第54卷 第3期2021年3月
Communications Technology
Vol.54 No.3
Mar. 2021
文献引用格式：刘宗妹.系统论视域下“区块链+5G”生物安全战略分析[J].通信技术，2021，54（3）： 732-737. LIU Zongmei.Analysis of “Blockchain+5G” Biosecurity Strategy from the Perspective of System
Theory[J].Communications Technology,2021,54(3):732-737.
doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2021.03.032
系统论视域下“区块链+5G”生物安全战略分析*
折叠桶刘宗妹
（广东司法警官职业学院，广东 广州 510520）
摘 要：区块链的数据安全性和5G的高传输速率，既实现了生物数据追溯管理，又可防止信息数据被恶意篡改，在生物空间架起可靠的桥梁。因此，首先阐述生物安全建设的重要性和目前呈现的不足；其次，从系统论的视角出发，基于5G、区块链技术以及生物安全体系进行融合度分析，探索构造过程可记录、风险可预警以及源头可溯源的生物数据治理生态的可行性；最后，设计多源数据共享架构，采用联盟链方式构筑生物数据安全体系。通过系统性能的对比分析，技术改进和机制设计实现了响应速度快和数据安全性高等目的，可为完善生物体系安全监管提供技术参考。 关键词：区块链技术；5G；系统论；生物安全
中图分类号：TP311.13 文献标识码：A 文章编号：1002-0802(2021)-03-0732-06
Analysis of“Blockchain+5G”Biosecurity Strategy from
the Perspective of System Theory
LIU Zongmei
(Guangdong Justice Police Vocational College, Guangzhou Guangdong 510520, China) Abstract: Th
e data security of the blockchain and the high transmission rate of 5G not only realize the traceability management of biological data, but also prevent the information data from being maliciously tampered, and build a reliable bridge in the biological space. The paper firstly elaborates the importance of biosafety construction and the current shortcomings. Then, from the perspective of system theory, based on 5G, blockchain technology and biosecurity system for fusion analysis, explores the feasibility of ecological management of biological data with recordable construction process, early warning of risks and traceable sources. Finally, it designs a multi-source data sharing architecture and uses a consortium chain method to build a biological data security system. Through comparative analysis of system performance, technical improvement and mechanism design, the goals of fast response speed and high data security have been achieved, which can provide technical reference for improving the safety supervision of biological systems.
Keywords:blockchain technology; 5G; system theory; biological security
* 收稿日期：2020-11-20；修回日期：2021-02-15 Received date:2020-11-20;Revised date:2021-02-15u型光电传感器
基金项目：广东司法警官职业学院第四届院级课题（No.2020YBZC04）；广东省教育厅2020年中等职业教育教学改革项目（No.
GDZZJG2020111）；2020年广东大学生科技创新培育专项资金（“攀登计划”专项资金）（No.pdjh2020b1034）。
Foundation Item: The Fourth College-Level Project of Guangdong Justice Police Vocational College (No.2020YBZC04); Guangdong Provincial Department of Education 2020 Secondary Vocational Education Teaching Reform Project (No.GDZZJG2020111); 2020
Guangdong University Student Science and Technology Innovation Cultivation Special Fund (“Climbing Plan” Special
Fund)(No.pdjh2020b1034)
图1 生物安全体系扁平化的组织形式
生物安全体系扁平化设计的出发点是借助区块链技术实现的不可篡改性、透明性和共享性，简化管理层次、拓展管理跨度和有效信息共享，适应生物安全工作创新需求。
1.1 简化组织管理层次
目前，科层制的组织结构随着信息传播方式的改变，暴露出不够灵活的弊端，而扁平化结构简化管理
尽量缩短指挥链，提高了纵向反应能力，同时增强了横向沟通能力，减化了请求传达和请求批复环节，缩短了上下级沟通的距离[5-6]。
1.2 创建体协作模式
打破领域界限，构筑体协作，组织动态知识团队，实现知识共享，改变职能取向，实现问题取向。生物安全体系的构建的目的是解决问题，而不是纯粹发号施令，因此制定的解决方案更科学有效[5]。
1.3 构建高水平专家团队
构建专家团队，以协调动态知识团队工作并提供技术支持。高水平专家团队与政府部门有效对接，可从专业角度开展工作，改变行政化不良倾向，解决突发难点问题。针对生物安全体系跨度大、维度广的特点，高水平专家团队中配备专业计算机人才，从多维度智能评价和大数据技术等方面挖掘轨迹数
通信技术
<2021年
据形成动态评估，使突发状况扼杀在萌芽中。
2 基于协同原理，构筑“区块链+5G+生物安全体系”创新环境
协同原理作为系统思维的关键内容，是推动系统各个要素之间协作的过程。在生物安全体系中，加强应用协同原理，契入多种信息技术手段，探索技术之间的协作互助[3]。
2.1 区块链赋能5G数据保护
利用区块链点到点的连接实现去中心化、时间戳实现可追溯性、全网共识实现透明性、加密算法实现不可篡改性[7]、智能合约实现自动触发完成[8]，依托网络层、数据层、共识层、合约层和应用层构建区块链的基础架构[9]，实现对数学（加解密，共识算法等）的信任和背靠背的信任[10]。5G时代数据海量传输，数据的保护是重中之重，而区块链的不可篡改性具有数据保护的天然属性。区块链的密码技术重构网络安全边界，终端信息上链后在各节点分布式存储，共筑协同防护空间。
2.2 5G助力区块链更快的传输速率、更丰富的上链数据和更强的稳定性
5G是最新一代蜂窝移动通信技术。它的发展源于人们对移动数据日益增长的需求，目前正朝着网络多元化、综合化与智能化发展。5G以其高速率、低能耗和高容量备受关注，已成为服务社会生产交易的基础设施。截至2020年3月底，我国已建成19.8万个5G[11]。5G拥有高达10 Gb/s的传输速率，极大地提升了区块链的处理速度和应用稳定性。5G每平方千米可连接100万个终端设备，传输延迟降低到1 ms以下，实现了区块链对生物数据体系的高效追踪和溯源[12]。5G边缘网络构筑了分布式的通信基础，GPU算力构筑区块链的网络运行。5G利用可变带宽和广播、组播技术保障信息同步，解决了区
块链为执行共识算法消耗大量网络带宽的问题[13]。
2.3 生物安全体系可行性分析
区块链为5G提供安全的生物数据保护，5G为区块链提供交易速度快、网络稳定性高的数据采集，它们融合的巨大前景已日益凸显。第一，区块链将数据按序存储在链式存储结构，随着节点的增多，篡改数据的难度将会增大，实现了生物安全数据一旦上链将无法修改的目的[14]。第二，元数据安全的前提下利用智能合约实现多元生物数据融合分析，确保数据共享中的数据安全[15]。第三，分布式账本的功能解决了生物数据共享和传递过程中的所有权问题，解决了长期困扰数据资产的所有权不清晰问题。第四，利用5G的灵活性，与4G、WiFi等整合，用户无需手动操作，系统就会根据网络质量情况连接到最佳网络中实现无缝切换，可满足各种生物安全场景的需要。第五，5G的到来降低了物联网的维护成本，利用5G的快速性和精确性拓宽了精确管理的范围，为离散程度高、中间环节多、监管曲线长的多方主体的有效合作提供了技术支撑[16]。第六，结合区块链技术，充分发挥5G终端设备机器视觉智能分析和高清图像传输功能，实现终端的可信互动。“5G+区块链”给生物安全提供了一种全新的体验，借助于5G实现快速定位和应急指挥调度，从而助力生物安全服务。
2.4 技术突破
伴随着越来越多区块链集成应用的落地，处理速度慢成为所有平台的“通病”。其中，基础性能是瓶颈。
校正死亡率
目前的扩容方法主要有链上扩容技术和链下扩容技术[17]。文献[13]呈现了一种链上扩容技术，思路是将区块链节点划分为多个分片，以相同的分片为单位维护同一条链，不同的分片维护不同的链，与频分多路复用相吻合，从而实现容量的成倍扩容，并通过仿真分析给出区块链分片的最佳规模。基于以上技术层面的创新研究，本研究重点探索其在应用领域的融合拓展，即生物数据安全体系中的创新应用开发，不仅维护生物安全体系的数据安全，还通过数据的传递共享实现应急处理，进一步塑造诚信的生态环境[8]。
3 “区块链+5G+生物安全体系”：一项系统工程
3.1 多源数据共享架构
受到文献[15]的启发，在多源数据共享模式下，联盟链内的不同机构共享数据摘要信息，利用区块链建立机构间的信任。成员节点包括防疫部门、医疗系统、传染病检测机构以及生物个体等，而数据来源于多个部门的跨域多源数据。通过多源数据共享架构，可在保证数据库数据安全的前提下，打通外部数据的相融性，进一步挖掘生物数据的潜能，
图2 多源数据共享架构
生物数据存于中心数据库。数据的摘要信息上传到区块链，需经过广播、同步、共识和保存。专家团
队和政府机构要查询数据，需向区块链提出请求，获取摘要信息，然后传送到中心数据库申请元数据，获得加密后的数据后进行数据分析，从而生成评估报告。
3.2 生物安全体系系统架构
“区块链+生物安全”实现了科技与民生问题的有机结合，是一项庞大的系统工程。建立生物安全区块链社区，是为了更好地解决现存问题，创造生物安全治理生态。系统运行模式如图3所示。
图3 生物安全体系系统架构
3.2.1 助力系统
助力系统是生物安全体系运转的驱动力，包括政府部门、专家团队和“区块链+5G”技术。政
图5 系统开发技术架构表1 系统性能对比分析表
包边带
对比分析安全性共享性留痕审计速度
传统生物安全平台中心化存储和
容易被篡改
缺乏统一管理
无法有效共享
否慢
基于区块链技术的生物安全平台去中心化存储
和无法被篡改
统一管理
有效共享
是快
语
结合系统思维方法分析，人类历史的治理进入协同式治理阶段，政府需完善生物安全法律法规，减少管理层级，实现工作秩序化。新一代信息技术促进了各个实体行业的发展壮大，因此要真正打造区块链即服务（Blockchain as a Service，BaaS）体系，仅仅依靠区块链是不够的，需探索与AI、5G以及
电梯维保系统物联网等新技术的融合创新。本文在对区块链与物联网、区块链与AI的融合应用研究中发现，区块链技术存在速度慢、时延高以及设备要求高等弊5G以其速度快、延时低以及连接数量广等优势完美解决了以上问题，因此重点研究了区块链在生物安全领域的创新应用。下一步建议基于系统论的理论和方法进一步完善生物安全体系，通过体系工作的稳态化，推动运行机制和管理模式的发展。
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图4 大数据评估决策流程
