GeoSatoshi：地理空间数据区块链

GeoSatoshi：地理空间数据区块链

• 翻译未尽准确，为了确保原文观点不致误解，转载请附如下信息：
  • 翻译：openthings，2018年5月8日，http://www.javashuo.com/article/p-etgwrugj-dm.html。
  • 发布日期: 2018 年 4 月 2 日 Mark Seibel，Mark Seibel - mseibel@gmail.com
  • 英文来源，http://www.javashuo.com/article/p-yhoipjrr-hh.html

摘要.   一个纯粹的端到端开源生态系统容许地理空间数据的整合、存储和分发。区块链技术提供这一解决方案的一部分，但这一系统的主要部分是缺失的，即若是信任的第三方被要求管理和控制这一系统。 地理空间信息社区提出的这一建议，是一个创建于区块链技术之上的数字商业系统，将鼓励和促进高质量地理空间数据的创建。 为了激励高质量的数据，做者和浏览者都被使用生态系统的GeoSatoshi数字币予以奖励。 使用区块链技术解决了几个地理空间数据的问题：可访问性, 中心化权属和全球可负担。浏览数据是免费的，以促进数据开放访问，可是下载 features 要求 GeoSatoshi coin做为货币同样支付。匿名特征被建议，用于减小来自可怕威胁的强制的影响，促进非传统但符合道德的方法的数据收集。经过区块链方法，数据不是发送，而经过key访问。建议的系统使用数字货币来鼓励机构公开本身的私有数据从而在更大的范围造福于地理空间数据社区。

 

1. 简介

地理空间数据包含解决咱们这个世界面临的环境问题的关键钥匙。对于全球的科学家和工程师来讲，数据能够检索和访问是相当重要的。 一个明显的问题是，地理空间数据散落在互联网的各个角落，包括公共的和私有的存储空间。数据持续地在大型组织机构级别被内部构建，但没有技术将数据整合和将使用者链接起来。

为了解决数据碎片化问题，现代的方法努力将其整合为一个中心化的空间数据库。各类组织投资于人力、硬件和软件，可是结果系统和数据却局限于本机构内部的访问。这种投资行为将有价值和需求的数据隔离于巨大的地理空间信息社区以外。 这种企业级空间数据库解决了组织内部的数据整合问题，但对于全球地理空间信息社区的更大的目标须要开放的数据存取来讲倒是失败的。

咱们须要一个整合和分发高质量地理空间数据的系统，创建在加密可信的社区基础之上，对于信任方不须要中心化和拥有数据。 这个项目期待可以快速增加，可以将多年公开可用的数据集存储在区块链上。优于传统的交易系统，这一辈子态系统为地理空间信息社区建立了一个空间，能够交换和建立高质量的数据，可是在一个去中心化的、可伸缩的公共存储系统之上。

2. 为GIS用户而生的生态系统

建议方案是一个无信任的生态系统，无中心化的受权， 鼓励社区用户相互之间经过加密信任机制进行交互。构建地理空间数据的请求经过GeoSatoshi数字币方式来提交。这建立了一个去中心化和安全的空间，容许进行地理空间数据经过数字货币的开放交换。经过建议的内置两层质量控制机制，确保区块链上的数据的完整性。GeoSatoshi数字币的使用同时设计为鼓励机构出售本身的私有数据到社区，经过区块链系统和数据货币来进行。

3. 地理空间特征（Geospatial Features）

地理信息区块链的主要资产是地理空间特征对象（geospatial feature）。咱们定义地理空间特征为点、线和多边形，并带有属性和值。GeoJSON是区块链上存储的建议格式。属于某一GIS层的特征将使用属性值于该层关联。拓扑逻辑信息建议存储在每个特征之中，拓扑关系在应用层进行强制实现。特征级别的交易简化了社区用户的数据交易和数据共享。特征对象能够经过区块链发送给用户，不须要物理上传送大量数据，好比传统的email方式。

4. 交易（Transactions）

咱们定义电子货币做为用于加密交易的加密工做的成果 (Nakamoto, 2). 交易发生在特征级别并要求使用 GeoSatoshi coin数字货币。区块链解决了GeoSatoshi coin数字货币的“双花”问题和地理空间特征的双重出售问题。区块链的去中心化特性提供了不须要中心化受权的特征交易能力。特征交易经过区块链上的钱包、交易所等应用软件来进行。

提交到区块链上的数据应该是高质量的，不然该项目将失败。为了追求质量，该项目提出了一个两层质量控制系统。该系统经过质量数据的强化帮助社区加强地理信息区块链。The proposed system allows the community to help strengthen its own geoblockchain by participating in the enforcement of quality data. 这些建议机制容许社区成员经过强化提交给区块链的质量标准而增长其数字币的价值。

从区块链下载地理特征是须要花费GeoSatoshi coin的交易。上传数据到区块链提议经过两部校验过程。首先，建立的数据提交到level 1数据池。而后，系统的其余用户（可能知道数据建立者，也可能不知道）对level 1的数据浏览审阅。若是数据建立者没有对该工做选择的审阅这，则予以推荐。确认后的level 1 数据提交到 level 2 数据池, 随机选择使用这进行最终质量控制。 建议采用随机方法反共谋以保护社区用户。随机用户选择的方法，在网络中被设计为阻止合谋攻击者， 经过建立低质量数字货币或者摧毁带有错误数据的项目的方法实现。

交易匿名是建议的选项，用以保护生态系统的使用者。最终提交的复查数据者不能匿名，由于他们负责出发对建立数据者、结对审阅者的支付。The system can be gamed if anonymous poor-quality work is being created and submitted for other anonymous users to approve for coin payment.

5. Timestamp Server（时间戳）, Proof-of-Work（工做量证实） 和 Network（网络）

“The timestamp proves that the data must have existed at that [published broadcast] time, obviously, in order to get the hash. Each timestamp includes the previous timestamp in its hash, forming a chain, with each additional timestamp reinforcing the ones before it.” (Nakamoto, 2). 该过程构建了区块链，经过锁定带有加密的Hash值的块来实现。

一个分布式的时间戳服务器能够被战胜，若是攻击者聚集了足够多的算力使网络跟随攻击者的链路而偏离正常的链路。 “To implement a distributed timestamp server on a peer-to-peer basis, we will need to use a proof-of-work system” (Nakamoto, 3)。

工做证实系统（proof-of-work system）保持正常节点的连接而且聪明地抵御攻击。“If a majority of CPU power is controlled by honest nodes, the honest chain will grow the fastest and outpace any competing chains. To modify a past block, an attacker would have to redo the proof-of-work of the block and all blocks after it and then catch up with and surpass the work of the honest nodes.” 正如Nakamoto的计算显示 (Nakamoto, 6-7)，攻击者建立攻击链取代正常链的难度将呈指数级增加。

6. 激励机制

提出了一个激励系统，用于奖励使用者社区为高质量数据而工做，以及激励机构提交私有数据到区块链让社区能够访问使用。在社区之中，系统使用基于数字货币的奖励系统提交高质量的地理空间数据到区块链。 奖励结构划分权重，建立者、 level 1 审阅者和最终审阅者分别获得60%,、15%和25% 。 奖励的机制建议鼓励私营部门贡献私有数据到区块链，经过数字货币进行交易，从而地理空间社区能够获得更多的私有数据可用。

工做量证实（Proof-of-work）是实现安全交易交易、构建区块链的方法，经过GPU挖矿的方式建立社区数字货币。 挖矿（GPU mining）是建议的工做量证实的方法, 要求地理空间信息软件使用者采用高端图形卡和工做站使用。这种状况下，对于使用GPU进行区块链工做量著名的用户是一个很好的匹配。GPU mining主张经过ASIC mining进行，从而容许更多的社区成员参与进来，最小化使用者的资本投入。

这两种建议的激励机制为使用者提供了一种方法，能够在不进行大量投入的状况下赚取数字货币。这一激励机制对全部社区成员都是公平的，不管他们的社会经济情况如何。所建议的系统将不会去解决在使用者没法负担存取数据的金融投入状况下的数据不可访问的问题。 该项目在任什么时候候，若是被发现来自社区的数据限制，项目都将被从新设计或者放弃，若是达成将地理空间数据带到使用者手中从而改进咱们的生活和这个星球的目标未达成。（If at any point the project is found to be restricting data from the community, the project should be redesigned  or abandoned as the main purpose of the project is to put geospatial data in the hands of those who can improve lives or our planet.）

7. Organizational Node Hosting（机构节点托管）

机构一般具备GIS专业集群，以及分布全球的GIS用户。中心化的空间数据库做为企业级的配置，用于客户端软件的访问。历史上，机构已经投入大量资本去采集和构建地理空间数据。不管是公共的或是私有的机构，都在地理空间数据的开发者扮演重要的角色, 机构将被看做为本项目的同盟。

当机构托管了一个节点，将成为网络中的一个对等节点（peer node）。机构没有权力控制这个节点，如将这个节点启用或关闭。若是他们不遵照约定的行为，社区生态系统将会排除这个节点。机构经过这个节点向社区提供资源从而加强整个网络，从而从中获益。

机构的获益将是对高质量的数据的更快的访问，而没必要花费昂贵的费用来维护其数据服务器。 这可能须要较长的时间下载地理空间数据，由于其潜在总量较为庞大。本地节点托管能够极大地获益，由于能够减小较慢的互联网访问。  

8. Simplified Payment Verification（简化支付校验）, Combining and Splitting Value（价值分割与合并）, Privacy & Hostile Takeovers（隐私与恶意接管）

这一提议的生态系统采用Nakamoto的成功一样的特色：简化支付校验, 合并和分割价值，隐私。简化支付校验须要检查是否链上是否运行全能节点(Nakamoto, 5)，这经过使用头信息来完成。与其经过系统每一分一分地转移处理，价值能够分割和合并 (Nakamoto, 5). 隐私机制容许每个人看到每一笔交易，可是没法得知交易地址究竟是谁 (Nakamoto, 6)。这一辈子态系统倾向于构建一个社区，所以隐私机制只是用于使用者须要保护他们本身的场合。 Nakamoto的白皮书在建议的基础架构下计算了网络攻击者的胜算几率 (Nakamoto, 5-8). 攻击者的最佳方式是经过网络，这将要求攻击者可以建立出正常链要强大的多的算力链(Nakamoto, 6)。

9. 结语

为了推进地理空间数据的将来发展，本文提出了一个去中心化的、安全的、社区驱动的全球地理空间数据存储系统。中心化的空间数据库已经服务于社区得很好，并在未来仍将扮演重要的角色。区块链技术将地理空间数据存储安全地扩展到全球尺度，并且不须要集中化的受权。区块链技术解决了不少地理空间数据存储的问题：数据整合，公共存储和访问，私有/公共访问转换，特征的版本跟踪，数据向用户提交，特殊数据的存储、备份的透明性和资本投入等等。

地理空间数据交换的主张贯穿于整个生态系统, 带来对社区用户最主要的价值。系统提出，采用成员间使用 GeoSatoshi coin数字货币的方式构建须要的数据。 GeoSatoshi coin一样被用于激励机构贡献本身的私有数据到地理数据区块链给社区使用。提出了一个两层的质量控制系统用于促进地理数据区块链上的高质量的数据生成。

GIS社区已经有不少有效的开放源代码社区，有大量的高质量的开源软件使用地理空间数据。GIS软件在全球可用，可是地理空间数据却很难获取，甚至缺失。区块链技术是可以推进GIS社区向前发展的一项新的技术。

 

参考:

Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System; Satoshi Nakamoto