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新型智慧城市中的可信任机理研究
《华东科技》     发布时间:2021-07-28 13:51    

新型智慧城市作为我国城市现代化和信息化的最新产物,具有很高的科学价值和经济价值。为构建人机物有机融合的新型智慧城市,需要可信智能系统服务的支撑,但城市环境的复杂多变,导致了人机物可信管控困难,对精准决策、数据共享及隐私保护带来了严峻挑战。面对复杂多变的城市环境,为保障新型智慧城市中由内而外的安全可信,可信任技术成为新型智慧城市快速发展和成功应用中必不可少的一环。

在全球信息化和现代化快速发展的背景下,新型智慧城市成为未来城市建设的重点方向,受到海内外多国政府和企业的高度重视。新型智慧城市以各种基础设施建设为基础,系统地结合各种以计算机技术为基础的信息通信技术,实现对城市内各种设施的高效管控,促进基础设施的智能化,实现对社会管理的精确化和高效化,最终形成一个基础设施高度契合,高度智能、安全高效的城市共同体 。因此,构建人机物有机融合的新型智慧城市,对于提高社会生产、生活品质具有重要的现实和科学意义。

但是,对于智慧城市来说,所面临的环境复杂多变,导致对新型智慧城市中基础设施的可信管控带来了一定困难,同时新型智慧城市有关设施的准确管控、基础设施之间的数据共享、敏感信息的隐私保护衍生出一系列的严峻挑战 。总体来说,为保证新型智慧城市在安全可信的条件下成功应用和快速发展,其面临的共性关键问题主要是以下两个方面:一是如何保障适用于各种基础设施的复杂应用安全可信技术与新型智慧城市中终端平台轻量级需求的平衡;二是面对新型智慧城市中多种基础设施下物联数据复杂高维、多源异构及动态开放,如何解决在新型智慧城市下实现对多种基础设施的智能化准确分析,并下发安全高效的决策问题。

为解决新型智慧城市所面临的两个共性困难问题,本文将从四个方面对新型智慧城市的构建进行介绍。另外,考虑到新型智慧城市是多种学科、领域交叉的应用场景,本文将从上层建筑对其进行综合介绍,围绕安全可信管控,分析新型智慧城市中的可信任机理研究。

智慧城市中基础设施的系统建模、协同与评估

对于智慧城市来说,众多复杂多样的基础设施是智慧城市成功运行的基础。但是,多源异构的基础设施因其自身结构不一、安全防护措施繁琐,面对智慧城市中系统化、极端化的安全威胁,难以保障城市中基础设施的安全可信。

为保证基础设施的安全可信,我们可以借助多种可信任机制来实现。针对新型智慧城市人机物融合需求,可以结合可信计算和语义模型,构建适用于智慧城市中分布式协同的人机物系统可信任机制。关于智慧城市中多种基础设施安全性不足的问题,对于智慧城市外部安全威胁问题,可以借助可信任体系中的旁路机制和安全风险场景,建立基于可信计算的安全风险防范措施;对于智慧城市的内部安全问题,可以借助可信度量机制,实现对智慧城市中人、机、物三者的多维可信评估,构建智慧城市中自身的安全防线。


智慧城市的群智能协同决策

智慧城市是一个大规模开放共同体,包含众多的基础设施,这就造成数据类型、结构的多样性,给智慧城市中多个基础设施的无障碍联合带来了一定的挑战。为解决智慧城市中的设施异构问题,可以以物联网多元异构模型为核心,建立智慧城市中大规模开放环境的系统可信构造方案。同时,面对智慧城市中的智能化系统,可以借助区块链、可信计算等技术,构建面向复杂海量数据驱动的可信协同训练模型,在基于区块链的数据虚拟共用上,强化基础设施在数据维度受限情况下的自学习、自适应和自演化能力,推动基础设施智能决策下的弹性建设。


面向多元异构数据的数据聚合

针对新型智慧城市中数据交互频繁,且结构复杂多样,容易造成数据之间存在质量差、冗余度高等状况,我们可以借助数据聚合技术体系,在隐私保护的基础上,实现对多源异构数据的有效聚合,并以可信计算和组合安全理论为基础,为海量的多源异构数据之间的数据融合和智能聚合提供可信、安全的运行环境。在基础设施接收到聚合数据之后,可以实现对原始数据的重构,从而极大地提升智慧城市中的数据通信速度。

智慧城市中可信智能服务

大规模开放的智慧城市中服务众多,为保证数据之间的安全可信传输,可在智慧城市中建立可信域,并针对其各个基础设施之间建立互信网络,最终形成可信共同体。在智慧城市中,为保证数据全生命周期的安全,可以借助可信计算技术对数据进行全方位安全管控。在数据生成阶段,可通过信任度量机制实现对于基础设施的信任度量;在数据传输阶段,采用可信任链传递机制,实现数据在传递过程中的安全可信;在数据接收阶段,可以借助数据回溯功能,在发现危险数据的情况下,实现对数据的有效追溯和问责,最终实现对智慧城市可信智能服务的安全可信保证。

城市是复杂的社会生态系统,将智慧城市系统建设和物联网进行深度关联、规律发现和决策生成,需要梳理城市智能系统的要素模式来精准化系统服务需求、建立多智体系统可信构造、确保在开放环境下的安全智能城市协同决策。面向新型城市智能系统动态可信及人机物融合需求,融合边缘计算、区块链、多智体决策分析等技术,构建支持多域异构资源共享与开放式服务的新型物联网体系架构,突破动态可信认证、多智体系统决策、数据非共享聚合等关键技术,建设城市智能系统物联网可信体系迫在眉睫。要研究基于多方信任模型的动态可信认证技术,增强实体认证时的互通互操作性,在可信域内的各个实体之间建立互信网络,形成可信社区。要研究可信社区动态不确定环境下的多智能体决策模型,根据智能体的差异化实现社区资源智能分配及服务智能组合,形成可信智慧社区。要研究智慧社区数据可信聚合共享技术,提升时空约束下数据聚合的质量,在数据共享过程中实现源头可信、可溯及隐私保护。还要研制智慧民生众包服务平台、消费者隐私保护和商品安全防伪服务平台,实现“社区环境-智能服务-城市管理”有机融合。

目前,城市的正常运转需要各基础设施的支持,而作为未来城市发展目标的智慧城市,旨在提高各类基础设施的利用率,这对于我国抢占全球科技领先具有重要的战略意义。同时,对于智慧城市来说,在极大调动各类资源利用率的同时,将节省相对于目前城市正常运作下的大量资源,这对于建设我国成为可持续发展国家具有极大的促进作用。另一方面,在基础设施应用上,我国经历了十余年基础设施建设,在整体信息化建设上取得了一定的应用成果;在智慧城市标准化方面,我国在推进智慧城市方面奠定了坚实的基础。综上,适用于我国的新型智慧城市建设和应用将成为我国实现与其他国家的弯道超车技术,未来的战略意义和应用前景不可估量。

(注:一并致谢参与本文撰写、修改、审校过程的专家、学者和其他工作人员。)


(本文作者公备就职于北京工业大学信息学部,张雷就职于同济大学交通运输工程学院)


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