區(qū)塊鏈技術(shù)及其在鐵路行業(yè)的典型應(yīng)用研究

李 平，張曉棟，郭 悅，謝 鵬

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100081；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081）

當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革席卷全球，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)不斷涌現(xiàn)和快速滲透，數(shù)字經(jīng)濟(jì)正深刻地改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。區(qū)塊鏈作為一項(xiàng)顛覆性技術(shù)正在推動(dòng)全球從“信息互聯(lián)網(wǎng)”向“價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)”變遷。區(qū)塊鏈應(yīng)用有望為實(shí)體經(jīng)濟(jì)“降成本”“提效率”，助推傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

鐵路運(yùn)輸作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈和大眾化交通運(yùn)輸工具，歷經(jīng)多年信息化建設(shè)，取得了顯著成效，建立了一體化信息集成平臺(tái)和覆蓋客貨服務(wù)、經(jīng)營(yíng)管理、調(diào)度指揮、安全監(jiān)控等領(lǐng)域的多個(gè)業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)，并基于海量數(shù)據(jù)資產(chǎn)，開展了大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，為開展區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用積累了充分的技術(shù)基礎(chǔ)。與此同時(shí)，我國(guó)鐵路也面臨著新形勢(shì)下降本增效等方面的挑戰(zhàn)。鐵路系統(tǒng)規(guī)模龐大、業(yè)務(wù)鏈條長(zhǎng)、涉及領(lǐng)域眾多，利用區(qū)塊鏈技術(shù)可以降低監(jiān)督和管理成本[1]，有利于降低鐵路乃至全社會(huì)的客貨運(yùn)輸總體成本，推進(jìn)新時(shí)期鐵路高質(zhì)量發(fā)展。

本文詳細(xì)介紹區(qū)塊鏈技術(shù)的定義、特征與關(guān)鍵技術(shù)，分析區(qū)塊鏈技術(shù)的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀，提出在鐵路大數(shù)據(jù)共享、“一帶一路”鐵路貨運(yùn)物流等典型場(chǎng)景的區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用方案，并且給出了鐵路區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)建議。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)的定義、特征與關(guān)鍵技術(shù)

1.1 區(qū)塊鏈定義與分類

區(qū)塊鏈（Blockchain）技術(shù)起源于2008年由化名為“中本聰”（Satoshi Nakamoto）的學(xué)者的奠基性論文《Bitcoin: A peer-to-peer electronic cash system》[2]。區(qū)塊鏈的定義可以從狹義和廣義兩個(gè)方面進(jìn)行闡述。

狹義的區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N按照時(shí)間順序?qū)?shù)據(jù)區(qū)塊以順序相連的方式組合成的鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以密碼學(xué)方式保證數(shù)據(jù)不可篡改、不可偽造，具有去中心化特征。廣義的區(qū)塊鏈?zhǔn)抢眉用芗夹g(shù)來驗(yàn)證與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，利用分布式共識(shí)算法來新增和更新數(shù)據(jù)，利用運(yùn)行在區(qū)塊鏈上的代碼，即智能合約，來保證業(yè)務(wù)邏輯自動(dòng)強(qiáng)制執(zhí)行的全新的多中心化基礎(chǔ)架構(gòu)與分布式計(jì)算范式。

區(qū)塊鏈根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中心化程度可劃分為3種基本類型。

（1）公有鏈。無官方組織及管理機(jī)構(gòu)，無中心服務(wù)器，呈現(xiàn)完全的去中心化特性。參與節(jié)點(diǎn)按照系統(tǒng)規(guī)則自由接入網(wǎng)絡(luò)、不受控制，節(jié)點(diǎn)間基于共識(shí)機(jī)制開展工作。

（2）私有鏈。某個(gè)企業(yè)內(nèi)部建立，系統(tǒng)運(yùn)作規(guī)則需根據(jù)企業(yè)要求進(jìn)行設(shè)定，修改、讀取等權(quán)限僅限于少數(shù)節(jié)點(diǎn)，保留部分去中心化特性。

（3）聯(lián)盟鏈。若干機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)起，介于公有鏈和私有鏈之間，兼具部分去中心化特性。

1.2 區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)

從技術(shù)角度來講，區(qū)塊鏈并不是一個(gè)全新的技術(shù)，而是集成了多種現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行的組合式創(chuàng)新，涉及到以下幾個(gè)方面。

（1）分布式賬本。交易記賬由分布在不同地方的多個(gè)節(jié)點(diǎn)共同完成，而且每一個(gè)節(jié)點(diǎn)記錄的是完整的賬目。

（2）智能合約。智能合約可視為一段部署在區(qū)塊鏈上的去中心化、可信息共享、可自動(dòng)運(yùn)行合約條款的計(jì)算機(jī)程序，將協(xié)議雙方約定的內(nèi)容進(jìn)行數(shù)字化編碼并寫入?yún)^(qū)塊中；約定內(nèi)容一旦發(fā)生，系統(tǒng)將自動(dòng)執(zhí)行智能合約。

（3）多通道技術(shù)。系統(tǒng)可以創(chuàng)建多條通道，某個(gè)節(jié)點(diǎn)可以加入到不同的通道中，在每個(gè)通道中有自身的創(chuàng)世區(qū)塊和實(shí)例化智能合約。

（4）認(rèn)證技術(shù)。主要完成對(duì)成員的注冊(cè)、登記、證書申請(qǐng)、授權(quán)等方面的管理工作，節(jié)點(diǎn)成員只有獲得證書才能加入到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中。

（5）共識(shí)機(jī)制。區(qū)塊鏈系統(tǒng)呈現(xiàn)去中心化，采用共識(shí)機(jī)制使網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)采用同一規(guī)則驗(yàn)證與維護(hù)記賬結(jié)果。

1.3 區(qū)塊鏈主要特性

區(qū)塊鏈通過上述關(guān)鍵技術(shù)建立強(qiáng)大的價(jià)值傳輸網(wǎng)絡(luò)，使其具備開放/共識(shí)、去中心/去信任、交易透明/雙方匿名、不可篡改/可追溯等主要特性，為實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)價(jià)值在數(shù)字世界的流轉(zhuǎn)提供重要支撐[3]。

（1）開放與共識(shí)。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)允許任何人參與其中，每臺(tái)設(shè)備都可作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并獲得一份完整的數(shù)據(jù)庫(kù)拷貝。共識(shí)機(jī)制是節(jié)點(diǎn)間的可靠保障，通過競(jìng)爭(zhēng)計(jì)算共同維護(hù)整個(gè)區(qū)塊鏈。鏈中任意節(jié)點(diǎn)失效，其余節(jié)點(diǎn)仍可正常工作。

（2）去中心與去信任。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，眾多節(jié)點(diǎn)共同組成一個(gè)端到端的網(wǎng)絡(luò)，不存在中心化的設(shè)備和管理機(jī)構(gòu)。節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)交換通過數(shù)字簽名技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，無需互相信任，也不需要第三方仲裁，只需按照系統(tǒng)既定的規(guī)則進(jìn)行，任何節(jié)點(diǎn)之間的權(quán)利和義務(wù)對(duì)等，節(jié)點(diǎn)之間不能也無法產(chǎn)生欺騙行為。

（3）交易透明與雙方匿名。區(qū)塊鏈中所有數(shù)據(jù)都對(duì)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)公開，整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)行規(guī)則和數(shù)據(jù)信息高度透明，每筆交易對(duì)所有節(jié)點(diǎn)完全開放[4]。節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間是去信任的，因此節(jié)點(diǎn)之間無需公開身份，每個(gè)參與節(jié)點(diǎn)都是匿名的。雖然整個(gè)鏈上的信息公開，但是賬戶信息被嚴(yán)格保護(hù)起來，可有效保護(hù)鏈上用戶隱私[4]。

（4）不可篡改與可追溯。區(qū)塊鏈中的單個(gè)節(jié)點(diǎn)甚至多個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的修改無法影響其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)，除非能控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中超過50%的節(jié)點(diǎn)同時(shí)修改。區(qū)塊鏈中的每一筆交易都會(huì)被蓋上時(shí)間戳，在確認(rèn)無誤后寫入?yún)^(qū)塊，并通過密碼學(xué)方法與相鄰兩個(gè)區(qū)塊串聯(lián)，確報(bào)任何一筆交易的可追溯性。

1.4 區(qū)塊鏈交易過程

區(qū)塊鏈交易過程一般分為6個(gè)環(huán)節(jié)，如圖1所示。

（1）交易啟動(dòng)。交易者創(chuàng)建交易，并將交易過程進(jìn)行記錄，包括交易日期、時(shí)間、當(dāng)事人、金額等信息。

（2）交易發(fā)布。按照次序?qū)⒈敬谓灰子涗浖尤氲骄W(wǎng)絡(luò)的區(qū)塊中，制成交易單并提交，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有賬本的完整副本。

（3）交易傳播。區(qū)塊被廣播至全網(wǎng)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)將數(shù)筆未驗(yàn)證的交易Hash值收集到區(qū)塊中。

圖1 區(qū)塊鏈交易過程

（4）交易驗(yàn)證。對(duì)交易進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)核實(shí)、驗(yàn)證和批準(zhǔn)，商定的共識(shí)被記錄，并作為信任機(jī)制的基礎(chǔ)。

（5）區(qū)塊接鏈。已確認(rèn)的區(qū)塊以線性和時(shí)間的順序入鏈，并提供透明的交易記錄等信息以生成可靠的、不可篡改的交易記錄。

（6）交易完成。區(qū)塊鏈中一個(gè)完成的區(qū)塊將位于另一個(gè)區(qū)塊之后。

1.5 區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

區(qū)塊鏈1.0、2.0、3.0概念是由Melanie Swan的《區(qū)塊鏈新經(jīng)濟(jì)的藍(lán)圖》[5]一書提出。區(qū)塊鏈1.0是以比特幣為代表的數(shù)字貨幣，于2008年實(shí)現(xiàn)了可編程貨幣，主要場(chǎng)景包括支付、流通等貨幣職能。區(qū)塊鏈2.0是以太坊為代表的數(shù)字貨幣與智能合約相結(jié)合，于2014年實(shí)現(xiàn)了可編程金融。區(qū)塊鏈3.0是以EOS公有鏈和Hyperledger Fabric聯(lián)盟鏈為代表的共識(shí)協(xié)議，是對(duì)區(qū)塊鏈2.0的優(yōu)化，解決了性能與能耗問題，于2017年從金融延伸到其他領(lǐng)域。

2018年，Barton Chao發(fā)起InterValue項(xiàng)目，代表區(qū)塊鏈4.0時(shí)代的到來。區(qū)塊鏈4.0與行業(yè)應(yīng)用結(jié)合更緊密，注重應(yīng)用落地，各種不同的數(shù)字資產(chǎn)可以安全、無障礙地跨鏈互聯(lián)，成為真正的價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

2.1 國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)多數(shù)呈現(xiàn)積極態(tài)度，但產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段各不相同。如圖2所示，澳大利亞、韓國(guó)、德國(guó)、荷蘭、塞浦路斯、阿聯(lián)酋、馬耳他等國(guó)積極發(fā)展區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)，在國(guó)家層面制定了總體發(fā)展戰(zhàn)略；美國(guó)、中國(guó)、韓國(guó)、英國(guó)、澳大利亞及歐盟重視區(qū)塊鏈技術(shù)研究與應(yīng)用探索；同時(shí)，中國(guó)、澳大利亞、法國(guó)、瑞士、芬蘭等國(guó)已陸續(xù)制定了區(qū)塊鏈監(jiān)管方面的法律法規(guī)[6]。

在應(yīng)用落地方面，區(qū)塊鏈源于加密數(shù)字貨幣，正在向多領(lǐng)域延伸。許多國(guó)家針對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)開展了大量實(shí)踐[7]：美國(guó)、愛沙尼亞、迪拜等國(guó)積極采用區(qū)塊鏈技術(shù)推進(jìn)政府?dāng)?shù)字化轉(zhuǎn)型；德國(guó)、日本、澳大利亞等國(guó)利用區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)金融開展降本提效的探索；瑞士、美國(guó)使用區(qū)塊鏈技術(shù)推動(dòng)財(cái)產(chǎn)登記與交易分配；新加坡、瑞士等國(guó)將區(qū)塊鏈技術(shù)用于貿(mào)易物流領(lǐng)域，為客戶提供便捷的交付范式；英國(guó)、美國(guó)等利用區(qū)塊鏈技術(shù)從事社會(huì)民生事業(yè)，實(shí)現(xiàn)公共資金的效益最大化。

圖2 部分國(guó)家區(qū)塊鏈總體發(fā)展戰(zhàn)略

在鐵路領(lǐng)域，一些國(guó)家也正在積極探索區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用。德國(guó)鐵路（DB）與區(qū)塊鏈整合平臺(tái)（Unibright）合作，研發(fā)了基于區(qū)塊鏈的標(biāo)記化生態(tài)系統(tǒng)，可以連接旅客全行程的不同區(qū)域，對(duì)行程的每個(gè)部分（包括里程、服務(wù)、餐飲、酒店預(yù)訂、本地交通等）進(jìn)行標(biāo)記化，旨在通過區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用降低運(yùn)營(yíng)成本，實(shí)現(xiàn)與旅游業(yè)的其他公司互動(dòng)。俄羅斯鐵路運(yùn)輸公司（RZD）正在推出利用區(qū)塊鏈技術(shù)的加密貨幣售票系統(tǒng)，以及基于區(qū)塊鏈的鐵路貨運(yùn)數(shù)字交易平臺(tái)。2017年8月，美國(guó)的伯靈頓北方圣太菲鐵路運(yùn)輸公司（BNSF）、聯(lián)合包裹速遞服務(wù)公司（UPS）、聯(lián)邦快遞（FedEx）以及施奈德物流公司等200多家知名貨運(yùn)、物流企業(yè)加盟區(qū)塊鏈貨運(yùn)聯(lián)盟（BITA Alliance），組成世界上最大的區(qū)塊鏈商業(yè)聯(lián)盟。此外，瑞士、荷蘭、加拿大等國(guó)的鐵路公司也在鐵路運(yùn)輸行業(yè)開始引入?yún)^(qū)塊鏈和加密貨幣。

2.2 區(qū)塊鏈國(guó)內(nèi)政策發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策發(fā)展趨勢(shì)，如圖3所示。自2016年以來，國(guó)家相繼出臺(tái)了多項(xiàng)關(guān)于區(qū)塊鏈發(fā)展的政策，尤其是《“十三五”國(guó)家信息化規(guī)劃》中，把區(qū)塊鏈作為一項(xiàng)重點(diǎn)前沿技術(shù)[8]。同時(shí)，上海、廣州、深圳、重慶、浙江、江蘇、貴州和山東等多地發(fā)布政策指導(dǎo)信息。

圖3 中國(guó)區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策發(fā)展趨勢(shì)

2.3 區(qū)塊鏈國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀

截至2019年3月，我國(guó)區(qū)塊鏈企業(yè)數(shù)量達(dá)到499家，僅次于美國(guó)的553家，主要集中在北京、上海、廣東、浙江等地區(qū)。目前，區(qū)塊鏈技術(shù)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓展，在金融服務(wù)、供應(yīng)鏈協(xié)同、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、社會(huì)民生等方面積極探索，助力商流、信息流、資金流的“三流合一”。

2.3.1 區(qū)塊鏈與金融服務(wù)

區(qū)塊鏈在金融服務(wù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在交易支付、資產(chǎn)數(shù)字化、智能證券、客戶識(shí)別和清算結(jié)算上。

交易支付通過區(qū)塊鏈技術(shù)降低金融機(jī)構(gòu)間的對(duì)賬成本，顯著提高支付業(yè)務(wù)的處理速度及效率，在跨境支付領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)交易，減少中間費(fèi)用。資產(chǎn)數(shù)字化通過區(qū)塊鏈對(duì)股權(quán)、債券等進(jìn)行整合，轉(zhuǎn)化為鏈上數(shù)字資產(chǎn)，資產(chǎn)所有者無需通過各種中介機(jī)構(gòu)即可發(fā)起交易。智能證券通過區(qū)塊鏈技術(shù)充分地表達(dá)如固定收益證券、回購(gòu)協(xié)議等交易合約的業(yè)務(wù)邏輯，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)合約的自動(dòng)執(zhí)行?？蛻糇R(shí)別利用區(qū)塊鏈技術(shù)降低客戶識(shí)別時(shí)耗，提高消費(fèi)者身份驗(yàn)證效率。清算和結(jié)算通過基于區(qū)塊鏈技術(shù)的法定數(shù)字貨幣與數(shù)字資產(chǎn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)接，顯著降低價(jià)值轉(zhuǎn)移的成本，縮短清算、結(jié)算時(shí)間。

2.3.2 區(qū)塊鏈與供應(yīng)鏈管理

供應(yīng)鏈?zhǔn)怯晒?yīng)商、制造商、倉(cāng)庫(kù)、配送中心和渠道商等構(gòu)成的物流網(wǎng)絡(luò)，與區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上存在一定的相似性。區(qū)塊鏈的不可篡改、可追溯、透明性、匿名性等特征在物流快遞和溯源防偽上具重要價(jià)值。

物流快遞涉及交付雙方，利用區(qū)塊鏈技術(shù)加密雙方私鑰簽名，能夠杜絕快遞員通過偽造簽名來逃避考核的行為和防止貨物的冒領(lǐng)誤領(lǐng)，并在快遞單據(jù)上隱藏收件人實(shí)名制信息。在溯源防偽方面，區(qū)塊鏈可利用時(shí)間戳追溯交易行為，有效解決食品、藝術(shù)品、收藏品等假冒偽劣問題。

2.3.3 區(qū)塊鏈與知識(shí)產(chǎn)權(quán)

互聯(lián)網(wǎng)使內(nèi)容型知識(shí)產(chǎn)權(quán)得以免費(fèi)分享，但也帶來了嚴(yán)重的侵權(quán)盜版現(xiàn)象，特別是缺少話語(yǔ)權(quán)和主導(dǎo)權(quán)的原創(chuàng)作者，創(chuàng)作積極性倍受打擊。區(qū)塊鏈技術(shù)能夠有效解決知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)效率低、收費(fèi)高、維權(quán)難的問題。

在電子音像版權(quán)方面，作品的所有交易都會(huì)被區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)記錄，實(shí)現(xiàn)全生命周期可追溯、可追蹤，確保所有權(quán)人直接在作品的銷售中獲益。在文化眾籌方面，消費(fèi)者能夠廣泛參與知識(shí)產(chǎn)權(quán)創(chuàng)作、生產(chǎn)、傳播和消費(fèi)的全流程，添加信任的確權(quán)節(jié)點(diǎn)，解決交易不透明、內(nèi)容不公開等問題。

2.3.4 區(qū)塊鏈與社會(huì)民生

區(qū)塊鏈在社會(huì)民生方面也起到了積極的作用。在公益基金監(jiān)管與跟蹤方面，區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)必要的隱私信息進(jìn)行保護(hù)，捐贈(zèng)人可清晰監(jiān)控捐款去向。在教育就業(yè)方面，利用分布式賬本記錄學(xué)生信息，方便追蹤學(xué)生在校園時(shí)期所有正面以及負(fù)面的行為記錄，促進(jìn)信用生態(tài)的構(gòu)建。

2.4 應(yīng)用中存在的普遍問題

區(qū)塊鏈技術(shù)日臻成熟，但存在的問題依然突出，主要有以下幾個(gè)方面：

（1）區(qū)塊鏈?zhǔn)菇鹑跈C(jī)構(gòu)或者企業(yè)可能面臨復(fù)雜的法律和合規(guī)問題；

（2）當(dāng)前分布式賬本技術(shù)仍不成熟，尚待更多行業(yè)應(yīng)用證明；

（3）區(qū)塊鏈技術(shù)路線多，不同類型的區(qū)塊鏈易形成信息孤鏈；

（4）去中心化對(duì)現(xiàn)有格局變化較大，相關(guān)領(lǐng)域缺乏主動(dòng)變革的內(nèi)在動(dòng)力；

（5）開源區(qū)塊鏈基本技術(shù)維護(hù)可持續(xù)性較差；（6）存在一定的濫用和泛用現(xiàn)象。

3 鐵路領(lǐng)域區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用方向

隨著區(qū)塊鏈技術(shù)研究的不斷深入，各行業(yè)積極開展基于區(qū)塊鏈技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。鐵路行業(yè)涉及領(lǐng)域多、數(shù)據(jù)交換關(guān)系復(fù)雜、信息安全要求高，可結(jié)合分布式聯(lián)盟鏈確保數(shù)據(jù)的安全和不可篡改；同時(shí)，鐵路系統(tǒng)的區(qū)塊鏈不需要數(shù)字貨幣的激勵(lì)來保證礦工投入到區(qū)塊鏈的維護(hù)與增長(zhǎng)工作[4]，規(guī)避了區(qū)塊鏈技術(shù)的被投機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)特點(diǎn)，探索鐵路領(lǐng)域的區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景與方向，本文主要介紹鐵路大數(shù)據(jù)共享和“一帶一路”鐵路貨運(yùn)物流2個(gè)方面。

3.1 區(qū)塊鏈在鐵路大數(shù)據(jù)共享中的應(yīng)用

3.1.1 鐵路數(shù)據(jù)共享與交換面臨的難題

2018年，中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司數(shù)據(jù)中心建成，承載全路集中應(yīng)用系統(tǒng)的部署及數(shù)據(jù)資源存儲(chǔ)；配套建設(shè)鐵路數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，面向全路提供數(shù)據(jù)匯集與管理服務(wù)。數(shù)據(jù)軟硬件設(shè)施構(gòu)建完成后，通過數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)交換等形式應(yīng)用數(shù)據(jù)資產(chǎn)、挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值是當(dāng)前鐵路面臨的主要問題，應(yīng)用過程中出現(xiàn)2個(gè)關(guān)鍵難題。

（1）數(shù)據(jù)真實(shí)性缺乏保障。數(shù)據(jù)真實(shí)性風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)生成和數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)2個(gè)階段，即生成階段數(shù)據(jù)內(nèi)容本身的偽造風(fēng)險(xiǎn)和流轉(zhuǎn)過程數(shù)據(jù)內(nèi)容的被篡改風(fēng)險(xiǎn)。

（2）數(shù)據(jù)資產(chǎn)無授權(quán)流轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)作為一種非實(shí)體資產(chǎn)，具有可復(fù)制性，也存在被盜取的可能性。同時(shí)，數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和支配并不一定是同步的，可能在產(chǎn)生之初便被數(shù)據(jù)收集人支配。數(shù)據(jù)資產(chǎn)的無授權(quán)流轉(zhuǎn)現(xiàn)象較為普遍，使得數(shù)據(jù)確權(quán)實(shí)現(xiàn)起來相當(dāng)困難。

3.1.2 基于區(qū)塊鏈的鐵路數(shù)據(jù)共享可信平臺(tái)

從鐵路數(shù)據(jù)共享與交換面臨的難題出發(fā)，構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的鐵路數(shù)據(jù)共享可信平臺(tái)，如圖4所示。以數(shù)據(jù)為資產(chǎn)對(duì)象，結(jié)合區(qū)塊鏈的不可篡改和可追溯特征，從“大一統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯集”模式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤岸嗄B(tài)數(shù)據(jù)匯集”。結(jié)合現(xiàn)有鐵路數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)具備的數(shù)據(jù)治理與數(shù)據(jù)融合功能，將“獲取原始數(shù)據(jù)”為主的累積性大數(shù)據(jù)建設(shè)模式向“獲取分析結(jié)果”為主的應(yīng)用型大數(shù)據(jù)建設(shè)模式轉(zhuǎn)變。

圖4 基于區(qū)塊鏈的鐵路數(shù)據(jù)共享可信平臺(tái)

基于區(qū)塊鏈的鐵路數(shù)據(jù)共享可信平臺(tái)在鐵路數(shù)據(jù)聯(lián)盟鏈技術(shù)的基礎(chǔ)上，精準(zhǔn)連接數(shù)據(jù)使用方、數(shù)據(jù)提供方、建模服務(wù)方、監(jiān)管方等，實(shí)現(xiàn)身份數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)目錄、數(shù)據(jù)授權(quán)、共享數(shù)據(jù)的鏈上操作。通過數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)在源頭保證鐵路數(shù)據(jù)確權(quán)和真實(shí)性，利用數(shù)據(jù)授權(quán)與權(quán)限控制嚴(yán)格監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過程。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)共享方式相比，基于區(qū)塊鏈的鐵路數(shù)據(jù)共享可信平臺(tái)支持加密密文數(shù)據(jù)交換和共享模式，提供基于數(shù)據(jù)目錄、數(shù)據(jù)授權(quán)的共享，也支持基于數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)共享。

3.2 區(qū)塊鏈在“一帶一路”鐵路貨運(yùn)物流中的應(yīng)用

隨著“一帶一路”建設(shè)的不斷推進(jìn)而壯大，中歐班列是目前我國(guó)與“一帶一路”沿線國(guó)家聯(lián)系最為緊密的路徑，也是共建“一帶一路”倡議扎實(shí)落地、成熟的典范。截至2019年10月底，中歐班列累計(jì)開行數(shù)量已近2萬列，通過鐵路連接俄羅斯、波蘭、德國(guó)、西班牙、比利時(shí)、奧地利、伊朗等多個(gè)國(guó)家。國(guó)內(nèi)貨運(yùn)組織改革的持續(xù)深入，鐵路貨運(yùn)內(nèi)部開展貨運(yùn)市場(chǎng)營(yíng)銷，圍繞全品類物流、全流程服務(wù)、全方位經(jīng)營(yíng)、全過程管理，加快推進(jìn)鐵路現(xiàn)代物流發(fā)展[9]，向“一帶一路”沿線國(guó)家提供更加豐富多元、高效快捷的運(yùn)輸服務(wù)。

3.2.1 “一帶一路”鐵路貨運(yùn)物流面臨的難題

“一帶一路”鐵路貨運(yùn)物流當(dāng)前面臨4大難題。

（1）去中心化的多運(yùn)輸主體間信任程度低?！耙粠б宦贰鄙婕翱缇迟Q(mào)易、項(xiàng)目管理和物流交通等方面，業(yè)務(wù)關(guān)系均建立在多方數(shù)據(jù)互通基礎(chǔ)上，雖然在政治、經(jīng)濟(jì)、文化等層面沿線國(guó)家努力達(dá)到相互理解，但仍存在一定的信任缺失，具體體現(xiàn)在對(duì)本國(guó)運(yùn)輸物流數(shù)據(jù)資產(chǎn)的嚴(yán)格保護(hù)等方面[10]。

（2）運(yùn)輸物流專業(yè)化水平參差不齊?！耙粠б宦贰毖鼐€國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平差異較大，運(yùn)輸物流專業(yè)化水平參差不齊，在實(shí)現(xiàn)一體化、信息化聯(lián)合運(yùn)輸方面存在困難。

（3）通關(guān)規(guī)則程序復(fù)雜?！耙粠б宦贰毖鼐€國(guó)家自然資源、人文稟賦等差異巨大，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、通關(guān)準(zhǔn)則各有不同，易出現(xiàn)管理分散、服務(wù)滯后、檢驗(yàn)檢疫程序繁瑣等物流效率低下的現(xiàn)象。

（4）物流跨境結(jié)算繁瑣。傳統(tǒng)的商業(yè)物流跨境結(jié)算形式主要是銀行間的國(guó)際結(jié)算，如電匯、信匯、票匯等，易產(chǎn)生靈活性差、結(jié)算速度慢、交易成本高等問題?！耙粠б宦贰毖鼐€國(guó)家貿(mào)易往來增多、鐵路運(yùn)輸需求強(qiáng)烈，對(duì)物流跨境結(jié)算提出安全便捷、簡(jiǎn)單快捷等新要求。

3.2.2 “一帶一路”鐵路貨運(yùn)物流區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈與鐵路貨運(yùn)深度融合，形成“一帶一路”鐵路貨運(yùn)物流區(qū)塊鏈，能夠提高傳統(tǒng)貨運(yùn)物流運(yùn)行效率，提高信息透明度，解決上述關(guān)鍵難題，如圖5所示。

圖5 “一帶一路”鐵路貨運(yùn)物流區(qū)塊鏈

圖5中，商流為商貿(mào)、運(yùn)輸、聯(lián)運(yùn)、發(fā)票等票據(jù)合同信息；信息流為貨源、需求、生產(chǎn)運(yùn)輸計(jì)劃等信息；物流為運(yùn)行軌跡、倉(cāng)單、庫(kù)存等信息；資金流為融資、支付、清算、結(jié)算、信用等信息。

“一帶一路”鐵路貨運(yùn)物流區(qū)塊鏈采用分布式共享賬本，增強(qiáng)可信度，減少數(shù)據(jù)協(xié)同復(fù)雜性；采用高效智能合約自動(dòng)完成跨境、跨機(jī)構(gòu)的合約與交易結(jié)算；采用認(rèn)證與共識(shí)機(jī)制，保證流轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)可信、物理世界與數(shù)字世界保持一致，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)跨國(guó)電子合同共信認(rèn)證、跨國(guó)物流信息上鏈追蹤、智能合約清算標(biāo)準(zhǔn)一致、可信票據(jù)流轉(zhuǎn)清晰可見、跨國(guó)共享賬本安全防篡改、多方數(shù)據(jù)隱私安全保障。

4 鐵路區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)建議

當(dāng)前，區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用正在從金融領(lǐng)域向其他領(lǐng)域拓展，多個(gè)行業(yè)都處在探索階段。鐵路運(yùn)輸本質(zhì)上就是人流、貨流、車流、信息流、資金流等多流合一的運(yùn)輸組織方式，迫切需要應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸全過程的可信任、可追溯及合約智能化。結(jié)合其他領(lǐng)域及行業(yè)區(qū)塊鏈研究與應(yīng)用情況，鐵路行業(yè)區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用建議圍繞以下4個(gè)方面開展研究。

（1）調(diào)研分析區(qū)塊鏈的應(yīng)用場(chǎng)景和典型案例，開展鐵路區(qū)塊鏈總體規(guī)劃和頂層設(shè)計(jì)，研究形成技術(shù)路線圖；

（2）構(gòu)建區(qū)塊鏈在鐵路應(yīng)用的技術(shù)框架，研究建立鐵路區(qū)塊鏈的標(biāo)準(zhǔn)體系，制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)；

（3）調(diào)研分析國(guó)內(nèi)外區(qū)塊鏈技術(shù)現(xiàn)狀，研究典型應(yīng)用場(chǎng)景的總體技術(shù)方案，開展關(guān)鍵技術(shù)研究與可行性論證；

（4）加快建立鐵路行業(yè)區(qū)塊鏈服務(wù)平臺(tái)，引導(dǎo)區(qū)塊鏈技術(shù)與鐵路業(yè)務(wù)深度融合。

5 結(jié)束語(yǔ)

區(qū)塊鏈技術(shù)與鐵路行業(yè)各領(lǐng)域結(jié)合，能夠解決鐵路大數(shù)據(jù)共享和“一帶一路”鐵路貨運(yùn)物流中普遍存在的難題。文中介紹的方案還需要進(jìn)行系統(tǒng)論證，進(jìn)一步縮小與工程實(shí)踐的距離。同時(shí)，也要注意技術(shù)發(fā)展過程中的適用性問題，及時(shí)對(duì)技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行把控，引導(dǎo)區(qū)塊鏈在鐵路行業(yè)的健康發(fā)展。