初探區(qū)塊鏈技術(shù)在油田的應(yīng)用可行性

◆馬玉珠

初探區(qū)塊鏈技術(shù)在油田的應(yīng)用可行性

◆馬玉珠

（大慶油田第七采油廠信息中心 黑龍江 163000）

油田企業(yè)的整個生產(chǎn)流程中貫穿很多項目，他們之間相輔相成，對于協(xié)同工作的整體性要求非常高。當然，這些項目隨之產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，也就形成了他們彼此之間協(xié)同工作的基礎(chǔ)，也就為實現(xiàn)油氣勘探開發(fā)的價值遞增提供了數(shù)據(jù)校驗環(huán)境，這與區(qū)塊鏈技術(shù)的未來價值理念有著異曲同工之處。為了給油田發(fā)展注入新動能、激發(fā)新活力，本文著重就區(qū)塊鏈的優(yōu)勢對油田降本增效、提高生存能力的意義進行了初探。

區(qū)塊鏈；油田；可行性；比特幣

1 引言

公開透明、不可篡改、去中心化的技術(shù)優(yōu)點，讓區(qū)塊鏈打破了物理世界與數(shù)字世界的壁壘，使區(qū)塊鏈在眾多信息技術(shù)中脫穎而出。在打造新型能源企業(yè)的過程中，區(qū)塊鏈是一個的嶄新領(lǐng)域——機遇與挑戰(zhàn)并存，我們應(yīng)努力尋找石油企業(yè)在區(qū)塊鏈技術(shù)方面的切入口，深入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)用和推廣，不錯過區(qū)塊鏈技術(shù)可能給傳統(tǒng)能源行業(yè)帶來的各種發(fā)展機遇。

2 比特幣（BTC）理念

2008年的深秋，隨著暗網(wǎng)大神“中本聰”的《比特幣：一種點對點的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》一文發(fā)布，比特幣概念應(yīng)運而生。雖然文章只有短短的8頁PDF，但它產(chǎn)生的“蝴蝶效應(yīng)”卻綿延十余載，為此該文號稱比特幣核心技術(shù)“圣經(jīng)”，從而預言了區(qū)塊鏈的超高熱度。

3 區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈，是比特幣的底層技術(shù)架構(gòu)，具有去中心化、分布式賬本系統(tǒng)的本質(zhì)屬性。區(qū)塊鏈技術(shù)其實就是一種鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也可以說是一種獨特的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，它被按序整理成區(qū)塊并持續(xù)增長。為了完成數(shù)據(jù)的記錄和計算，需要網(wǎng)絡(luò)中多個節(jié)點的共同協(xié)作，并且各節(jié)點中可互相驗證信息有效性。得益于去中心化數(shù)據(jù)庫“便捷、安全”的特性，很多業(yè)內(nèi)人士對其發(fā)展持積極態(tài)度，認為它很可能進一步補充并升級現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

3.1 去中心化

目前的互聯(lián)網(wǎng)貿(mào)易幾乎都依托信譽第三方來處理電子支付業(yè)務(wù)。然而，國家有通貨膨脹的風險，企業(yè)更可能以利益為先，濫用金融衍生品。為此，“中本聰”提出來“去中心化”思想。

在比特幣實例中，如果A用戶付給B用戶10個BTC、B用戶付給C用戶20個BTC、C用戶付給了D用戶30個BTC，為了能夠使這些賬單被認可并保證其真實性，他們需要把這些交易記錄廣播到網(wǎng)絡(luò)上，那么網(wǎng)絡(luò)上所有的用戶接收到這些賬單就可以對其進行打包，這個打包后的數(shù)據(jù)包就叫做區(qū)塊。眾多被打包好的區(qū)塊鏈接在一起，即是我們所說的“區(qū)塊鏈”。對于每個用戶的每條交易記錄都會被記錄在網(wǎng)絡(luò)上所有用戶的賬本上，這就實現(xiàn)了“電子印花”，從而實現(xiàn)了在沒有中心記賬的情況下交易的真實性。

3.2 Token激勵機制

“中本聰”提出的記賬獎勵的激勵模式主要包括：記賬手續(xù)費——用戶發(fā)生交易時，給予“書記員”的酬勞，類似我們辦業(yè)務(wù)時交給相關(guān)機構(gòu)的手續(xù)費，是由用戶支付的；打包獎勵——記賬用戶挖礦成功、取得記賬權(quán)，并將數(shù)據(jù)包鏈到區(qū)塊鏈上得到的獎勵，相當于我們比賽第一名得到的獎金，是由活動主辦方——比特幣系統(tǒng)協(xié)議設(shè)置的。

續(xù)寫前例，為了調(diào)動礦工們挖礦的積極性、保證自己的交易記錄能夠被網(wǎng)絡(luò)上的用戶們記錄并認可，A用戶、B用戶、C用戶、D用戶需要付出一定的記賬手續(xù)費。而比特幣系統(tǒng)協(xié)議設(shè)置的打包獎勵，也將吸引更多的礦工來挖礦，以消化掉不斷增長的打包任務(wù)，從而不斷擴展區(qū)塊鏈長度和廣度。

3.3 稀缺性

前面說到的打包獎勵是“中本聰”在提出比特幣理念時設(shè)計的——盡量保證每10分鐘出現(xiàn)一個新的區(qū)塊，最開始的四年，將一個數(shù)據(jù)塊鏈接到區(qū)塊鏈上，可以得到50BTC獎勵，為了保證資源的稀缺性，每過四年，打包獎勵的數(shù)額就會減半。這樣我們可以計算出，打包獎勵其實是有限的，發(fā)行總量大概是2100萬比特幣，這就保證了稀缺性，避免了傳統(tǒng)貨幣可能出現(xiàn)的通貨膨脹，也保證了區(qū)塊鏈技術(shù)可能實現(xiàn)的市場站位。

3.4 獨立性

區(qū)塊鏈系統(tǒng)不依賴第三方等任何人為干預，全部節(jié)點都可以在系統(tǒng)內(nèi)安全、自動地驗證和交換數(shù)據(jù)。而這全歸功于區(qū)塊鏈系統(tǒng)協(xié)商一致的協(xié)議和規(guī)范，以比特幣來說，就是所謂的“挖礦原理”——工作量證明。

比特幣主要采用的哈希算法等各種數(shù)學算法作為工作量證明的途徑，哈希算法最顯著的特點就是正向計算很簡單、反向計算很難。以著名的哈希函數(shù)SHA256為例，把任意長度的任意消息作為其參數(shù)x，SHA256都可以產(chǎn)生一個256位的01代碼形式的哈希值y。那么比特幣系統(tǒng)會將前一區(qū)塊的信息、待打包的數(shù)據(jù)賬單、時間戳、隨機數(shù)等信息組合后作為哈希運算的參數(shù)x，把得出的01代碼哈希值y提供給網(wǎng)絡(luò)上的用戶，優(yōu)先反向計算出參數(shù)x中的隨機數(shù)的用戶就取得了工作量證明，也就成功挖礦并獲得了記賬獎勵。

3.5 安全性

在用戶注冊比特幣系統(tǒng)的時候，系統(tǒng)會為其生成一個隨機數(shù)，并隨之生成私鑰、公鑰、比特幣地址。私鑰是由實際用戶自己掌握的，公鑰和比特幣地址都是公開的。私鑰用于加密，公鑰用于解密。

區(qū)塊鏈技術(shù)采用的非對稱加密算法保證區(qū)塊鏈安全，原理就是：當發(fā)生交易——A用戶付給B用戶10個BTC時，系統(tǒng)會將這條交易記錄進行哈希運算得到消息摘要1，再用私鑰加密成密碼1。當這條交易記錄被廣播出去時，想要得到授權(quán)的用戶會用公鑰解密他的密碼2得到消息摘要2，若消息摘要1和消息摘要2能夠完全一致，那么該用戶就得到了授權(quán)。

3.6 不可篡改性

區(qū)塊鏈系統(tǒng)規(guī)定其網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點共同維護數(shù)據(jù)，且每個節(jié)點都能復制一份完整的數(shù)據(jù)備份。在打包新區(qū)塊之前，其他區(qū)塊的歷史信息會校驗該區(qū)塊中的交易是否有效。在其他區(qū)塊驗證成功并達成共識后，新區(qū)塊才能被打包。

區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的用戶都視最長的區(qū)塊鏈為正確的鏈。若不同版本的新區(qū)塊被多個用戶同時廣播出去，那么其他用戶的接收時間將會有先后差異，他們將在同時保留其他鏈條的同時，以先收到的區(qū)塊為基礎(chǔ)進行延長工作，以防前者的鏈變得更長。接下來由共識算法進行更嚴格的約束，當其中某條鏈被證實較長時，則另一條鏈上的用戶將在較長鏈上進行延長工作，以防區(qū)塊鏈分叉。

3.7 可編程性

程序員可將交易相關(guān)方都設(shè)為區(qū)塊鏈系統(tǒng)的節(jié)點，并撰寫智能合約形式的程序代碼，其中包含著可觸發(fā)智能合約自動執(zhí)行事件的條件。完成編碼后，所有連到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備都會接收到智能合約。

這就好比在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中上傳比特幣的網(wǎng)絡(luò)交易更新。一旦所有設(shè)備都收到該交易數(shù)據(jù)更新，用戶就可與執(zhí)行程序代碼后的結(jié)果達成一致。然后，下一步記錄合約的執(zhí)行情況，從而進行數(shù)據(jù)庫更新，同時，合約的合規(guī)情況也將得到有效監(jiān)管。即：由于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的任何一方都不具備智能合約的執(zhí)行控制權(quán)，所有任何一方都無法操縱合約。

4 區(qū)塊鏈技術(shù)在油田的應(yīng)用可行性分析

4.1 油田網(wǎng)絡(luò)安全

區(qū)塊鏈和油田有著一樣分散分布的特點，它將復雜、安全的服務(wù)以程序代碼的形式寫入油田的分布式終端設(shè)備中。這樣的特點能夠協(xié)同不同的終端設(shè)備及供應(yīng)商通過各自不同的電子通信系統(tǒng)進行工作。

當區(qū)塊鏈系統(tǒng)受到黑客攻擊時，區(qū)塊鏈中的節(jié)點們會進行“投票”，以此來決定是否允許該操作請求。如果某節(jié)點被破壞，”投票”后也會告知系統(tǒng)該節(jié)點異常，則區(qū)塊鏈系統(tǒng)會刪掉該節(jié)點并自我修復。

4.2 終端邊緣計算

油田勘探開發(fā)每天都會生成海量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，它們將依靠網(wǎng)絡(luò)帶寬被回傳至數(shù)據(jù)管理中心的服務(wù)器進行處理，這是目前各油田企業(yè)的普遍做法。在此過程中，網(wǎng)絡(luò)帶寬可能存在安全隱患，生產(chǎn)一線需求端的小型設(shè)備所具備的算力資源被大量閑置浪費。如果我們嘗試將區(qū)塊鏈技術(shù)引入到邊緣計算領(lǐng)域中，根據(jù)需求端小型設(shè)備的算力大小分配計算工作，最大程度地實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的本地產(chǎn)生、就近處理，從而為油田大數(shù)據(jù)分析助力，進一步提高數(shù)據(jù)處理的穩(wěn)定性、可靠性和時效性。

4.3 貿(mào)易智能合約

報關(guān)報檢、船代管理、物流動態(tài)監(jiān)控、商檢委托、簽訂合同、交易達成等步驟貫穿整個石油貿(mào)易流程。該流程模式周轉(zhuǎn)資金多、參與實體多、流轉(zhuǎn)周期長、安全風險高。依靠區(qū)塊鏈系統(tǒng)的智能合約技術(shù)，我們能夠有效地管控風險、提高工作效率。區(qū)塊鏈會給交易關(guān)聯(lián)方設(shè)置交易期望值，通過智能合約技術(shù)，交易關(guān)聯(lián)方可以自動促成交易并全程受到系統(tǒng)管控監(jiān)督，省去了傳統(tǒng)模式中中心組織審批、中介等第三方參與的環(huán)節(jié)，真正杜絕了“賺差價的中間商”，也真正實現(xiàn)了降本增效。

4.4 信息系統(tǒng)運管

在油田信息管理的傳統(tǒng)模式中，各信息系統(tǒng)平臺基本都有專屬對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲、處理，接口開發(fā)是各系統(tǒng)之間的溝通紐帶。然而，接口開發(fā)面向?qū)ο蟮奶攸c決定了接口不可復用的唯一性，這給流通數(shù)據(jù)的過程增加了巨大的難度。為此，我們把區(qū)塊鏈技術(shù)引入各信息系統(tǒng)組成的網(wǎng)絡(luò)中，可以在實現(xiàn)各系統(tǒng)間的協(xié)同工作的同時，又保證數(shù)據(jù)的安全性、隱私性，有助于沖破傳統(tǒng)模式中的數(shù)據(jù)壁壘，推動數(shù)據(jù)流通，杜絕信息壟斷和數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象的發(fā)生，從而實現(xiàn)油田的科學精細化管理。

4.5 倉儲物資溯源

油田企業(yè)的設(shè)備物資種類繁多，供應(yīng)商涉及的企業(yè)數(shù)量眾多。傳統(tǒng)模式下，不同企業(yè)各自保存涉及己方數(shù)據(jù)，由于透明度的缺乏，管控的有效性很難在各方之間得到保證。一旦出現(xiàn)報價不實、物資假冒或不合格、冒領(lǐng)或錯領(lǐng)物資等違規(guī)情況，取證和處理的難度也非常大。引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)后，各方可以維護一個可靠、透明、統(tǒng)一的物資信息系統(tǒng)平臺。利用這個平臺，可以合理規(guī)劃選擇供應(yīng)商、實時查看物流、追溯生產(chǎn)源頭等。在發(fā)生糾紛時，追查、舉證也不再是難題，從而大大提高了倉儲物資管理水平。

5 結(jié)語

區(qū)塊鏈作為未來價值互聯(lián)網(wǎng)的底層基礎(chǔ)協(xié)議，尚處于萌芽發(fā)展階段，在油田應(yīng)用的具體解決方案還需進一步研究以實現(xiàn)落地。區(qū)塊鏈應(yīng)用前景日趨明朗，但是一定要避免一哄而上、人云亦云、跟風建設(shè)。只有深入地理性思考、科學謀劃，才能真正地實現(xiàn)區(qū)塊鏈與石油行業(yè)的完美結(jié)合。

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