淺談區塊鏈技術在港口的應用和挑戰

宮志奇

摘 要：區塊鏈是分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術的新型應用模式，具有去中心化、開放性、自治性、信息不可篡改、匿名性等特點，本文解析區塊鏈技術的內涵、特性、架構模型、核心技術，以傳統航運發展概況為導向，淺談區塊鏈技術在港口應用過程中面臨的挑戰。

區塊鏈是分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術的新型應用模式。[1] 區塊鏈（Blockchain），是比特幣的一個重要概念，它本質上是一個去中心化的數據庫，同時作為比特幣的底層技術，是一串使用密碼學方法相關聯產生的數據塊，每一個數據塊中包含了一批次比特幣網絡交易的信息，用于驗證其信息的有效性（防偽）和生成下一個區塊。[2]比特幣白皮書英文原版[3]其實并未出現 blockchain 一詞，而是使用的 chain of blocks。最早的比特幣白皮書中文翻譯版[4]中，將 chain of blocks 翻譯成了區塊鏈。這是“區塊鏈”這一中文詞最早的出現時間。國家互聯網信息辦公室2019年1月10日發布《區塊鏈信息服務管理規定》，自2019年2月15日起施行。[5]

1 區塊鏈的內涵

狹義來講，區塊鏈是一種按照時間順序將數據區塊以順序相連的方式組合成的一種鏈式數據結構，并以密碼學方式保證的不可篡改和不可偽造的分布式賬本。

廣義來講，區塊鏈技術是利用塊鏈式數據結構來驗證與存儲數據、利用分布式節點共識算法來生成和更新數據、利用密碼學的方式保證數據傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數據的一種全新的分布式基礎架構與計算方式[6]。

2 區塊鏈的特點有以下五個

2.1 去中心化

由于使用分布式核算和存儲，體系不存在中心化的硬件或管理機構，任意節點的權利和義務都是均等的，系統中的數據塊由整個系統中具有維護功能的節點來共同維護。

2.2 開放性

系統是開放的，除了交易各方的私有信息被加密外，區塊鏈的數據對所有人公開，任何人都可以通過公開的接口查詢區塊鏈數據和開發相關應用，因此整個系統信息高度透明。

2.3 自治性

區塊鏈采用基于協商一致的規范和協議（比如一套公開透明的算法）使得整個系統中的所有節點能夠在去信任的環境自由安全的交換數據，使得對“人”的信任改成了對機器的信任，任何人為的干預不起作用。

2.4 信息不可篡改

一旦信息經過驗證并添加至區塊鏈，就會永久的存儲起來，除非能夠同時控制住系統中超過51%的節點，否則單個節點上對數據庫的修改是無效的，因此區塊鏈的數據穩定性和可靠性極高。

2.5 匿名性

由于節點之間的交換遵循固定的算法，其數據交互是無需信任的（區塊鏈中的程序規則會自行判斷活動是否有效），因此交易對手無須通過公開身份的方式讓對方對自己產生信任，對信用的累積非常有幫助。[1]

3 架構模型

區塊鏈系統由數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層和應用層組成。數據層封裝了底層數據區塊以及相關的數據加密和時間戳等基礎數據和基本算法;網絡層則包括分布式組網機制、數據傳播機制和數據驗證機制等;共識層主要封裝網絡節點的各類共識算法;激勵層將經濟因素集成到區塊鏈技術體系中來，主要包括經濟激勵的發行機制和分配機制等;合約層主要封裝各類腳本、算法和智能合約，是區塊鏈可編程特性的基礎;應用層則封裝了區塊鏈的各種應用場景和案例。該模型中，基于時間戳的鏈式區塊結構、分布式節點的共識機制、基于共識算力的經濟激勵和靈活可編程的智能合約是區塊鏈技術最具代表性的創新點[6]。

4 核心技術

區塊鏈主要解決交易的信任和安全問題，有四個技術創新：

第一個叫分布式賬本，就是交易記賬由分布在不同地方的多個節點共同完成，而且每一個節點都記錄的是完整的賬目，因此它們都可以參與監督交易合法性，同時也可以共同為其作證。

第二個叫做非對稱加密和授權技術，存儲在區塊鏈上的交易信息是公開的，但是賬戶身份信息是高度加密的，只有在數據擁有者授權的情況下才能訪問到，從而保證了數據的安全和個人的隱私。

第三個叫做共識機制，就是所有記賬節點之間怎么達成共識，去認定一個記錄的有效性，這既是認定的手段，也是防止篡改的手段。

第四個叫做智能合約，智能合約是基于這些可信的不可篡改的數據，可以自動化的執行一些預先定義好的規則和條款。

5 區塊鏈技術在港口的應用

5.1 智能單證

智能單證的核心是區塊鏈智能合約技術，單證相關人員系統生成的汽運進港作業憑證上傳到區塊鏈各節點，系統自動對數據進行推演，運費及運輸環節構成是透明的，貨主可方便地查看費用詳情。

5.2 智能監管

港口業務的核心是貨物，上游客戶通過商務合同將貨物運輸到港口進行裝卸作業，隨后運輸到下游客戶簽收。在這個流程中，下游客戶比較關注貨物在運輸途中以及港口的裝卸情況，客戶貸款時銀行也比較關注是否有足夠的貨物進行質押，口岸查驗單位比較關注貨物在港口的情況。將貨物在運輸途中、港口裝卸及確權信息進行上傳到供應鏈的各個節點，可以滿足各個貨物相關人的需要，下游客戶隨時掌握貨物的動態，銀行實施關注質押貨物及發運動態，口岸查驗單位實現實時動態監管。由于區塊鏈上的信息不可篡改，也有助于了解企業的經營狀況。

6 區塊鏈技術面臨的挑戰

區塊鏈更廣泛的應用于商業領域，雖然區塊鏈被認為具有顛覆航運業的潛力，由于航運業具有節點多、流程復雜、原有運作模式較成熟且被廣泛應用等特點，區塊鏈現階段還很難介入航運業，要讓區塊鏈更適合航運應用場景，以下幾個問題需要得到解決。

（1）社會認可程度不高。區塊鏈技術的痛點在于缺乏有權威的第三方監管的前提下，讓區塊鏈各相關人解決信任的問題。區塊鏈技術應用于航運業除了提高社會公信力，還要加強國家、區塊鏈企業和科研機構的深入合作。

（2）缺乏統一的標準和規范。目前區塊鏈技術已經被運用于藝術行業、法律行業、開發行業、房地產行業、物聯網、保險行業等多個領域。在各個領域的應用過程中，都是自行搭建節點，自行開發，自行測試，并未形成統一的標準，各個領域各自為戰，除了在規范性存在問題外，在數據的通用性方面存在。

（3）國際、國內航運業數據壁壘嚴重。說到航運業不得不提到口岸查驗單位，國內的海事、海關、邊檢都是各自建立軟件系統，數據壁壘很難打通，國際方面的數據打通更是難上加難。因此，將航運領取的所有數據存放在區塊鏈，并實現數據的共享，需要較長的時間，尤其是要改變政府的服務方式。

（4）航運業面臨艱難和不可預測的未來。產能過剩、信托問題、利潤下降、競爭日益激烈，這些挑戰以及社會對物流供應鏈的透明度、問責機制和責任感的更高要求，將推動行業探索新的解決方案。

參考文獻

[1]5分鐘保證能看懂的區塊鏈簡史：解讀這場技術革命的前世今生.新浪網.2018-1-12[引用日期2018-1-12]

[2]區塊鏈：定義未來金融與經濟新格局.百度百科[引用日期2017-01-19]

[3]Bitcoin：A Peer-to-Peer Electronic Cash System ?.Bitcoin.org[引用日期2019-01-05]