區(qū)塊鏈技術(shù)在化工企業(yè)環(huán)境污染治理上的應(yīng)用研究

姚紅梅(安徽六國化工股份有限公司，安徽 銅陵 244023)

0 引言

《中國制造2025》是實(shí)施制造強(qiáng)國的戰(zhàn)略文件，是我國實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的行動(dòng)綱領(lǐng)。加強(qiáng)化工企業(yè)的工業(yè)信息改造，通過發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，完成化工企業(yè)的新技術(shù)改造。化工企業(yè)是一個(gè)高能耗，高污染企業(yè)，通過技術(shù)改造，結(jié)合信息技術(shù)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高企業(yè)核心競(jìng)爭力。最近剛剛興起的區(qū)塊鏈技術(shù)也將會(huì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)采用，區(qū)塊鏈技術(shù)在化工企業(yè)如何得到應(yīng)用是個(gè)值得研究的課題。本文從區(qū)塊鏈的概念、特點(diǎn)、本質(zhì)談起，結(jié)合化工企業(yè)環(huán)保治理現(xiàn)狀等實(shí)際情況來探討下區(qū)塊鏈技術(shù)在化工企業(yè)環(huán)境保護(hù)治理上的應(yīng)用。

1 區(qū)塊鏈的簡單介紹

1.1 區(qū)塊鏈起源及概念

區(qū)塊鏈?zhǔn)峭ㄟ^P2P技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，利用機(jī)密技術(shù)，通過時(shí)間戳來決定信息先后等技術(shù)。區(qū)塊鏈?zhǔn)峭ㄟ^廣播形式，最終建立完全互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。只有基于51%的以上用戶協(xié)商一致后，才能作為信息存儲(chǔ)下來。最早的區(qū)塊鏈應(yīng)用是比特幣，先建立網(wǎng)絡(luò)，然后存儲(chǔ)單元存放信息，任何操作所有區(qū)塊都存儲(chǔ)，這種去中心化的思想，增加了攻擊難度，各個(gè)區(qū)塊之間通過隨機(jī)散列(哈希算法，Hash算法)實(shí)現(xiàn)鏈接，后一個(gè)區(qū)塊包含前一個(gè)區(qū)塊的哈希值，隨著信息交流的擴(kuò)大，一個(gè)區(qū)塊與一個(gè)區(qū)塊相繼接續(xù)，形成的結(jié)果叫區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈本質(zhì)還是一個(gè)數(shù)據(jù)庫，只是以往數(shù)據(jù)庫一般是中心化的，而區(qū)塊鏈?zhǔn)侨ブ行幕ㄟ^工時(shí)機(jī)制，Hash散列等技術(shù)的一種新型應(yīng)用。

1.2 區(qū)塊鏈的特征

區(qū)塊鏈?zhǔn)菄野l(fā)展核心技術(shù)、自主創(chuàng)新的重要突破口，具有如下性質(zhì)。

第一，去中心化。區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計(jì)是考慮到以往數(shù)據(jù)庫中心化，只要對(duì)中心數(shù)據(jù)庫篡改，就會(huì)對(duì)整個(gè)信息改變，造成錯(cuò)誤信息。因此，去中心化就是沒有中心區(qū)塊，通過分布式存儲(chǔ)，各區(qū)塊實(shí)行信息自我驗(yàn)證，自我管理、自我傳遞。

第二，開放性。區(qū)塊鏈中數(shù)據(jù)是對(duì)所有人開放，可以通過公開接口查詢信息，使信息高度透明，只對(duì)私有信息加密。

第三，獨(dú)立性。通過協(xié)商，達(dá)成一致規(guī)范和協(xié)議、區(qū)塊能夠自身進(jìn)行安全地驗(yàn)證、交換數(shù)據(jù)，自動(dòng)完成，無需干預(yù)。

第四，安全性。區(qū)塊鏈?zhǔn)峭ㄟ^協(xié)商來進(jìn)行數(shù)據(jù)庫更新的，因此，只有達(dá)到半數(shù)以上同意才能進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，因此，一個(gè)或幾個(gè)被篡改(低于50%區(qū)塊)，將會(huì)被別的區(qū)塊把數(shù)據(jù)修正正確。現(xiàn)在，大部分應(yīng)用都是基于區(qū)塊鏈的安全性來進(jìn)行的。

第五，匿名性。區(qū)塊鏈上的區(qū)塊地址均是匿名的，區(qū)塊之間均不能知道對(duì)方私密信息。

2 應(yīng)用背景

區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)越來越成熟，許多行業(yè)已經(jīng)開始研究區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用。對(duì)于化工行業(yè)來說，區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用也將成為可能，尤其是針對(duì)化工企業(yè)的環(huán)保問題來說，區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用可能會(huì)給環(huán)境治理問題的解決帶來意想不到的好處。

眾所周知，我國在經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得巨大成效，環(huán)境問題也出現(xiàn)很大問題。我們現(xiàn)在要注意環(huán)保問題，國家已經(jīng)作為一種國策。化工企業(yè)是制造業(yè)的重要一部分，不斷為國家發(fā)展做出貢獻(xiàn)，但也產(chǎn)生了一些問題：高排放、高污染和高能耗。多數(shù)化工企業(yè)在建成多年，在當(dāng)時(shí)條件時(shí)，無法達(dá)到現(xiàn)在環(huán)境保護(hù)要求，因此，環(huán)境治理方必須加快發(fā)展，立即建立行之有效的解決方案。

現(xiàn)在化工企業(yè)要么淘汰，要么緊隨時(shí)代潮流，運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)來為企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營服務(wù)。新興的區(qū)塊鏈技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)成為趨勢(shì)，解決企業(yè)環(huán)境污染治理也可以利用納入企業(yè)信息化建設(shè)，利用區(qū)塊鏈技術(shù)來設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)，為企業(yè)環(huán)境污染治理服務(wù)。

3 在化工企業(yè)環(huán)境污染治理中應(yīng)用的主要區(qū)塊鏈技術(shù)

3.1 利用區(qū)塊鏈的去中心化存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并收集環(huán)境數(shù)據(jù)

區(qū)塊鏈?zhǔn)侨ブ行幕拇鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)，多個(gè)區(qū)塊組成端到端的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)區(qū)塊的地位都是對(duì)等的，個(gè)別區(qū)塊的故障不會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)。在化工企業(yè)，可以把從事生產(chǎn)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)成個(gè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)塊，各個(gè)區(qū)塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)收集環(huán)境數(shù)據(jù)，建立污染記錄數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境污染預(yù)警的智能化。可以利用區(qū)塊鏈的防篡改、可追溯特性，對(duì)環(huán)境質(zhì)量狀況進(jìn)行完整的記錄；在對(duì)以往環(huán)境污染問題總結(jié)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)融合、分析，找出環(huán)境潛在污染；將預(yù)警規(guī)則以合約條款的形式寫入計(jì)算機(jī)程序當(dāng)中。

區(qū)塊鏈?zhǔn)莿?chuàng)造信任的網(wǎng)絡(luò)，區(qū)塊之間是按規(guī)則操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)體系的信任，區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)記錄和規(guī)則都是透明的。任何人都可用公用接口來查詢數(shù)據(jù)，人為無法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更改。可以說區(qū)塊鏈應(yīng)用到企業(yè)環(huán)境治理中打破了信任避壘，促進(jìn)環(huán)境污染治理的高效開展。打造多元環(huán)境污染治理格局。

3.2 實(shí)現(xiàn)信息價(jià)值共享

環(huán)境保護(hù)治理不單是政府、某個(gè)企業(yè)、某個(gè)部門自己的事。因此信息數(shù)據(jù)溝通與信息價(jià)值的共享顯的十分重要。通過區(qū)塊鏈“去中心化”的特性可以改變當(dāng)前環(huán)境污染治理數(shù)據(jù)壁壘和數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象。可綜合多部門的信息數(shù)據(jù)，加快信息流通，在環(huán)保治理方面建立起更加緊湊、更加扁平的組織結(jié)構(gòu)，打破信任壁壘，實(shí)現(xiàn)信息價(jià)值共享，提升環(huán)境污染治理能力。

4 化工企業(yè)環(huán)境污染治理體系構(gòu)建

廣義區(qū)塊鏈系統(tǒng)可由數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層、激勵(lì)層、合約層和應(yīng)用層組成。在化工企業(yè)可以構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的用于化工企業(yè)環(huán)境污染治理的私有區(qū)塊鏈體系，可簡單設(shè)計(jì)為如下三層：硬件基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)支撐與服務(wù)層、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)層。具體如圖1。

圖1 化工企業(yè)環(huán)境污染治理體系示意圖

4.1 硬件基礎(chǔ)設(shè)施層

可利用化工企業(yè)原有的信息網(wǎng)基礎(chǔ)硬件設(shè)施進(jìn)行擴(kuò)充與拓展，滿足系統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備、處理器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、外部接口的需求。利用分布式組網(wǎng)機(jī)制、數(shù)據(jù)傳播機(jī)制和數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)制構(gòu)建化工企業(yè)環(huán)境污染治理體系區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)層。

4.2 數(shù)據(jù)支撐與服務(wù)層

該層為區(qū)塊鏈系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理層，本層封裝底層數(shù)據(jù)，并附上相關(guān)的數(shù)據(jù)加密和時(shí)間戳等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和基本算法。其中主要是各類工時(shí)算法、腳本等智能合約、收據(jù)傳遞和打包、哈希存儲(chǔ)等。收集到并傳遞到系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)在進(jìn)行初步處理的基礎(chǔ)上結(jié)合個(gè)關(guān)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行深度發(fā)掘和分析找出潛在污染建立污染記錄數(shù)據(jù)庫，把握環(huán)境污染發(fā)生規(guī)律預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)，定好預(yù)警規(guī)則進(jìn)行自動(dòng)預(yù)警。

4.3 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)層

該層封裝了區(qū)塊鏈的各種應(yīng)用場(chǎng)景和案例，并可進(jìn)行靈活編程開發(fā)，建立環(huán)境污染防控系統(tǒng)、環(huán)境數(shù)據(jù)檔案系統(tǒng)等等的應(yīng)用系統(tǒng)。

該化工企業(yè)環(huán)境污染治理體系模型中，基于時(shí)間戳的鏈?zhǔn)絽^(qū)塊結(jié)構(gòu)、分布式區(qū)塊的共識(shí)機(jī)制、基于共識(shí)算力的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)和靈活可編程的智能合約是區(qū)塊鏈技術(shù)最具代表性的創(chuàng)新點(diǎn)。

5 區(qū)塊鏈技術(shù)在化工企業(yè)環(huán)境污染治理上應(yīng)用的影響

區(qū)塊鏈技術(shù)在化工企業(yè)環(huán)境污染治理上的應(yīng)用可以建立基層的化工企業(yè)私有環(huán)境污染治理區(qū)化鏈體系，改變傳統(tǒng)的以政府監(jiān)督機(jī)制下的環(huán)境污染治理體系，通過廣泛的監(jiān)督機(jī)制，讓政府、相關(guān)各方能夠通過區(qū)塊鏈來管理環(huán)境污染治理，從而提升整個(gè)社會(huì)的環(huán)境污染治理能力并促進(jìn)環(huán)境污染治理的科學(xué)決策。這樣有利于于環(huán)境污染治理主體從政府向多元化轉(zhuǎn)變。區(qū)塊鏈通過P2P技術(shù)和共識(shí)機(jī)制，可在各個(gè)主體之間形成一個(gè)去中心化的“自組織”，使不同的區(qū)塊達(dá)成信任。這樣也具有權(quán)威性，減少公眾質(zhì)疑，加快問題解決時(shí)間。

區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到化工企業(yè)的環(huán)境污染治理中，不僅有利于環(huán)境污染治理的智能化和高效化；同時(shí)區(qū)塊鏈的智能合約技術(shù)使環(huán)境污染治理現(xiàn)有流程自動(dòng)化處理，將智能合約內(nèi)置于體系中進(jìn)行自動(dòng)執(zhí)行，可防止人工誤操作也節(jié)約了人力資源促進(jìn)環(huán)境污染治理的智能化、高效化。

6 結(jié)語

區(qū)塊鏈由于其數(shù)據(jù)公開透明、分布廣泛，并且不可篡改和偽造的特點(diǎn)，可以有效消除環(huán)境污染治理中的欺詐、造假等行為。區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)當(dāng)盡早應(yīng)用到國家的環(huán)境污染治理中。化工企業(yè)應(yīng)當(dāng)建設(shè)屬于自己的私有區(qū)塊鏈系統(tǒng)，同時(shí)政府環(huán)境保護(hù)部門要首先建設(shè)政府環(huán)保治理區(qū)塊鏈系統(tǒng)，以此來適應(yīng)新形式下的環(huán)境污染治理的特點(diǎn)與要求。政府與化工企業(yè)都要及時(shí)培養(yǎng)相關(guān)人才，創(chuàng)新管理模式，構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的環(huán)境污染治理體系，提升環(huán)境污染治理能力，改善化工企業(yè)的環(huán)保現(xiàn)狀，為國家的環(huán)境保護(hù)工作做出貢獻(xiàn)。