GeoSatoshi：地理空間數據區塊鏈

時間 2019-11-07

原文原文鏈接

GeoSatoshi：地理空間數據區塊鏈

翻譯未盡準確，爲了確保原文觀點不致誤解，轉載請附如下信息：
- 翻譯：openthings，2018年5月8日，http://www.javashuo.com/article/p-etgwrugj-dm.html。
- 發佈日期: 2018 年 4 月 2 日 Mark Seibel，Mark Seibel - mseibel@gmail.com
- 英文來源，http://www.javashuo.com/article/p-yhoipjrr-hh.html

摘要. 一個純粹的端到端開源生態系統容許地理空間數據的整合、存儲和分發。區塊鏈技術提供這一解決方案的一部分，但這一系統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這一系統。地理空間信息社區提出的這一建議，是一個創建於區塊鏈技術之上的數字商業系統，將鼓勵和促進高質量地理空間數據的創建。爲了激勵高質量的數據，做者和瀏覽者都被使用生態系統的GeoSatoshi數字幣予以獎勵。使用區塊鏈技術解決了幾個地理空間數據的問題：可訪問性, 中心化權屬和全球可負擔。瀏覽數據是免費的，以促進數據開放訪問，可是下載 features 要求 GeoSatoshi coin做爲貨幣同樣支付。匿名特徵被建議，用於減小來自可怕威脅的強制的影響，促進非傳統但符合道德的方法的數據收集。經過區塊鏈方法，數據不是發送，而經過key訪問。建議的系統使用數字貨幣來鼓勵機構公開本身的私有數據從而在更大的範圍造福於地理空間數據社區。node

1. 簡介

地理空間數據包含解決咱們這個世界面臨的環境問題的關鍵鑰匙。對於全球的科學家和工程師來講，數據能夠檢索和訪問是相當重要的。一個明顯的問題是，地理空間數據散落在互聯網的各個角落，包括公共的和私有的存儲空間。數據持續地在大型組織機構級別被內部構建，但沒有技術將數據整合和將使用者鏈接起來。數據庫

爲了解決數據碎片化問題，現代的方法努力將其整合爲一箇中心化的空間數據庫。各類組織投資於人力、硬件和軟件，可是結果系統和數據卻侷限於本機構內部的訪問。這種投資行爲將有價值和需求的數據隔離於巨大的地理空間信息社區以外。這種企業級空間數據庫解決了組織內部的數據整合問題，但對於全球地理空間信息社區的更大的目標須要開放的數據存取來講倒是失敗的。安全

咱們須要一個整合和分發高質量地理空間數據的系統，創建在加密可信的社區基礎之上，對於信任方不須要中心化和擁有數據。這個項目期待可以快速增加，可以將多年公開可用的數據集存儲在區塊鏈上。優於傳統的交易系統，這一輩子態系統爲地理空間信息社區建立了一個空間，能夠交換和建立高質量的數據，可是在一個去中心化的、可伸縮的公共存儲系統之上。服務器

2. 爲GIS用戶而生的生態系統

建議方案是一個無信任的生態系統，無中心化的受權，鼓勵社區用戶相互之間經過加密信任機制進行交互。構建地理空間數據的請求經過GeoSatoshi數字幣方式來提交。這建立了一個去中心化和安全的空間，容許進行地理空間數據經過數字貨幣的開放交換。經過建議的內置兩層質量控制機制，確保區塊鏈上的數據的完整性。GeoSatoshi數字幣的使用同時設計爲鼓勵機構出售本身的私有數據到社區，經過區塊鏈系統和數據貨幣來進行。網絡

3. 地理空間特徵（Geospatial Features）

地理信息區塊鏈的主要資產是地理空間特徵對象（geospatial feature）。咱們定義地理空間特徵爲點、線和多邊形，並帶有屬性和值。GeoJSON是區塊鏈上存儲的建議格式。屬於某一GIS層的特徵將使用屬性值於該層關聯。拓撲邏輯信息建議存儲在每個特徵之中，拓撲關係在應用層進行強制實現。特徵級別的交易簡化了社區用戶的數據交易和數據共享。特徵對象能夠經過區塊鏈發送給用戶，不須要物理上傳送大量數據，好比傳統的email方式。架構

4. 交易（Transactions）

咱們定義電子貨幣做爲用於加密交易的加密工做的成果 (Nakamoto, 2). 交易發生在特徵級別並要求使用 GeoSatoshi coin數字貨幣。區塊鏈解決了GeoSatoshi coin數字貨幣的「雙花」問題和地理空間特徵的雙重出售問題。區塊鏈的去中心化特性提供了不須要中心化受權的特徵交易能力。特徵交易經過區塊鏈上的錢包、交易所等應用軟件來進行。app

提交到區塊鏈上的數據應該是高質量的，不然該項目將失敗。爲了追求質量，該項目提出了一個兩層質量控制系統。該系統經過質量數據的強化幫助社區加強地理信息區塊鏈。The proposed system allows the community to help strengthen its own geoblockchain by participating in the enforcement of quality data. 這些建議機制容許社區成員經過強化提交給區塊鏈的質量標準而增長其數字幣的價值。分佈式

從區塊鏈下載地理特徵是須要花費GeoSatoshi coin的交易。上傳數據到區塊鏈提議經過兩部校驗過程。首先，建立的數據提交到level 1數據池。而後，系統的其餘用戶（可能知道數據建立者，也可能不知道）對level 1的數據瀏覽審閱。若是數據建立者沒有對該工做選擇的審閱這，則予以推薦。確認後的level 1 數據提交到 level 2 數據池, 隨機選擇使用這進行最終質量控制。建議採用隨機方法反共謀以保護社區用戶。隨機用戶選擇的方法，在網絡中被設計爲阻止合謀攻擊者，經過建立低質量數字貨幣或者摧毀帶有錯誤數據的項目的方法實現。區塊鏈

交易匿名是建議的選項，用以保護生態系統的使用者。最終提交的複查數據者不能匿名，由於他們負責出發對建立數據者、結對審閱者的支付。The system can be gamed if anonymous poor-quality work is being created and submitted for other anonymous users to approve for coin payment.加密

5. Timestamp Server（時間戳）, Proof-of-Work（工做量證實）和 Network（網絡）

「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). 該過程構建了區塊鏈，經過鎖定帶有加密的Hash值的塊來實現。

一個分佈式的時間戳服務器能夠被戰勝，若是攻擊者聚集了足夠多的算力使網絡跟隨攻擊者的鏈路而偏離正常的鏈路。「To implement a distributed timestamp server on a peer-to-peer basis, we will need to use a proof-of-work system」 (Nakamoto, 3)。

工做證實系統（proof-of-work system）保持正常節點的連接而且聰明地抵禦攻擊。「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的計算顯示 (Nakamoto, 6-7)，攻擊者建立攻擊鏈取代正常鏈的難度將呈指數級增加。

6. 激勵機制

提出了一個激勵系統，用於獎勵使用者社區爲高質量數據而工做，以及激勵機構提交私有數據到區塊鏈讓社區能夠訪問使用。在社區之中，系統使用基於數字貨幣的獎勵系統提交高質量的地理空間數據到區塊鏈。獎勵結構劃分權重，建立者、 level 1 審閱者和最終審閱者分別獲得60%,、15%和25% 。獎勵的機制建議鼓勵私營部門貢獻私有數據到區塊鏈，經過數字貨幣進行交易，從而地理空間社區能夠獲得更多的私有數據可用。

工做量證實（Proof-of-work）是實現安全交易交易、構建區塊鏈的方法，經過GPU挖礦的方式建立社區數字貨幣。挖礦（GPU mining）是建議的工做量證實的方法, 要求地理空間信息軟件使用者採用高端圖形卡和工做站使用。這種狀況下，對於使用GPU進行區塊鏈工做量著名的用戶是一個很好的匹配。GPU mining主張經過ASIC mining進行，從而容許更多的社區成員參與進來，最小化使用者的資本投入。

這兩種建議的激勵機制爲使用者提供了一種方法，能夠在不進行大量投入的狀況下賺取數字貨幣。這一激勵機制對全部社區成員都是公平的，不管他們的社會經濟情況如何。所建議的系統將不會去解決在使用者沒法負擔存取數據的金融投入狀況下的數據不可訪問的問題。該項目在任什麼時候候，若是被發現來自社區的數據限制，項目都將被從新設計或者放棄，若是達成將地理空間數據帶到使用者手中從而改進咱們的生活和這個星球的目標未達成。（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（機構節點託管）

機構一般具備GIS專業集羣，以及分佈全球的GIS用戶。中心化的空間數據庫做爲企業級的配置，用於客戶端軟件的訪問。歷史上，機構已經投入大量資本去採集和構建地理空間數據。不管是公共的或是私有的機構，都在地理空間數據的開發者扮演重要的角色, 機構將被看做爲本項目的同盟。

當機構託管了一個節點，將成爲網絡中的一個對等節點（peer node）。機構沒有權力控制這個節點，如將這個節點啓用或關閉。若是他們不遵照約定的行爲，社區生態系統將會排除這個節點。機構經過這個節點向社區提供資源從而加強整個網絡，從而從中獲益。

機構的獲益將是對高質量的數據的更快的訪問，而沒必要花費昂貴的費用來維護其數據服務器。這可能須要較長的時間下載地理空間數據，由於其潛在總量較爲龐大。本地節點託管能夠極大地獲益，由於能夠減小較慢的互聯網訪問。

8. Simplified Payment Verification（簡化支付校驗）, Combining and Splitting Value（價值分割與合併）, Privacy & Hostile Takeovers（隱私與惡意接管）

這一提議的生態系統採用Nakamoto的成功一樣的特色：簡化支付校驗, 合併和分割價值，隱私。簡化支付校驗須要檢查是否鏈上是否運行全能節點(Nakamoto, 5)，這經過使用頭信息來完成。與其經過系統每一分一分地轉移處理，價值能夠分割和合並 (Nakamoto, 5). 隱私機制容許每個人看到每一筆交易，可是沒法得知交易地址究竟是誰 (Nakamoto, 6)。這一輩子態系統傾向於構建一個社區，所以隱私機制只是用於使用者須要保護他們本身的場合。 Nakamoto的白皮書在建議的基礎架構下計算了網絡攻擊者的勝算機率 (Nakamoto, 5-8). 攻擊者的最佳方式是經過網絡，這將要求攻擊者可以建立出正常鏈要強大的多的算力鏈(Nakamoto, 6)。

9. 結語

爲了推進地理空間數據的將來發展，本文提出了一個去中心化的、安全的、社區驅動的全球地理空間數據存儲系統。中心化的空間數據庫已經服務於社區得很好，並在未來仍將扮演重要的角色。區塊鏈技術將地理空間數據存儲安全地擴展到全球尺度，並且不須要集中化的受權。區塊鏈技術解決了不少地理空間數據存儲的問題：數據整合，公共存儲和訪問，私有/公共訪問轉換，特徵的版本跟蹤，數據向用戶提交，特殊數據的存儲、備份的透明性和資本投入等等。

地理空間數據交換的主張貫穿於整個生態系統, 帶來對社區用戶最主要的價值。系統提出，採用成員間使用 GeoSatoshi coin數字貨幣的方式構建須要的數據。 GeoSatoshi coin一樣被用於激勵機構貢獻本身的私有數據到地理數據區塊鏈給社區使用。提出了一個兩層的質量控制系統用於促進地理數據區塊鏈上的高質量的數據生成。

GIS社區已經有不少有效的開放源代碼社區，有大量的高質量的開源軟件使用地理空間數據。GIS軟件在全球可用，可是地理空間數據卻很難獲取，甚至缺失。區塊鏈技術是可以推進GIS社區向前發展的一項新的技術。