一種基于聯(lián)盟鏈的特種設(shè)備質(zhì)控分布式云平臺(tái)模型

張莉君

摘要：文中針對(duì)特種設(shè)備全鏈條多主體下數(shù)據(jù)治理難、共享能力低、數(shù)據(jù)追溯成本高等問(wèn)題，提出一種基于聯(lián)盟鏈的特種設(shè)備質(zhì)控分布式云平臺(tái)。定義了相關(guān)特種設(shè)備賬本資源要素，給出了基于聯(lián)盟鏈的特種設(shè)備質(zhì)控分布式云平臺(tái)的模型與方案，在使得企業(yè)主體責(zé)任更清晰的同時(shí)也提供與現(xiàn)有信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)共識(shí)交互的能力。

關(guān)鍵詞：特種設(shè)備；聯(lián)盟鏈；數(shù)據(jù)追溯；數(shù)據(jù)賬本；系統(tǒng)模型

A Special Equipment Quality Control Distributed Cloud Platform Model Based on theAlliance Chain

ZHANG Lijun

（Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute， Fuzhou 350008， Fujian， China）

Abstract： In this paper， a distributed cloud platform for quality control of special equipment based on alliance chain is proposed to solve the problems of difficult data management， low sharing ability and high cost of data traceability. The related special equipment account resource elements are defined， and the model and scheme of distributed cloud platform for special equipment quality control based on alliance chain are given， it also provides the ability to interact with existing information system data consensus while making the responsibilities of enterprise entities clearer.

Key Words：? Special equipment; Alliance chain; Data traceability; Data ledger; System model

0? 引言

區(qū)塊鏈技術(shù)最早是由比特幣的底層技術(shù)擴(kuò)展出來(lái)的，目前區(qū)塊鏈已經(jīng)進(jìn)入3.0時(shí)代，即智能化應(yīng)用[1]。與區(qū)塊鏈1.0、2.0不同，其不僅僅與貨幣、金融有關(guān)，目前已衍生到各個(gè)領(lǐng)域，包括如公證、物流、醫(yī)療、仲裁、汽車、投票、航運(yùn)[2]、能源[3]、農(nóng)業(yè)[4]等領(lǐng)域，根據(jù)區(qū)塊鏈可追溯、分布式、不可篡改等特性，應(yīng)用范圍擴(kuò)大到了整個(gè)社會(huì)。近年來(lái)，研究人員開(kāi)始探究區(qū)塊鏈技術(shù)在特種設(shè)備方面的應(yīng)用：在特種設(shè)備的檢驗(yàn)環(huán)節(jié)的區(qū)塊鏈應(yīng)用[5]、設(shè)備技術(shù)檔案的存證以及監(jiān)管安全應(yīng)用的理論研究[6]、基于區(qū)塊鏈的電梯追溯體系的構(gòu)建[7]等方面做了一定的研究與實(shí)踐，但是只停留在某個(gè)環(huán)節(jié)或者某個(gè)設(shè)備種類方面的研究，未涉及數(shù)據(jù)跨區(qū)域、多主體的全鏈條貫通融合聯(lián)盟鏈平臺(tái)，以及相關(guān)安全信息可信傳遞研究，實(shí)際上特種設(shè)備行業(yè)區(qū)塊鏈在技術(shù)、理念、模式等方面的研究均在起步階段。

1? 特種設(shè)備聯(lián)盟鏈的作用

1.1聯(lián)盟鏈

區(qū)塊鏈分為公鏈（Public Block Chain）、私有鏈（Private Block Chain）和聯(lián)盟鏈（Consortium Block Chain）[8]。其中聯(lián)盟鏈不是完全去中心化，只是部分的去中心化。一個(gè)聯(lián)盟鏈一般包含多個(gè)組織，每個(gè)組織可單獨(dú)建立一個(gè)實(shí)例或者共用一個(gè)實(shí)例，內(nèi)部指定多個(gè)預(yù)選的節(jié)點(diǎn)為記賬人，其他接入該聯(lián)盟鏈的節(jié)點(diǎn)可以參與聯(lián)盟中的交易，但是可不記賬。第三方可以通過(guò)鏈上的API進(jìn)行查詢。聯(lián)盟鏈容易進(jìn)行權(quán)限控制，并具有更高的可擴(kuò)展性，聯(lián)盟鏈的維護(hù)治理，一般由聯(lián)盟成員進(jìn)行，共識(shí)過(guò)程受到聯(lián)盟成員的控制，能很好地完成系統(tǒng)之間的信任訪問(wèn)和數(shù)據(jù)交易。

1.2特種設(shè)備聯(lián)盟鏈的作用

特種設(shè)備聯(lián)盟鏈通過(guò)新一代信息化技術(shù)將特種設(shè)備信息流在網(wǎng)絡(luò)空間提供機(jī)器自治的可能。

1.2.1 聯(lián)盟內(nèi)部應(yīng)用

在聯(lián)盟內(nèi)部可以提供參與方數(shù)據(jù)共享和追溯的服務(wù)，通過(guò)智能合約技術(shù)提升協(xié)同效能，如報(bào)告出具效率提升，通過(guò)共融技術(shù)實(shí)現(xiàn)全鏈條報(bào)告、證書(shū)數(shù)據(jù)的對(duì)齊，保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，便于識(shí)別和利用，如生產(chǎn)和使用單位（企業(yè)）作為區(qū)塊鏈中的一個(gè)組織，參與協(xié)同工作，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享，檢驗(yàn)、施工單位、監(jiān)管機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，通過(guò)建立相關(guān)施工告知智能合約規(guī)范，實(shí)現(xiàn)施工單位一鍵完成告知和報(bào)檢；在報(bào)告出具中關(guān)鍵設(shè)備信息參數(shù)的識(shí)別，可從聯(lián)盟鏈中設(shè)備相關(guān)上鏈單位提供信息獲取，提高報(bào)告出具效率，為檢驗(yàn)報(bào)告和證書(shū)的電子化提供基礎(chǔ)。通過(guò)智能合約技術(shù)提升效能；如果監(jiān)管機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)了特種設(shè)備的質(zhì)量問(wèn)題，借助區(qū)塊鏈提供的精準(zhǔn)追溯能力快速確定設(shè)備已經(jīng)流通的區(qū)域，加快問(wèn)題特種設(shè)備的召回速度。

1.2.2聯(lián)盟外部應(yīng)用

現(xiàn)有國(guó)家級(jí)數(shù)據(jù)平臺(tái)均為中心化模式，設(shè)立初衷主要是為滿足某類特種設(shè)備，或針對(duì)某個(gè)機(jī)構(gòu)和組織建立的系統(tǒng)?；诼?lián)盟鏈的建設(shè)與發(fā)展運(yùn)用“多中心化”的思維方式，強(qiáng)調(diào)“數(shù)據(jù)共治”的思想，是現(xiàn)有國(guó)家級(jí)數(shù)據(jù)平臺(tái)的支撐和補(bǔ)償。其作用主要在于，一是提供數(shù)據(jù)供給新路徑，如檢測(cè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，電梯應(yīng)急救援96333等系統(tǒng)針對(duì)某個(gè)機(jī)構(gòu)、某個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景建立的信息系統(tǒng)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)源較為單一，數(shù)據(jù)校驗(yàn)較為困難，本項(xiàng)目區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)反過(guò)來(lái)可以作為現(xiàn)有平臺(tái)的補(bǔ)充，通過(guò)聯(lián)盟確認(rèn)數(shù)據(jù)安全邊界，并提供數(shù)據(jù)開(kāi)放協(xié)議，為其提供一種新的數(shù)據(jù)供給方式。二是提供應(yīng)用補(bǔ)充新方法，如游樂(lè)設(shè)施健康檢測(cè)系統(tǒng)、電梯質(zhì)量追溯系統(tǒng)等針對(duì)某類特種設(shè)備監(jiān)管建立的信息系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)相關(guān)數(shù)據(jù)的流程信息，相關(guān)平臺(tái)可通過(guò)授權(quán)訪問(wèn)方式，查閱企業(yè)內(nèi)部更為詳細(xì)的存檔資料，作為現(xiàn)有平臺(tái)的延伸應(yīng)用。

2? 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)為特種設(shè)備區(qū)塊鏈云服務(wù)，提供特種設(shè)備行業(yè)全鏈路聯(lián)盟數(shù)據(jù)訪問(wèn)支持。如圖1所示，系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)庫(kù)層、區(qū)塊鏈層、基礎(chǔ)服務(wù)層、業(yè)務(wù)服務(wù)層、API接口層和客戶端層。其中數(shù)據(jù)庫(kù)層包括各個(gè)企業(yè)現(xiàn)有的傳統(tǒng)信息系統(tǒng)如MYSQL、ORCLE等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)為信息化能力較弱的無(wú)獨(dú)立信息系統(tǒng)的單位提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)服務(wù)，再如Redis、CouchDB等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)提供區(qū)塊鏈基礎(chǔ)存儲(chǔ)服務(wù)。區(qū)塊鏈層負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)區(qū)塊鏈功能，由不同組織間的多個(gè)共識(shí)節(jié)點(diǎn)、多個(gè)通道組成，通過(guò)建立節(jié)點(diǎn)、通道、共識(shí)策略、智能合約提供區(qū)塊鏈基礎(chǔ)服務(wù)?；A(chǔ)服務(wù)層實(shí)現(xiàn)在基礎(chǔ)區(qū)塊鏈服務(wù)結(jié)合云服務(wù)的基礎(chǔ)服務(wù)框架，包括賬本查詢、定時(shí)任務(wù)、消息隊(duì)列、日志服務(wù)、用戶權(quán)限和安全管理等功能。業(yè)務(wù)服務(wù)層將特種設(shè)備從生產(chǎn)、使用到檢驗(yàn)、監(jiān)管等環(huán)節(jié)分為組織單位，不同的企業(yè)可通過(guò)用戶注冊(cè)的形式，選擇其所在的組織單元注冊(cè)并登錄系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的操作和獲取。API接口層提供用戶API接口，用于自建系統(tǒng)的用戶自行接入和參與合約執(zhí)行任務(wù)。

3? 賬本模型

根據(jù)特種設(shè)備特點(diǎn)，特種設(shè)備聯(lián)盟鏈分為設(shè)備、單位、人員三套賬本，特種設(shè)備聯(lián)盟鏈賬本包含區(qū)塊頭和區(qū)塊體兩部分，其中區(qū)塊頭包含區(qū)塊ID（區(qū)塊高度）、本區(qū)塊HASH、本區(qū)塊版本、上一區(qū)塊HASH、默克爾哈希根（查驗(yàn)使用）以及時(shí)間戳等通用的區(qū)塊鏈頭信息[9]。區(qū)塊體方面根據(jù)特種設(shè)備數(shù)據(jù)應(yīng)用共享特點(diǎn)由唯一識(shí)別區(qū)、鏈內(nèi)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)共融區(qū)、鏈內(nèi)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)共融區(qū)以及公共數(shù)據(jù)獲取區(qū)四個(gè)區(qū)塊組成的賬本組成，如圖2所示。唯一識(shí)別區(qū)用于數(shù)據(jù)的共享互認(rèn)，唯一識(shí)別碼區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)均可唯一或者組合表達(dá)信息的唯一性；鏈內(nèi)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)共融區(qū)主要用于以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)保存如數(shù)據(jù)庫(kù)形式保存的數(shù)據(jù)的共享利用；鏈內(nèi)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)共融區(qū)作用于存檔電子資料，由于賬本數(shù)據(jù)需要廣播后背書(shū)記賬，所以賬本區(qū)電子資料只保存資料的HASH值，用戶需調(diào)閱資料時(shí)，通過(guò)加密通道讀取電子資料；公共數(shù)據(jù)獲取區(qū)通過(guò)系統(tǒng)與特種設(shè)備公示信息平臺(tái)等的交互，為企業(yè)提供便捷信息獲取和共享功能，包括聯(lián)盟鏈內(nèi)部應(yīng)用和外部系統(tǒng)共享兩種模式，其中盟鏈內(nèi)部應(yīng)用時(shí)保存賬本訪問(wèn)權(quán)限、訪問(wèn)對(duì)象、訪問(wèn)限制等信息，外部系統(tǒng)共享主要保存相關(guān)交互的接口地址、接口參數(shù)、接口名稱、接口描述及服務(wù)方式等信息。

系統(tǒng)以設(shè)備賬本維護(hù)為中心，通過(guò)單位、人員賬本的輔助建立數(shù)據(jù)共享鏈，提供全鏈條多主體的設(shè)備信息共享應(yīng)用服務(wù)。如圖3所示，單位賬本包含考試、評(píng)審、生產(chǎn)、使用、檢驗(yàn)檢測(cè)及監(jiān)管等單位，唯一識(shí)別區(qū)為統(tǒng)一社會(huì)信用代碼。人員賬本包括作業(yè)人員、檢驗(yàn)檢測(cè)人員、監(jiān)管人員、評(píng)審人員等人員信息，唯一識(shí)別區(qū)為人員身份證書(shū)。設(shè)備賬本包括設(shè)計(jì)、型式試驗(yàn)、制造、安裝、改造、維修、使用、維保、檢驗(yàn)、檢測(cè)、監(jiān)督等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)資產(chǎn)，唯一識(shí)別區(qū)由于歷史原因，目前特種設(shè)備沒(méi)有統(tǒng)一的設(shè)備追溯編碼，為保證設(shè)備唯一識(shí)別碼區(qū)能兼容各種設(shè)備識(shí)別情況，設(shè)計(jì)多種識(shí)別通徑，包括與系統(tǒng)識(shí)別相關(guān)的唯一識(shí)別碼如檢驗(yàn)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的設(shè)備識(shí)別碼、電梯安全質(zhì)量追溯平臺(tái)的整機(jī)編碼；與法律規(guī)范定義一致的設(shè)備代碼、使用登記編碼；以及基于經(jīng)驗(yàn)研判的出廠編號(hào)、型號(hào)、制造單位統(tǒng)一社會(huì)信用代碼唯一識(shí)別標(biāo)志等。單設(shè)備賬本將主要部件管理納入賬本，提供部件信息追溯更清晰的路徑。單位、人員賬本支撐設(shè)備賬本，同時(shí)單位賬本也為人員賬本提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

4? 結(jié)語(yǔ)

文中結(jié)合聯(lián)盟鏈的部分去中心化、不可篡改、數(shù)據(jù)可信共享等特點(diǎn)，基于聯(lián)盟鏈技術(shù)構(gòu)建了一種特種設(shè)備全鏈條多主體特種設(shè)備質(zhì)控分布式云平臺(tái)模型，通過(guò)賬本區(qū)域的數(shù)據(jù)資源描述，保證了數(shù)據(jù)規(guī)范描述與權(quán)屬清晰。在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景中，應(yīng)結(jié)合具體的使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)整，提升共識(shí)效率，通過(guò)分布式結(jié)合中心式系統(tǒng)的通訊，以及智能合約技術(shù)增加數(shù)據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景，進(jìn)一步發(fā)揮數(shù)據(jù)作為生產(chǎn)要素的價(jià)值?？傊?，通過(guò)聯(lián)盟鏈的技術(shù)應(yīng)用，能在信息共享、數(shù)據(jù)追溯和報(bào)告防偽等領(lǐng)域發(fā)揮作用，在后續(xù)應(yīng)用升級(jí)中，還應(yīng)考慮數(shù)據(jù)廣播造成的網(wǎng)絡(luò)吞吐量增大造成網(wǎng)絡(luò)堵塞，以及隨著聯(lián)盟參與組織的增加導(dǎo)致賬本數(shù)據(jù)過(guò)大等問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1]邵奇峰，金澈清，張召，等.區(qū)塊鏈技術(shù)：架構(gòu)及進(jìn)展[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2018，41（5）：969-988.

[2]王曉光，殷萌.區(qū)塊鏈平臺(tái)下航運(yùn)供應(yīng)鏈的兩階段定價(jià)研究[J/OL].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用：1-12[2022-11-09].

[3]王浩柱，謝秦，鄧方明，楊陽(yáng).基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈的新能源企業(yè)智能電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)[J].電氣傳動(dòng)，2022，52（20）：63-69.

[4]張新，彭祥貞，許繼平，王小藝，李海生，趙峙堯.基于區(qū)塊鏈智能合約的稻米供應(yīng)鏈動(dòng)態(tài)監(jiān)管模型[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2022，53（01）：370-382.

[5]張瑞、汪軍、袁慶祝.面向特種設(shè)備檢驗(yàn)的物聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈融合平臺(tái)應(yīng)用[J].江蘇通信，2022，38（01）：56-60.

[6]陳慰.特種設(shè)備技術(shù)檔案區(qū)塊鏈管理的探索與實(shí)踐[J].檔案與建設(shè)，2020，No.376（04）：63-65.

[7]馬良平，唐艷同，陶偉斌.淺析基于去中心化分布式云服務(wù)電梯追溯體系的構(gòu)建方案[J].中國(guó)設(shè)備工程，2022（01）：269-270.

[8]于戈，聶鐵錚，李曉華，張巖峰，申德榮，鮑玉斌.區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的分布式數(shù)據(jù)管理技術(shù)——挑戰(zhàn)與展望[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2021，44（01）：28-54.

[9]潘恒，錢海洋，姚中原，劉煒，斯雪明.典型區(qū)塊鏈存儲(chǔ)與查詢技術(shù)綜述[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)（理學(xué)版），2022，54（06）：34-50.