區(qū)塊鏈在民航領(lǐng)域中的探索

李勁松 于明亮 趙玉霞 周鋼

一、區(qū)塊鏈技術(shù)概述

（一）區(qū)塊鏈概念

現(xiàn)代商業(yè)社會(huì)建立在市場(chǎng)和貿(mào)易的基礎(chǔ)之上，建立信任從而控制風(fēng)險(xiǎn)是市場(chǎng)行為和貿(mào)易活動(dòng)能夠發(fā)生的前提。起源于比特幣的區(qū)塊鏈技術(shù)，綜合利用密碼學(xué)、對(duì)等網(wǎng)絡(luò)、共識(shí)算法、智能合約等關(guān)鍵技術(shù)，為各參與方在分布式環(huán)境下建立信任提供了一種全新的解決方案，從而顯著降低了風(fēng)險(xiǎn)和成本，甚至使之前不可能完成的交易變?yōu)榭赡堋?/p>

從技術(shù)實(shí)現(xiàn)角度看，區(qū)塊鏈被認(rèn)為是一個(gè)由參與方共同維護(hù)、狀態(tài)一致、不可篡改的多副本狀態(tài)機(jī)，由用戶提交的交易引發(fā)狀態(tài)變遷。如圖1所示，用戶交易可視為對(duì)狀態(tài)的一次更改操作請(qǐng)求，智能合約根據(jù)用戶請(qǐng)求和區(qū)塊鏈當(dāng)前狀態(tài)確定性地生成讀寫操作集，其中讀集合描述了交易對(duì)當(dāng)前狀態(tài)的依賴范圍，寫集合描述了交易對(duì)當(dāng)前狀態(tài)的修改范圍。共識(shí)算法保證多個(gè)交易的執(zhí)行順序在各參與方是相同的，從而實(shí)現(xiàn)交易執(zhí)行后各方狀態(tài)機(jī)的一致性。

如圖2所示，“塊鏈?zhǔn)健钡臄?shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)將多個(gè)交易打包為區(qū)塊，并在區(qū)塊級(jí)別進(jìn)行共識(shí)，從而提升系統(tǒng)整體執(zhí)行效率；將區(qū)塊按時(shí)間順序使用哈希前后連接，若修改一筆交易數(shù)據(jù)，其后產(chǎn)生的所有區(qū)塊數(shù)據(jù)也必須隨之修改，環(huán)環(huán)相扣的“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”大大增加了篡改成本。

（二） 區(qū)塊鏈分類

區(qū)塊鏈根據(jù)其開放程度的不同可分為公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈。

1. 公有鏈

（1）比特幣

比特幣的概念最初由中本聰在2008年提出，比特幣是一種完全點(diǎn)對(duì)點(diǎn)形式的數(shù)字加密貨幣，允許在線支付從一方直接發(fā)送到另一方，而不需要通過(guò)一個(gè)金融機(jī)構(gòu)。比特幣采用公鑰加密、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)和工作量證明等技術(shù)處理和驗(yàn)證付款，在網(wǎng)絡(luò)上廣播每筆支付交易并記錄在區(qū)塊鏈中，以確保比特幣不會(huì)被重復(fù)花費(fèi)。

（2）以太坊

以太坊是一種用于在不受中心化監(jiān)管機(jī)構(gòu)管控的環(huán)境下構(gòu)建應(yīng)用程序和組織、持有資產(chǎn)、進(jìn)行交易和通信的技術(shù)。以太坊基于比特幣，于2015年獨(dú)立啟動(dòng)，有顯著差異，兩種都允許使用數(shù)字貨幣，無(wú)需借助服務(wù)提供商或銀行。然而，以太坊是可編程的，在其平臺(tái)上可以構(gòu)建和部署去中心化應(yīng)用程序。

2. 聯(lián)盟鏈

（1）超級(jí)賬本

超級(jí)賬本（hyperledger）是由Linux基金會(huì)于2015年發(fā)起的開源項(xiàng)目，旨在推進(jìn)區(qū)塊鏈數(shù)字技術(shù)和交易驗(yàn)證，促進(jìn)成員協(xié)作、共建開發(fā)平臺(tái)、滿足多行業(yè)用戶需求、簡(jiǎn)化業(yè)務(wù)流程。與公有鏈最大最直接的不同，就是成員接入的限制。

（2）長(zhǎng)安鏈

長(zhǎng)安鏈作為區(qū)塊鏈開源底層軟件平臺(tái)，包含區(qū)塊鏈核心框架、豐富的組件庫(kù)和工具集，致力于為用戶高效、精準(zhǔn)地解決差異化區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)需求，構(gòu)建高性能、高可信、高安全的新型數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)也是國(guó)內(nèi)首個(gè)自主可控區(qū)塊鏈軟硬件技術(shù)體系。

（3） 區(qū)塊鏈技術(shù)特點(diǎn)

分布式賬本、共識(shí)機(jī)制、密碼學(xué)、智能合約、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等技術(shù)構(gòu)成了區(qū)塊鏈技術(shù)的核心。

分布式賬本技術(shù)本質(zhì)上是一種去中心化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，能夠在由多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、多個(gè)物理地址或多個(gè)組織組成的網(wǎng)絡(luò)中共享、同步和復(fù)制數(shù)據(jù)。

共識(shí)機(jī)制是區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的核心秘密。是區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)在全網(wǎng)范圍內(nèi)就區(qū)塊信息達(dá)成共識(shí)的一種機(jī)制。能夠保證最新的區(qū)塊被準(zhǔn)確添加到區(qū)塊鏈中，并且節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的區(qū)塊鏈信息是一致的，不分叉甚至能夠防止惡意攻擊。

智能合約是一種計(jì)算機(jī)程序或交易協(xié)議，記錄交易條款信息、事件、行為，旨在減少對(duì)可信中介、仲裁和執(zhí)行成本的需求。

密碼學(xué)在區(qū)塊鏈技術(shù)中主要涵蓋非對(duì)稱加密算法、數(shù)字摘要算法、數(shù)字證書和公鑰基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)。

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種連接區(qū)塊鏈系統(tǒng)中對(duì)等節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是構(gòu)建在互聯(lián)網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)連接。對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的服務(wù)器地位平等，網(wǎng)絡(luò)算力平等，去中心化服務(wù)不應(yīng)當(dāng)需要第三方介入。

二、區(qū)塊鏈技術(shù)在我國(guó)民航領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

我們國(guó)家區(qū)塊鏈政策環(huán)境向好，企業(yè)在多領(lǐng)域開展業(yè)務(wù)，垂直行業(yè)應(yīng)用落地項(xiàng)目層出不窮，國(guó)內(nèi)多個(gè)省、自治區(qū)、直轄市相繼出臺(tái)相關(guān)政策支持和鼓勵(lì)區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)發(fā)展。在國(guó)內(nèi)區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)政策的推動(dòng)下，以及在政務(wù)、司法、金融等領(lǐng)域應(yīng)用較為成熟的情況下，未來(lái)幾年內(nèi)，將出現(xiàn)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的成熟民航應(yīng)用解決方案。到目前為止，區(qū)塊鏈在民航領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景主要集中在民航安檢、里程積分兌換、維修電子記錄等幾個(gè)方向。

（一）民航安檢

首都機(jī)場(chǎng)集團(tuán)在民航安檢業(yè)務(wù)中運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)旅客身份認(rèn)證，相比于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互共享方式，聯(lián)盟鏈方案能有效打消顧慮，保障數(shù)據(jù)安全，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效安全的數(shù)據(jù)共享。

（二）里程積分兌換

海航集團(tuán)運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)，將該航司的會(huì)員里程視為數(shù)字資產(chǎn)進(jìn)行流通和交換，合作伙伴企業(yè)積分可以與該航空公司里程實(shí)現(xiàn)互兌互換，從而實(shí)現(xiàn)用戶里程積分的真正流動(dòng)。

（三）維修電子記錄

南航電子維修記錄系統(tǒng)通過(guò)人臉識(shí)別，校驗(yàn)工作者信息，防止未經(jīng)授權(quán)的人員實(shí)施簽名操作，通過(guò)在維修實(shí)施過(guò)程中將工作任務(wù)的產(chǎn)生、計(jì)劃、控制、檢驗(yàn)、關(guān)閉和記錄歸檔等全維修生產(chǎn)環(huán)節(jié)上鏈，保證工作記錄簽署數(shù)據(jù)的真實(shí)性，防止篡改文件的數(shù)據(jù)信息。

從以上國(guó)內(nèi)的案例來(lái)看，區(qū)塊鏈的技術(shù)特點(diǎn)與民航領(lǐng)域中目前防篡改、數(shù)據(jù)共享、價(jià)值兌換、身份確定等需求都比較契合，與此同時(shí)，為充分利用區(qū)塊鏈技術(shù)還應(yīng)通過(guò)對(duì)其他應(yīng)用場(chǎng)景的探索與研究來(lái)實(shí)現(xiàn)。

三、民航領(lǐng)域區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用

（一）中國(guó)航信航旅鏈建設(shè)情況

1. 航旅鏈建設(shè)思路

“高創(chuàng)新、強(qiáng)滲透、廣覆蓋”是航旅鏈的建設(shè)理念，航旅鏈在建設(shè)的時(shí)候就最大化地選擇具備了自主、安全、可控的基礎(chǔ)底鏈和核心技術(shù)，形成多鏈互通，跨鏈應(yīng)用的區(qū)塊鏈技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施。串點(diǎn)成鏈，織鏈成網(wǎng)，用區(qū)塊鏈聯(lián)動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈、價(jià)值鏈、創(chuàng)新鏈，構(gòu)建新型生態(tài)鏈網(wǎng)，推動(dòng)航司、機(jī)場(chǎng)、代理商、個(gè)人用戶之間的數(shù)據(jù)安全融通共享，航旅鏈采用多層多級(jí)的頂層設(shè)計(jì)，根據(jù)聯(lián)盟治理結(jié)構(gòu)，采用多點(diǎn)維護(hù)的原則來(lái)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)，如圖3分別為共識(shí)節(jié)點(diǎn)、同步節(jié)點(diǎn)、輕節(jié)點(diǎn)三個(gè)層級(jí)。

2. 航旅鏈架構(gòu)

航旅鏈的架構(gòu)從下到上分別為基礎(chǔ)層、平臺(tái)層、BaaS層、服務(wù)層、應(yīng)用層，主要結(jié)構(gòu)如圖4所示。

（1） 基礎(chǔ)層

包括虛擬機(jī)、物理機(jī)等為航旅鏈提供基礎(chǔ)運(yùn)行環(huán)境。

（2） 平臺(tái)層

航旅鏈在建設(shè)的時(shí)候就最大化地選擇具備了自主、安全、可控的基礎(chǔ)底鏈和核心技術(shù)，形成多鏈互通，跨鏈應(yīng)用的區(qū)塊鏈技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施。

（3）BaaS層

航旅鏈BaaS層是利用可視化操作屏蔽區(qū)塊鏈底層系統(tǒng)繁瑣復(fù)雜的專業(yè)性操作，通過(guò)服務(wù)化的形式與區(qū)塊鏈底層系統(tǒng)進(jìn)行交互，將區(qū)塊鏈的功能與服務(wù)轉(zhuǎn)化為可視化頁(yè)面。

（4） 服務(wù)層

航旅鏈服務(wù)層通過(guò)提供“開箱即用”的區(qū)塊鏈服務(wù)，降低接入?yún)^(qū)塊鏈系統(tǒng)的難度，快速賦能業(yè)務(wù)應(yīng)用、聯(lián)盟建設(shè)和數(shù)據(jù)共享交換全流程管理，服務(wù)層主要有數(shù)字身份、可信存證、隱私計(jì)算、電子合同等區(qū)塊鏈通用支撐能力。

（5）應(yīng)用層

航旅鏈針對(duì)不同場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)上鏈、數(shù)據(jù)共享、流程溯源、事件分析等需求，分別設(shè)計(jì)了電子憑證會(huì)計(jì)數(shù)據(jù)核驗(yàn)、民航運(yùn)營(yíng)類資產(chǎn)管理、跨境通、航旅購(gòu)、對(duì)賬通等場(chǎng)景應(yīng)用平臺(tái)。

3. 航旅鏈的應(yīng)用場(chǎng)景情況

（1）電子憑證會(huì)計(jì)數(shù)據(jù)核驗(yàn)

依據(jù)企業(yè)確認(rèn)報(bào)銷的機(jī)票信息，代理人提供電子憑證會(huì)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化內(nèi)容，將結(jié)構(gòu)化信息交付企業(yè)，航旅鏈通過(guò)接口核驗(yàn)企業(yè)的數(shù)據(jù)項(xiàng)內(nèi)容與后臺(tái)是否一致，核驗(yàn)一致的內(nèi)容將進(jìn)行區(qū)塊鏈電子簽章，確保憑證的真實(shí)可核驗(yàn)。

（2）民航運(yùn)營(yíng)類資產(chǎn)管理

在民航運(yùn)營(yíng)類資產(chǎn)中以餐車管理為例，餐車在使用過(guò)程中存在信息缺失，實(shí)際使用情況不明確，利用率不高，清查困難，追溯困難等問(wèn)題，民航運(yùn)營(yíng)類資產(chǎn)管理就利用區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)從資產(chǎn)數(shù)據(jù)錄入、領(lǐng)用、移交、交還、維修、處置到定期自動(dòng)盤點(diǎn)的所有業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的有效管控。

（3）申報(bào)通

申報(bào)通應(yīng)用對(duì)個(gè)人信息境外接收方處理數(shù)據(jù)的用途、方式等保存地點(diǎn)、期限及目的上鏈，打造一個(gè)服務(wù)民航數(shù)據(jù)出境安全評(píng)估申報(bào)工作的區(qū)塊鏈工作平臺(tái)，為民航數(shù)據(jù)出境信息安全評(píng)估申報(bào)提供了一套全面、協(xié)同化的整體解決方案。

四、區(qū)塊鏈技術(shù)在民航領(lǐng)域的應(yīng)用展望

（一）需求場(chǎng)景

堅(jiān)持民航使用需求為導(dǎo)向，在業(yè)務(wù)中調(diào)查研究，并且注重從實(shí)踐中挖掘需求。例如在實(shí)時(shí)結(jié)算方面，利用區(qū)塊鏈的智能合約，使機(jī)場(chǎng)服務(wù)費(fèi)開賬可以達(dá)到真正實(shí)時(shí)的效果。在可信航班方向，利用區(qū)塊鏈不可篡改、網(wǎng)絡(luò)對(duì)等的技術(shù)特性，確保所有利益相關(guān)者的信息一致，達(dá)到航班數(shù)據(jù)的單一可信且能被各方獲取的目的。

（二）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

不斷推進(jìn)建設(shè)多方參與的航旅區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)智庫(kù)，聚集民航、區(qū)塊鏈技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?，從多個(gè)角度為航旅區(qū)塊鏈的技術(shù)升級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)完善提供全面支持。特別是規(guī)范鏈上主體的管理，對(duì)具體業(yè)務(wù)細(xì)節(jié)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化要求，引導(dǎo)本行業(yè)機(jī)構(gòu)按照規(guī)范開展業(yè)務(wù)。

（三）頂層統(tǒng)籌

隨著區(qū)塊鏈在民航領(lǐng)域逐漸應(yīng)用，應(yīng)從鏈互通、標(biāo)準(zhǔn)互通、數(shù)據(jù)互通方向進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，借鑒現(xiàn)有建設(shè)成果與經(jīng)驗(yàn)，以區(qū)塊鏈聯(lián)通民航各單位、機(jī)場(chǎng)、航司、商戶和外部聯(lián)盟為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌統(tǒng)一。引導(dǎo)航旅鏈與外部區(qū)塊鏈生態(tài)、大數(shù)據(jù)生態(tài)、產(chǎn)業(yè)鏈上下游生態(tài)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新共贏。