區(qū)塊鏈技術(shù)在交通產(chǎn)品質(zhì)量控制中的研究應(yīng)用

摘 要：針對目前公路水運(yùn)行業(yè)交通產(chǎn)品抽檢環(huán)節(jié)存在的主要風(fēng)險(xiǎn)因素，結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化、數(shù)據(jù)不可篡改、公開透明、公開共識等特征，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于交通產(chǎn)品抽檢實(shí)際業(yè)務(wù)場景，文章重點(diǎn)研究基于區(qū)塊鏈的交通產(chǎn)品質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)，分析數(shù)字簽名、智能合約、哈希函數(shù)等核心技術(shù)在項(xiàng)目中的具體應(yīng)用，構(gòu)建一個(gè)多方參與、互聯(lián)互通、共治共享的產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)鏈，開發(fā)完成基于區(qū)塊鏈的交通產(chǎn)品抽檢業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了完整抽檢流程的跟蹤和記錄，解決了交通產(chǎn)品質(zhì)量控制中存在的主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，整個(gè)流程可證可溯。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈；產(chǎn)品抽檢；哈希函數(shù)；智能合約；數(shù)字簽名

中圖分類號： TP399

1 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于交通產(chǎn)品質(zhì)量控制中的優(yōu)越性

區(qū)塊鏈技術(shù)是一種由多方共同維護(hù)，使用密碼學(xué)保證傳輸和訪問安全，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一直存儲、難以篡改、防止抵賴的記賬技術(shù)，也稱為分布式賬本技術(shù)[1]。作為一種新型協(xié)作模式，區(qū)塊鏈技術(shù)憑借其獨(dú)有的信任建立機(jī)制，正在改變諸多行業(yè)的應(yīng)用場景和運(yùn)行規(guī)則，是未來發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)、構(gòu)建新型信任體系不可或缺的技術(shù)之一。目前，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用場景從金融、產(chǎn)品溯源、政務(wù)民生、電子存證到數(shù)字身份與供應(yīng)鏈協(xié)同，場景的深入化和多元化不斷增加[2]。

在公路水運(yùn)行業(yè)交通產(chǎn)品抽檢中，由于抽檢各環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)，在監(jiān)督過程中難免存在質(zhì)疑、矛盾和糾紛，通過深入分析交通產(chǎn)品抽檢全過程存在的主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)的特征，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于檢測機(jī)構(gòu)實(shí)際業(yè)務(wù)場景，減少抽檢工作中可能出現(xiàn)的質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)全過程重要節(jié)點(diǎn)信息的不可篡改、全員共享，并提供從結(jié)果到源頭的可追溯性有著重要意義，表1為區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于交通產(chǎn)品抽檢中的優(yōu)越性。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)

2.1 哈希算法

哈希算法在密碼學(xué)中具有以下特點(diǎn)：能將任意長度的輸入字符串轉(zhuǎn)換為固定輸出長度，即通過哈希算法計(jì)算出的結(jié)果，是無法再通過一個(gè)算法還原的。區(qū)塊鏈?zhǔn)且詤^(qū)塊為基本單位的有序鏈狀數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)，區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)在邏輯上由區(qū)塊頭和區(qū)塊體組成，區(qū)塊頭包含前一區(qū)塊哈希值，梅克爾根等信息，區(qū)塊體主要是交易溯源相關(guān)信息[3]。如圖1所示，每一筆交易都會被計(jì)算出一個(gè)哈希值，然后再兩兩結(jié)對，最終得到一顆哈希樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱為“梅克爾根”，通過這個(gè)梅克爾根就可以將整個(gè)區(qū)塊中的事務(wù)約束起來，只要區(qū)塊中的事務(wù)有任何改變，梅克爾根就會發(fā)生變化，保證了數(shù)據(jù)不可更改。

2.2 數(shù)字簽名

數(shù)字簽名技術(shù)用于接受者確認(rèn)交易的簽署方，從而確認(rèn)數(shù)據(jù)單元的完整性及不可偽造性。數(shù)字簽名技術(shù)是非對稱加密算法與數(shù)字摘要算法的結(jié)合，一般包括數(shù)字簽名和簽名驗(yàn)簽2個(gè)操作。系統(tǒng)會根據(jù)各單位填寫的信息生成數(shù)字簽名（數(shù)字簽名就是附加在數(shù)據(jù)單元上的一些數(shù)據(jù)，或是對數(shù)據(jù)單元所作的密碼變換）。這種數(shù)據(jù)或變換允許數(shù)據(jù)單元的接收者用以確認(rèn)數(shù)據(jù)單元的來源和數(shù)據(jù)單元的完整性并保護(hù)數(shù)據(jù)，防止被接收者偽造。

2.3 智能合約

智能合約是區(qū)塊鏈技術(shù)降低信任成本、實(shí)現(xiàn)價(jià)值傳遞和高效協(xié)作的工具，是一種可以自動(dòng)執(zhí)行特定合約條款的計(jì)算機(jī)協(xié)議。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須要做的事情就是讓自己的賬本跟其他節(jié)點(diǎn)的賬本保持一致。在達(dá)成共識的過程中，需要做各種確認(rèn)，如雙方簽名等。每個(gè)節(jié)點(diǎn)需遵守一份共同的約定規(guī)則，只要一項(xiàng)交易符合所有的約定規(guī)則就能被確認(rèn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都確認(rèn)，大家就一致認(rèn)同了。

2.4 超級賬本

區(qū)塊鏈賬本就是連接起來的一個(gè)個(gè)區(qū)塊，區(qū)塊鏈系統(tǒng)的“核心數(shù)據(jù)賬本”記錄每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的所有質(zhì)量控制數(shù)據(jù)和信息，每個(gè)質(zhì)量控制數(shù)據(jù)和信息都需要由所有認(rèn)可數(shù)字簽名結(jié)合時(shí)間戳加密后才能夠?qū)懭搿昂诵臄?shù)據(jù)賬本”，以保證檢測數(shù)據(jù)的真實(shí)性，并使得數(shù)據(jù)可以溯源。

3 區(qū)塊鏈服務(wù)平臺BaaS的總體架構(gòu)

區(qū)塊鏈技術(shù)自下而上包括數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵(lì)層、合約層和應(yīng)用層。每一層都具備一項(xiàng)核心功能，不同層級之間相互配合，共同構(gòu)建一個(gè)去中心的價(jià)值傳輸體系。

數(shù)據(jù)層是區(qū)塊鏈最底層的技術(shù)架構(gòu)，應(yīng)用了公私鑰相結(jié)合的非對稱加密技術(shù)，利用哈希函數(shù)確保信息不被篡改，還采用了鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、時(shí)間戳技術(shù)、梅克爾（Merkle）樹等技術(shù)對數(shù)據(jù)區(qū)塊進(jìn)行處理，讓新舊區(qū)塊之間相互鏈接，相互驗(yàn)證，是區(qū)塊鏈安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)；網(wǎng)絡(luò)層封裝了P2P網(wǎng)絡(luò)機(jī)制、傳播和驗(yàn)證機(jī)制等技術(shù)；共識層是區(qū)塊鏈技術(shù)中最為核心的一個(gè)層級，這個(gè)層級封裝了各類共識機(jī)制算法；激勵(lì)層包括發(fā)行機(jī)制和激勵(lì)機(jī)制；智能合約、共識算法、腳本代碼構(gòu)成了合約層，是區(qū)塊鏈可編程特性的基礎(chǔ)[4]；應(yīng)用層直接和應(yīng)用程序接口提供區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用服務(wù)。

區(qū)塊鏈服務(wù)平臺BaaS總體架構(gòu)包括4個(gè)層面：自底向上為物理層、區(qū)塊鏈基礎(chǔ)層、區(qū)塊鏈業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層。物理層包括計(jì)算資源、通信資源、網(wǎng)絡(luò)資源等，為區(qū)塊鏈系統(tǒng)提供無限擴(kuò)展的存儲、高速的網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點(diǎn)等區(qū)塊鏈資源；區(qū)塊鏈基礎(chǔ)層可在區(qū)塊鏈框架上構(gòu)建，為上層應(yīng)用低成本、高可靠、高性能的區(qū)塊鏈系統(tǒng)。該層提供的核心技術(shù)包括可插拔的分布式共識機(jī)制、多類型的分布式賬本存儲機(jī)制、安全多語言支持的智能合約引擎、鏈上鏈下的數(shù)據(jù)交互、安全隱私保護(hù)，以及分布式身份管理等[5]；業(yè)務(wù)層提供標(biāo)準(zhǔn)智能合約接口，用戶可根據(jù)不同應(yīng)用場景構(gòu)建不同的智能合約，企業(yè)可以在此基礎(chǔ)上快速構(gòu)建區(qū)塊鏈應(yīng)用；應(yīng)用層為最終用戶提供可信、安全、快捷的區(qū)塊鏈應(yīng)用，結(jié)合智能合約快速搭建區(qū)塊鏈應(yīng)用方案。

4 區(qū)塊鏈技術(shù)在交通產(chǎn)品質(zhì)量控制中的應(yīng)用

根據(jù)《公路水路行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督抽查管理辦法》（交科技規(guī)〔2020〕2號）的要求，結(jié)合行業(yè)內(nèi)交通運(yùn)輸產(chǎn)品抽檢工作實(shí)際場景，基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建的產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)，通過部署各個(gè)節(jié)點(diǎn)建立聯(lián)盟鏈，構(gòu)建一個(gè)多方參與、互聯(lián)互通、共治共享的產(chǎn)品質(zhì)量鏈。在用戶寫入相關(guān)檢測數(shù)據(jù)的同時(shí)，基于鏈碼可對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，從而保障數(shù)據(jù)的真實(shí)有效。對比傳統(tǒng)抽檢方式，運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)不但可以解決傳統(tǒng)抽檢方式存在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，還可以對抽檢樣品進(jìn)行追溯區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于交通產(chǎn)品質(zhì)量抽檢工作中，對主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的控制方案見表2。

基于區(qū)塊鏈的交通產(chǎn)品質(zhì)量控制鏈整合項(xiàng)目質(zhì)檢機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)廠家（供貨企業(yè)）、建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位、檢測機(jī)構(gòu)等單位信息數(shù)據(jù)，包含產(chǎn)品備案、產(chǎn)品抽檢、產(chǎn)品封裝、產(chǎn)品拆封，檢測結(jié)果確認(rèn)各個(gè)區(qū)塊，各機(jī)構(gòu)作為區(qū)塊鏈中的終端節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的加入都必須經(jīng)過質(zhì)監(jiān)機(jī)構(gòu)認(rèn)可，同時(shí)分配鏈中獨(dú)一無二的數(shù)字簽名。

首先，由施工單位發(fā)起產(chǎn)品備案流程，建設(shè)單位和產(chǎn)品廠家參與確認(rèn)；其次，由質(zhì)檢單位發(fā)出抽檢通知，檢測單位發(fā)起抽檢、封裝、拆封流程，其他5個(gè)節(jié)點(diǎn)參與確認(rèn)；最后，檢測單位將檢測報(bào)告上鏈，由質(zhì)檢機(jī)構(gòu)確認(rèn)，根據(jù)確認(rèn)結(jié)果情況質(zhì)檢機(jī)構(gòu)向施工單位發(fā)出檢測結(jié)果通知。每次確認(rèn)的所有質(zhì)量控制數(shù)據(jù)和信息均寫入各區(qū)塊。

區(qū)塊鏈中項(xiàng)目質(zhì)檢機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)廠家（供貨企業(yè)）、建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位、檢測單位各節(jié)點(diǎn)錄入以下主要信息。

（1）質(zhì)檢機(jī)構(gòu)：抽檢方案、抽檢產(chǎn)品信息。

（2）施工單位：基本信息、產(chǎn)品采購信息、采購合同、進(jìn)場臺賬、產(chǎn)品自檢報(bào)告。

（3）監(jiān)理單位：基本信息、產(chǎn)品抽檢臺賬、產(chǎn)品抽檢報(bào)告。

（4）檢測單位：封裝拆封相關(guān)信息、檢測數(shù)據(jù)。

各參與單位信息整合在云平臺數(shù)據(jù)中心，并能使區(qū)塊鏈中所有單位的相關(guān)信息實(shí)現(xiàn)連通，基于區(qū)塊技術(shù)的交通產(chǎn)品質(zhì)量控制業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

本次開發(fā)基于區(qū)塊鏈技術(shù)，依托前后端分離、微服務(wù)、分布式架構(gòu)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，搭建基于區(qū)塊鏈檢測應(yīng)用的交通產(chǎn)品抽檢場景，結(jié)合與信息錄入模塊和信息審核確認(rèn)模塊連接的產(chǎn)品生產(chǎn)信息備案環(huán)節(jié)、產(chǎn)品抽檢信息環(huán)節(jié)、產(chǎn)品封裝信息環(huán)節(jié)、產(chǎn)品拆封信息環(huán)節(jié)、試驗(yàn)檢測報(bào)告及結(jié)果確認(rèn)環(huán)節(jié)、檢測結(jié)果通知環(huán)節(jié)，整合產(chǎn)品生產(chǎn)備案信息、產(chǎn)品抽檢信息、產(chǎn)品封裝信息、產(chǎn)品拆封信息、試驗(yàn)檢測報(bào)告及結(jié)果信息、檢測結(jié)果通知信息等數(shù)據(jù)，融合質(zhì)量監(jiān)督、檢測服務(wù)機(jī)構(gòu)等組織，構(gòu)建一個(gè)多方參與、互聯(lián)互通、共治共享的產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)鏈。

系統(tǒng)包含區(qū)路鏈BaaS平臺及基于區(qū)塊鏈的交通產(chǎn)品抽檢業(yè)務(wù)系統(tǒng)。系統(tǒng)智能合約由各機(jī)構(gòu)節(jié)點(diǎn)用戶共同遵守，當(dāng)智能合約編寫完成后，通過區(qū)塊鏈擴(kuò)散到各節(jié)點(diǎn)，若發(fā)生相關(guān)事件產(chǎn)生合約觸發(fā)條件，則自動(dòng)執(zhí)行合約內(nèi)容并通知各方，各機(jī)構(gòu)上傳信息并簽字確認(rèn)后，形成共同賬本，通過哈希驗(yàn)證本地?cái)?shù)據(jù)與區(qū)塊數(shù)據(jù)的一致性。

5 結(jié)語

本次通過分析交通產(chǎn)品抽檢中存在的主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于交通產(chǎn)品質(zhì)量控制中，通過分布式多節(jié)點(diǎn)“共識”機(jī)制，可以“完整、不可篡改”地記錄價(jià)值轉(zhuǎn)移（交易）的全過程，目前，該項(xiàng)目已在部分實(shí)驗(yàn)室及項(xiàng)目進(jìn)場原材料進(jìn)行了應(yīng)用，選取了粗集料、中空錨桿、鋼筋等原材料，抽樣產(chǎn)品信息備案、抽樣單審核、現(xiàn)場抽樣封裝、試驗(yàn)報(bào)告上傳、檢測結(jié)果告知，以及異議處理等環(huán)節(jié)在線上線下進(jìn)行了匹配應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了完整試驗(yàn)檢測流程的跟蹤和記錄，解決了交通產(chǎn)品質(zhì)量控制中存在的主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，整個(gè)流程可證可溯。除上述應(yīng)用場景之外，區(qū)塊鏈還將影響交通領(lǐng)域的各個(gè)方面，其所形成的分布式自主解決交通應(yīng)用方案，將在每個(gè)人的工作與生活中發(fā)揮巨大的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]" 趙光輝，朱谷生. 區(qū)塊鏈交通[M]. 北京：人民郵電出版社，2018.

[2]" 蔣勇，文延，嘉文. 白話區(qū)塊鏈[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2018.

[3]" 杜均. 區(qū)塊鏈+[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2018.

[4]" 杜瑞忠，譚艾倫，田俊峰. 基于區(qū)塊鏈的公鑰可搜索加密方案[J]. 通信學(xué)報(bào)，2020，41（4）：114-122.

[5]" 潘吉飛，黃德才. 基于跳躍Hash和異步共識組的區(qū)塊鏈動(dòng)態(tài)分片模型[J]. 計(jì)算機(jī)科學(xué)，2020，47（3）：273-280.