摘 要 英國薩里大學(xué)牽頭、數(shù)個(gè)國家檔案館參與的ARCHANGEL項(xiàng)目旨在利用分布式賬本技術(shù)（區(qū)塊鏈）設(shè)計(jì)、開發(fā)和應(yīng)用一個(gè)確保數(shù)字檔案長期完整性的服務(wù)原型。項(xiàng)目研究內(nèi)容主要包括構(gòu)建區(qū)塊鏈、構(gòu)建檔案完整性驗(yàn)證架構(gòu)、開發(fā)原型系統(tǒng)、探索用戶需求與公眾態(tài)度。ARCHANGEL項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的功能包括打造檔案的數(shù)字指紋、打造檔案區(qū)塊鏈平臺(tái)、保障檔案長期真實(shí)性、打造可信數(shù)字檔案館。ARCHANGEL給予我們的啟示是檔案機(jī)構(gòu)可以利用區(qū)塊鏈構(gòu)建可信平臺(tái)，達(dá)到去中心化的存證管理，并改變以往純粹的檔案管理為多方協(xié)作互動(dòng)、相互制約的共同治理。

關(guān)鍵詞 數(shù)字檔案館 區(qū)塊鏈 分布式賬本 存證 哈希值 可信 完整性 ARCHANGEL

中圖分類號(hào) G270.7/G271 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 收稿日期 2019-09-28

★作者簡介：趙屹，國防大學(xué)政治學(xué)院教授，管理學(xué)博士，研究方向?yàn)闄n案信息化、檔案法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。

Abstract The ARCHANGEL project， led by the University of Surrey in UK and involving several national archives， aims to design， develop and apply a service prototype that ensures the long-term integrity of digital archives using distributed ledger technology （blockchain）. The research content of the project mainly includes building blockchain， establishing archives integrity verification framework， developing prototype system， and exploring user needs and public attitude. The functions implemented by the ARCHANGEL project include creating digital fingerprints for archives， building a platform for archives blockchain， ensuring long-term authenticity of archives， and creating trusted digital archives. The enlightenment that ARCHANGEL gives us is that archival organizations can use blockchain to build a trusted platform， achieve decentralized storage and certificate management， and change the past pure archives management into shared management with multi-party collaborative interaction and mutual restriction.

Keyword digital archives; blockchain; DLT; storage and certificate; Hash value; trusted; integrity; ARCHANGEL

2017年，國外報(bào)道了一種被稱為“深度偽造”的視頻換臉人工智能技術(shù)。2019年8月，在我國社交媒體上也有類似換臉軟件成為爆款。任何人只需提供一張人臉照片，就可以將選定視頻的人物面部替換掉，生成新的視頻。該技術(shù)引發(fā)關(guān)于信息安全、肖像權(quán)以及倫理問題的廣泛探討。公眾對(duì)數(shù)字文件再次產(chǎn)生信任危機(jī)。

針對(duì)深度偽造，英國薩里大學(xué)（University of Surrey）聯(lián)合英國國家檔案館（The National Archives，簡稱TNA）、開放數(shù)據(jù)研究所（Open Data Institute，簡稱ODI）等機(jī)構(gòu)，于2017年6月30日開始開展一項(xiàng)名為ARCHANGEL的研究，以圖提供一種解決方案。該項(xiàng)目旨在利用分布式賬本技術(shù)（Distributed Ledger Technology，簡稱DLT）設(shè)計(jì)、開發(fā)和應(yīng)用一個(gè)確保數(shù)字檔案長期完整性（Integrity）的服務(wù)原型，目的“不是檢測(cè)何為偽造，而是證明何為真實(shí)”[1]。

一、ARCHANGEL項(xiàng)目的技術(shù)背景

ARCHANGEL項(xiàng)目的技術(shù)基礎(chǔ)是分布式賬本技術(shù)DLT。DLT是一種在網(wǎng)絡(luò)參與者之間共享、復(fù)制和同步的數(shù)據(jù)庫。它記錄參與者之間的交易，例如資產(chǎn)或數(shù)據(jù)交換。賬本不需要受到所有參與者信任的第三方控制即可順暢、安全地操作和運(yùn)行。參與者根據(jù)共識(shí)機(jī)制制約和協(xié)商賬本中記錄的更新。每個(gè)參與者都有一個(gè)賬本的拷貝，都可以通過公私鑰以及簽名同時(shí)維護(hù)賬本，其賬本與別人的賬本是同步的。每條記錄都有一個(gè)時(shí)間戳和唯一的密碼簽名，使得賬本成為網(wǎng)絡(luò)中所有交易的可審計(jì)歷史記錄[2]。通過網(wǎng)絡(luò)可以持續(xù)地對(duì)參與者創(chuàng)建、存儲(chǔ)和傳播的信息進(jìn)行檢測(cè)跟蹤和完整審計(jì)。在未授權(quán)的情況下改變信息及其歷史并非完全不可能，但是相當(dāng)困難。因此，DLT使得通過網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)和傳送的信息具有高度的可信賴性，參與者可以相信信息不會(huì)被篡改，并且可以控制對(duì)信息的訪問。

有一個(gè)技術(shù)與DLT緊密相關(guān)，即區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N由數(shù)據(jù)區(qū)塊按時(shí)間順序鏈接形成的鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它是網(wǎng)絡(luò)中多方參與維護(hù)的一個(gè)以密碼學(xué)方式保證安全可信的去中心化共享賬本（Decentralized shared ledger）。區(qū)塊鏈?zhǔn)侨ブ行牡?，即記賬工作不是由某一單獨(dú)的核心組織完成，而是由區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)參與節(jié)點(diǎn)完成。節(jié)點(diǎn)間采用競(jìng)爭(zhēng)方式，每個(gè)人都有可能參與記賬，改變數(shù)據(jù)庫。競(jìng)爭(zhēng)方式就是系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)選出在一段時(shí)間內(nèi)記錄最快、最準(zhǔn)確的節(jié)點(diǎn)，將其設(shè)定為記賬者。它記完賬，把所記錄的賬本傳送給每一個(gè)參與節(jié)點(diǎn)。每個(gè)參與節(jié)點(diǎn)都備份一份完整的賬本。

當(dāng)前的哈希運(yùn)算都是在字節(jié)層面對(duì)數(shù)字文件的二進(jìn)制值做運(yùn)算。它對(duì)于二進(jìn)制的更改相當(dāng)敏感，若有一個(gè)字節(jié)不同，則哈希運(yùn)算會(huì)產(chǎn)生完全不同的哈希值。ARCHANGEL研究者認(rèn)為這不適用于檔案。以視頻檔案為例，同一段視頻如果從AVI格式轉(zhuǎn)為MOV或MPEG-4，它們內(nèi)容完全相同，但二進(jìn)制結(jié)構(gòu)并不相同，哈希值也完全不同。ARCHANGEL嘗試研發(fā)的專用哈希算法是“一種內(nèi)容感知的哈希算法”[16]。

ARCHANGEL研究者開發(fā)了一種對(duì)視頻中包含的內(nèi)容敏感的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。它是一種人工智能結(jié)構(gòu)，基于定制的機(jī)器學(xué)習(xí)方法抽取不同格式檔案的內(nèi)容特征信息用于開發(fā)專用哈希算法。對(duì)視頻檔案等特定檔案使用該算法進(jìn)行哈希運(yùn)算，即使檔案格式變了（即檔案的二進(jìn)制代碼完全改變），只要內(nèi)容未變，則運(yùn)算后的哈希值依然不變。專用哈希算法是ARCHANGEL項(xiàng)目的一個(gè)核心內(nèi)容和成功與否的關(guān)鍵。ARCHANGEL力爭(zhēng)使其原型化。

（3）初始檔案哈希值存入?yún)^(qū)塊鏈。存入?yún)^(qū)塊鏈的信息共有四個(gè)部分：一是數(shù)字檔案的文件名或全局唯一標(biāo)識(shí)符（global unique identifier，簡稱GUID）。二是內(nèi)容哈希值和表示內(nèi)容哈希過程的唯一標(biāo)識(shí)符。三是專用哈希算法的哈希值。如果數(shù)字檔案的哈希運(yùn)算采用的是專用哈希算法，則需要將該算法的二進(jìn)制代碼進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)哈希運(yùn)算，得到該算法的哈希值一同存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上。四是補(bǔ)充元數(shù)據(jù)。例如檔案管理員的注釋、發(fā)布日期、版本信息等，主要用于關(guān)聯(lián)到該數(shù)字檔案。ARCHANGEL采用智能合約技術(shù)搜索相關(guān)元數(shù)據(jù)。上述四個(gè)部分組成一個(gè)新數(shù)據(jù)塊附加到區(qū)塊鏈末尾。

在區(qū)塊鏈中并不保存數(shù)字檔案原文。一是保密，避免泄露檔案內(nèi)容信息。哈希算法是不可逆的單向算法，即不能從哈希值推斷出數(shù)字檔案或其內(nèi)容。二是區(qū)塊鏈不適合存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，數(shù)字檔案尤其是視頻檔案宜存儲(chǔ)在離線鏈接中。

（4）初始檔案轉(zhuǎn)換為存儲(chǔ)檔案。檔案館對(duì)數(shù)字檔案進(jìn)行安全存儲(chǔ)和保存。在這個(gè)過程中會(huì)始終面臨一個(gè)挑戰(zhàn)，即有可能需要轉(zhuǎn)換數(shù)字檔案的格式。初始檔案經(jīng)轉(zhuǎn)換后變成檔案館的存儲(chǔ)檔案，這種轉(zhuǎn)換可能會(huì)有多次。這使得內(nèi)容感知的哈希算法變得更加重要。

在數(shù)字檔案的存儲(chǔ)過程中還可能涉及內(nèi)容更改問題，這在檔案管理尤其是科技檔案管理中是正常情況。如果在存檔多年后更改了檔案內(nèi)容，則需要將數(shù)字檔案更改版本的新哈希值上載至區(qū)塊鏈，并適當(dāng)增加更改原因和執(zhí)行者的元數(shù)據(jù)詳細(xì)說明。

（5）得到存儲(chǔ)檔案哈希值。一段時(shí)間乃至若干年后，當(dāng)需要利用和驗(yàn)證數(shù)字檔案時(shí)，從檔案館讀出存儲(chǔ)檔案，對(duì)其執(zhí)行與進(jìn)館時(shí)相同的哈希運(yùn)算，得到存儲(chǔ)檔案的哈希值。

（6）對(duì)比兩個(gè)哈希值完成內(nèi)容完整性驗(yàn)證。從區(qū)塊鏈中檢索出初始檔案的哈希值，將其與存儲(chǔ)檔案的哈希值進(jìn)行對(duì)比。如果兩個(gè)哈希值完全相同，則說明所存數(shù)字檔案內(nèi)容完整，是可信的數(shù)字檔案;如果兩個(gè)哈希值有一位或一位以上的數(shù)值不相等，則說明所存數(shù)字檔案內(nèi)容完整性遭到破壞。

對(duì)比驗(yàn)證是開放的，只要利用者可以查看檔案原文，就可以借助區(qū)塊鏈驗(yàn)證其內(nèi)容完整性。如果哈希運(yùn)算使用的是專用哈希算法，則利用者還必須向AMIs請(qǐng)求該算法的代碼或網(wǎng)絡(luò)模型等實(shí)例才能進(jìn)行驗(yàn)證[17]。

（7）審計(jì)追蹤。審計(jì)追蹤的內(nèi)容在圖1中并沒有體現(xiàn)。采用區(qū)塊鏈技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)就是所存信息可追溯。通過區(qū)塊鏈平臺(tái)，除了驗(yàn)證數(shù)字檔案中未經(jīng)授權(quán)的改動(dòng)外，對(duì)于任何授權(quán)的改動(dòng)，都有一條透明、可審計(jì)的蹤跡。當(dāng)兩個(gè)哈希值對(duì)比出現(xiàn)不等同的結(jié)果時(shí)，檔案館可以檢索和追溯在區(qū)塊鏈中存儲(chǔ)的哈希值來明確造成內(nèi)容不完整的原因，是技術(shù)故障還是人為篡改。

3.開發(fā)原型系統(tǒng)。ARCHANGEL基于檔案完整性驗(yàn)證架構(gòu)在以太坊公共測(cè)試網(wǎng)（Rinkeby）上實(shí)現(xiàn)了原型桌面系統(tǒng)。系統(tǒng)基于以太坊（Ethereum）的原因在于，它是當(dāng)前較為成熟并在全球應(yīng)用較廣泛的DLT平臺(tái)，既可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，又可以執(zhí)行智能合約。

ARCHANGEL原型系統(tǒng)利用Solidity語言開發(fā)實(shí)現(xiàn)。該語言運(yùn)行在以太坊虛擬機(jī)上，是用于編寫智能合約的面向?qū)ο蟮母呒?jí)編程語言。

如前所述，系統(tǒng)使用TNA開發(fā)的DROID識(shí)別數(shù)字檔案格式。此外，DROID還能識(shí)別創(chuàng)建時(shí)間長短、文件大小、上次更改的時(shí)間。ARCHANGEL設(shè)定其過程是通過基于云的服務(wù)執(zhí)行的。該云服務(wù)通過DROID和內(nèi)容提取來接受數(shù)字檔案上載和運(yùn)行。

圖3[18]是ARCHANGEL原型系統(tǒng)搜索功能的屏幕截圖。利用者可以搜索數(shù)字檔案的GUID、元數(shù)據(jù)或哈希值，以驗(yàn)證其完整性。

ARCHANGEL原型系統(tǒng)目前正處在測(cè)試與反饋階段，正在通過英國、愛沙尼亞、挪威、澳大利亞、美國的國家政府檔案網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行試驗(yàn)。

4.探索用戶需求與公眾態(tài)度。ARCHANGEL的研究非常開放，項(xiàng)目組一直致力于盡可能公開地工作，例如通過開放許可發(fā)布原型系統(tǒng)的所有代碼，在研究過程中與檔案工作者和各界相關(guān)者廣泛交流，目的是全面而深入地探索檔案管理員和最終用戶的用戶需求與公眾的態(tài)度。這是ARCHANGEL的研究內(nèi)容之一。

ARCHANGEL項(xiàng)目研究者認(rèn)為，在過去傳統(tǒng)檔案管理過程中，信任在很大程度上源于檔案機(jī)構(gòu)的聲譽(yù)和地位。而未來，隨著原生數(shù)字檔案增多，信任也要由技術(shù)來維系，尤其是分布式賬本技術(shù)[19]。類似于法庭上對(duì)DNA證據(jù)的接受，哈希值最終可能會(huì)被作為內(nèi)容證據(jù)接受。但是要建立這樣的信任水平，需要強(qiáng)大的、公眾參與的、可訪問的區(qū)塊鏈。公眾必須了解為什么在DLT解決方案中哈希值可以作為完整性的保證[20]。

目前，在英國境內(nèi)的AMIs還沒有數(shù)字檔案驗(yàn)證的先例或判例法。關(guān)于ARCHANGEL技術(shù)平臺(tái)在社會(huì)中的作用有巨大的研究潛力。其研究的發(fā)展不僅與法律有關(guān)，而且與檔案實(shí)踐本身的發(fā)展密切相關(guān)。

三、ARCHANGEL項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的數(shù)字檔案館功能

1.打造檔案的數(shù)字指紋。ARCHANGEL項(xiàng)目研究者認(rèn)為，他們通過標(biāo)準(zhǔn)哈希運(yùn)算和專用哈希運(yùn)算生成的是“國家歷史的數(shù)字指紋”[21]。他們使用人工智能和區(qū)塊鏈為真實(shí)視頻等檔案創(chuàng)建和注冊(cè)防篡改的數(shù)字指紋。指紋可用作參考點(diǎn)去驗(yàn)證在線發(fā)布的視頻或在電視上廣播的視頻的有效性[22]。將這些數(shù)字指紋存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈中，實(shí)質(zhì)上存儲(chǔ)的是“證據(jù)的證據(jù)”[23]。

2.打造檔案區(qū)塊鏈平臺(tái)。ARCHANGEL打造了一種檔案區(qū)塊鏈平臺(tái)，它是由包括若干國家檔案館在內(nèi)的眾多組織維護(hù)的防篡改數(shù)據(jù)庫，使檔案館能夠證明其檔案完整性和出處。該檔案區(qū)塊鏈平臺(tái)由不同學(xué)科、不同國家/地區(qū)的多個(gè)AMI組成，實(shí)施“許可記賬”，從而相互加強(qiáng)彼此數(shù)字檔案完整性。該區(qū)塊鏈?zhǔn)枪娍勺x的，利用者可以隨時(shí)對(duì)檔案館的檔案進(jìn)行公開驗(yàn)證。

3.保障檔案長期真實(shí)性。ARCHANGEL通過打造檔案區(qū)塊鏈平臺(tái)確保數(shù)字檔案在十年乃至一個(gè)世紀(jì)的時(shí)間跨度中的完整性，即ARCHANGEL所打造的是檔案的長期完整性。其“完整性”“不是齊全完整的意思，而是信息未被損害或破壞的特性，是真實(shí)性概念的核心”[24]。所以，ARCHANGEL的目標(biāo)是保障檔案與記憶機(jī)構(gòu)的數(shù)字檔案長期持續(xù)保存并可驗(yàn)證內(nèi)容的真實(shí)性。由于區(qū)塊鏈信息可追溯，數(shù)字檔案自移交進(jìn)檔案館后的全程真實(shí)性變化皆可追溯。

4.打造可信數(shù)字檔案館。ARCHANGEL保障檔案長期真實(shí)性。真實(shí)性是社會(huì)公眾對(duì)檔案館信任的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)檔案管理中的信任建立在檔案機(jī)構(gòu)聲譽(yù)、地位的基礎(chǔ)之上。ARCHANGEL應(yīng)用區(qū)塊鏈?zhǔn)沟帽４嬖跈n案館中的公共檔案可信、不變和可審計(jì)，將信任轉(zhuǎn)變到技術(shù)基礎(chǔ)上。技術(shù)也許永遠(yuǎn)無法完全取代其他形式的信任，但區(qū)塊鏈這樣的技術(shù)能夠增強(qiáng)傳統(tǒng)信任的基礎(chǔ)。ARCHANGEL基于區(qū)塊鏈存證打造可信數(shù)字檔案館。

四、ARCHANGEL項(xiàng)目的啟示

1.可信平臺(tái)。區(qū)塊鏈被稱為“一場(chǎng)信任革命”，它改變了整個(gè)社會(huì)的信用體系。ARCHANGEL項(xiàng)目打造可信數(shù)字檔案館，力圖構(gòu)建區(qū)塊鏈平臺(tái)解決數(shù)字檔案的信任問題。數(shù)字檔案的信任問題是由技術(shù)引發(fā)的，最終有可能通過技術(shù)去解決。ARCHANGEL項(xiàng)目是一項(xiàng)社會(huì)技術(shù)可行性研究項(xiàng)目。技術(shù)機(jī)構(gòu)、檔案機(jī)構(gòu)與終端用戶共同創(chuàng)建和評(píng)估一種新型的可信的區(qū)塊鏈平臺(tái)。通過原型試驗(yàn)明確在可信任的分布式技術(shù)環(huán)境下如何開展檔案實(shí)踐，維護(hù)檔案內(nèi)容的真實(shí)性，探索服務(wù)的可持續(xù)模式以及公眾的態(tài)度，從而建成開放利用的、可信的公共數(shù)字檔案館。

2.去中心化。在傳統(tǒng)的檔案管理中，檔案館（室）是中心的、權(quán)威的機(jī)構(gòu)，維系著檔案的真實(shí)與完整。社會(huì)公眾對(duì)檔案的信任很大程度上源于對(duì)檔案機(jī)構(gòu)的信任。數(shù)字檔案出現(xiàn)后采取的數(shù)字簽名、可信時(shí)間戳等防篡改技術(shù)，在檔案機(jī)構(gòu)之外又附加了CA（Certificate Authority）認(rèn)證機(jī)構(gòu)、聯(lián)合信任時(shí)間戳服務(wù)中心（Time Stamp Authority，簡稱TSA）等機(jī)構(gòu)，通過各種權(quán)威機(jī)構(gòu)共同維系檔案的真實(shí)與完整。對(duì)檔案的信任始終是一種圍繞一個(gè)或幾個(gè)機(jī)構(gòu)為中心的信任。ARCHANGEL用區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)的是一種去中心化的信任模式，建立起基于技術(shù)的信任。ARCHANGEL仍然需要大量的機(jī)構(gòu)參與，但其信任邏輯“在主體上不再局限于中心化的保管機(jī)構(gòu)，而是通過多個(gè)非利益相關(guān)方之間的制約和協(xié)同來構(gòu)建信任體系”[25]。

3.共同治理。區(qū)塊鏈的本質(zhì)是一個(gè)去中心化的分布式賬本系統(tǒng)。在去中心化的結(jié)構(gòu)體系中，系統(tǒng)的各個(gè)參與方地位平等。共識(shí)機(jī)制是區(qū)塊鏈技術(shù)的核心。ARCHANGEL通過共識(shí)機(jī)制確立“許可記賬”。在ARCHANGEL打造的檔案區(qū)塊鏈平臺(tái)中，基于以太坊執(zhí)行智能合約。智能合約經(jīng)其腳本代碼預(yù)置業(yè)務(wù)規(guī)則，表明業(yè)務(wù)邏輯，并實(shí)現(xiàn)合約的自動(dòng)執(zhí)行。在這樣的背景下，采用區(qū)塊鏈存證及驗(yàn)證數(shù)字檔案的真實(shí)性，是對(duì)檔案管理的根本改變，將以往純粹的管理變成了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的協(xié)作互動(dòng)、相互制約與共同治理。“區(qū)塊鏈為檔案館提供了一種強(qiáng)調(diào)彼此信任的方式，從而引入了一種全新的檔案館集體防御形式”，在這種共同治理中，“檔案館與國內(nèi)外其他遺產(chǎn)組織之間互動(dòng)的能力和意愿是其成功的關(guān)鍵”[26]。

五、ARCHANGEL項(xiàng)目的未來發(fā)展

ARCHANGEL指明了可信數(shù)字檔案館發(fā)展的一種方向，但其目前處在原型系統(tǒng)開發(fā)和測(cè)試階段，離真正的實(shí)用還有一段距離。其未來還準(zhǔn)備研究和解決一系列問題。例如：智能合約使用問題，目前智能合約只用于寫入?yún)^(qū)塊鏈的關(guān)口，未來還要探索在搜索或驗(yàn)證中的使用[27];全面可信問題，目前所驗(yàn)證的檔案完整性只是“檔案信任概念中的一個(gè)方面，除此之外還包括內(nèi)容準(zhǔn)確性、來源可靠性等多個(gè)方面”[28];技術(shù)的長壽問題，DLT是一項(xiàng)相對(duì)較新的技術(shù)，雖正在發(fā)展但遠(yuǎn)未成熟[29];……每一個(gè)問題的解決都將是ARCHANGEL向可信數(shù)字檔案館邁出的堅(jiān)實(shí)一步。

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