技強 國，網(wǎng)絡強國，數(shù)字中國，智慧社會”戰(zhàn)略部署， 秉承“沒有信息化就沒有現(xiàn)代化”的工作思路，注 重在科學化、精細化、智慧化上下功夫，創(chuàng)造“獄 警大腦”聰明過人、“感知觸角”無處不在、“智 慧監(jiān)獄”保佑平安的新氣象，推動區(qū)塊鏈、云計算、 大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)在監(jiān)獄工作中的深度融合發(fā)展， 努力將罪犯改造為守法公民，維護社會的安全穩(wěn)定。

智慧監(jiān)獄是未來監(jiān)獄系統(tǒng)信息化建設的基本方向， 它是融合智慧城市、智慧地球理念于監(jiān)獄領域的映射，加強對智慧監(jiān)獄的研究探索，努力引導監(jiān)獄信 息化建設向更廣更深方向發(fā)展，為監(jiān)獄現(xiàn)代化建設 提供了長足動力。

文章探討了智慧監(jiān)獄中存在的一 些問題，探索利用區(qū)塊鏈技術(shù)特征實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的 不可篡改性和可追溯性，包括如何在區(qū)塊鏈上存放 數(shù)據(jù)并保護數(shù)據(jù)隱私，探索解決智慧監(jiān)獄現(xiàn)存問題。

若可對區(qū)塊鏈實際應用的成功案例進行二次開發(fā)，則可節(jié)省成本，還可保證運行的穩(wěn)定性回。接下來 將積極探索切實有效的區(qū)塊鏈應用落地，堅持不忘 初心、牢記使命，積極努力探索監(jiān)獄信息化建設向 更高層次，更大成效發(fā)展。