區塊鏈在高校儀器設備智能化管理中的應用

李 娜， 蔣林華

（華僑大學工商管理學院，福建泉州362021）

0 引 言

隨著高校的不斷發展，各類儀器設備的采購數量越來越多，而多個學院或研究中心采購的儀器設備不斷積壓在申購、論證或者審批、驗收階段，包括后期使用狀況、維修維護甚至資產處置，資產管理員無法清楚地掌握整個過程。現有的高校資產從數量上積累了大量的貴重儀器設備分布在各學院和研究中心，并且還有很多儀器設備對校外共享，因此建立一個公開透明的儀器設備實時動態信息很有必要。傳統資產狀態從申購、采購到最后的資產處置都是手動模式，資產管理員要查詢某個設備處于何種狀態就必須打電話咨詢或按流程查詢，這種模式容易發生信息不透明、相互推諉，甚至管理秩序混亂、工作效率不高等一系列問題。

區塊鏈技術已經改變了金融業，在過去10 年中創造了一個新的加密經濟，并且有潛力影響更多行業，包括物聯網［1］。物聯網利用大數據和云計算等顛覆性技術來克服其概念的局限性，區塊鏈將是下一個顛覆性技術之一，其在不需要權威的分布式環境中建立信任是一項技術進步，將改變共享信息的方式［2］。區塊鏈是一種非常實用的技術，可以用于解決物聯網中提到的安全和隱私等問題，因為它的主要功能包括分布式存儲、匿名和不可篡改的信息安全性［3］。探討區塊鏈特有的分布式存儲、透明管理、產品追溯等技術特點與高校資產管理相結合，能夠顯著提高資產管理員和監管部門的工作效率，全方位掌握儀器設備資產狀態，使傳統設備的管理變得透明和智能化。

在物聯網共享信息化的時代背景下，通過闡述分析校園儀器設備管理信息化發展過程存在的一系列問題，包括儀器設備的信息共享、使用的簡化以及設備狀態的查詢等問題，來探索如何運用區塊鏈技術在實際操作層面，升級資產管理的信息化水平，以期不斷提升校園資源的使用效率，從而完善校園儀器設備的智能化管理模式。

1 高校儀器設備管理現狀

高校儀器設備的管理涵蓋了是對其整個生命周期的管理與追蹤，總體上分為3 個階段：即資產采購階段、資產使用階段和資產處置階段，對于不同的資產管理員，每個階段互不透明［4］。目前資產管理模式過程煩瑣，容易造成儀器設備管理滯后、處理過程時間長，如何科學有效、更快速管理好儀器設備生命周期，提高資產管理人員工作效率，建立公開透明的儀器設備使用機制，并有效做好風險控制成為高校資產管理員需要解決的重要問題［5］。

（1）資產采購階段。高校資產采購依然有整套流程，學院及科研機構填報儀器設備立項申請書—儀器論證報告—設備處論證—領導簽字—招標采購，這套流程牽涉到多個部門和不同領導參加或簽字。申購單位提交紙質的采購申請計劃書到相關單位，一直到采購招標，資產管理員都不能實時掌握過程狀態［6］。如果發生審批不過關，或者缺乏某個材料等情況，單位采購員無法及時獲知，造成采購流程處理停滯，降低了工作效率［7］。

（2）資產使用階段。目前高校大型儀器平臺要求對外共享，存在大型儀器設備多方使用、管理，儀器使用報告無法形成統一管理，儀器維修維護不透明，管理失誤無法追責等缺點［8］，這種傳統管理模式已不能滿足儀器設備管理的現狀，不能形成儀器設備開放共享、公開透明的管理機制。高校資產管理委員會對資產清查時，時常出現賬物不符，以次充好等情況，甚至出現私自出售國有資產，這種管理過程不透明的問題就會對管理員與資產管理部門產生信任危機。

（3）資產處置階段。高校國有資產處置有著嚴格的規范要求，整個過程涉及所處置資產評估、資產盤虧、毀壞等處置行為。學院實驗設備和科研儀器設備管理員需要提出資產處置申請—單位審核—報資產管理處—資產處置論證—報省財政廳審核、批復—資產處置。整個資產處置過程都是提交紙質材料，資產管理員全程處于“瞎眼”狀態，完全不知道流程處于何種階段，這其中任何一個環節出現問題都得重新填寫申請書，補充相關材料。高端精密儀器設備處置過程對于資產評估小組人的能力和素質有更高的要求，處置過程形成的儀器剩余價值報告和后續的安排日程表對于資產管理員來說就特別重要［9］。

2 區塊鏈技術

區塊鏈技術是當前信息社會發展的一個重要技術革命，是互聯網應用發展的一個重要里程碑［10］。它是由多個獨立節點共同記錄數據信息的分散式賬本技術，其特點是不易篡改、高透明性、可塑性強，它提供了一種安全、穩定、透明且高效的信息記錄及信息交流模式［11］。區塊鏈的透明性包括架構公開透明和數據公開透明，用戶可以通過信息共享請求來獲得信息，也可以通過區塊高度來查詢某個區塊內包括的交易數據。區塊鏈把數據分成不同的區塊，通過時間記錄機制將數據信息以區塊形式存儲，并對其加上時間標記。每個區塊的時間標記將其前一個時間標記納入哈希值中，每一個隨后的時間標記都能對之前的時間標記進行增強，區塊之間都會由上一區塊的哈希值鏈接形成一個鏈條，形成追溯機制，保證所有存儲在區塊鏈上的資料都是可被確認與追蹤的。

區塊鏈主要的關鍵技術包括P2P網絡、加密技術和共識機制。區塊鏈采用P2P網絡實現去中心化，節點之間直接交換信息，發生交易時，通過節點之間大量的計算建立信任，多個節點共同確認而達成交易，省去了中心權威機構，有效解決了交易雙方的信任問題。在區塊鏈中主要應用非對稱加密算法，主要應用場景包括數字簽名、信息加密和登錄認證等［12］。區塊鏈的共識機制節點之間達成一致所使用的方法，主要包括工作量證明（POW）、權益證明（POS）、股份授權證明（DPOS）和pool驗證池。區塊鏈通過完整透明地更新信息，來保證交易雙方的信任，所有交易的可追溯。

區塊鏈的結構如圖1 所示，區塊鏈的概念與鏈表的概念非常相似，每個區塊都通過指針鏈接到下一個區塊。每個區塊由一個塊頭和一個數據塊組成，數據塊通常用于存儲區塊鏈用戶之間的交易列表，而頭段用于傳遞與區塊相關的有用信息，例如其長度和內容。此外，頭存儲前一塊的哈希值。這個哈希值有2 個作用：①每個塊都與前一個塊保持不變的鏈接；②第i個塊的散列值將取決于塊i -1 的散列值。這不僅使所有區塊鏈的塊互連在一起，還能防止這個鏈受到惡意攻擊。

圖1 區塊鏈結構

區塊鏈的運作流程大致如下：某個節點產生一次交易，每次交易都由數字簽名加密并由hash函數得出一串代表此交易的唯一哈希值，該值被廣播到整個區塊鏈網絡中給其他參與節點進行驗證。首先參與節點收集當前未被驗證的交易的集合，然后計算區塊頭的元素，包括哈希值，并將該值廣播到區塊鏈中；此時，區塊鏈中各個節點就依靠自己的算力來求解這個數學難題來驗證該交易，求解最快的獲得記賬權。獲得記賬權的節點將區塊廣播給所有節點，其他節點確認該區塊的有效性，并將其鏈接在區塊鏈上，驗證通過的區塊是無法篡改的，該過程不可逆。一旦接受該區塊后，各個節點會重新將未被驗證的交易創建一個新區塊開始下一次的計算。

3 區塊鏈技術在儀器設備智能化管理中應用

隨著區塊鏈在各個行業的巨大潛力被逐步發掘，區塊鏈被用在除貨幣、金融市場以外的領域，包括用于社會管理、科學、醫療等領域［13-15］。區塊鏈已經實現了公共／私有加密、哈希、共識和容錯等多種機制，其安全性方面的有效性已經在許多網絡場景中得到了廣泛的調查和驗證。因此，區塊鏈被認為是設計安全可靠的物聯網系統的關鍵技術。

區塊鏈技術應用在校園儀器設備管理中的創新性特征有：

（1）資產信息透明度高。區塊鏈網絡為資產管理全生命周期提供了信息狀態實時、可靠的視圖，所有區塊中的資產數據信息以代碼的形式存儲，根據現實時間進行實時更新，資產管理員隨時可以查詢相關信息。分布式賬本解決了元數據存儲的性能瓶頸和單點故障等問題，區塊鏈中每一個區塊都利用前一個區塊的哈希加密信息對交易信息進行一致性驗證，所有節點同時記賬保證數據信息的同步性、透明性和安全性。

（2）數據安全性高。區塊鏈應用了極難破解的哈希函數和非對稱加密機制保證了區塊鏈的交易安全性，此外鏈上的每個區塊節點都存儲同樣信息，相互監督相互驗證，改動任何交易信息必須改動記錄該信息的全部區塊。新增加的區塊節點信息要獲得認同，就必須同所有節點或絕大多數節點達成共識，每個節點信任依據源自自己的歷史數據或某種區塊共識機制。共識機制的應用有助于實現數據信息的即時傳輸、確認、糾偏及審查，共識機制的驗證方相互獨立，有效保障了數據資料的客觀性、真實性、準確性及可信性。

（3）記錄信息可信度高。區塊鏈上的資料向所有使用者公開，區塊鏈中的所有人可以通過開源的信息共享請求，審查全部賬簿和交易信息，不需要權威來提供信用擔保和信用背書。同時鏈上的每條信息資料均被加上時間標記，形成時間戳記，構建了強有力的時間追溯機制。區塊鏈的可追溯機制、防篡改機制能保障數據資料信息的完整性且不能被篡改，將基本信息、應用專長等記錄在區塊鏈上，保證所有存儲在區塊鏈的資料均可被確認和追蹤。

3.1 區塊鏈在儀器設備管理中的運行機制

本文將區塊鏈技術用來對資產狀況記錄進行保存和管理，可以理解為區塊鏈上的儀器設備狀態記錄本。如果把儀器設備狀態記錄本當做成一個賬本，這個賬本是掌握在學校資產處手中，其他部門或者教師對整個校園資產并不了解，這就使資產管理無法公開透明，如果可以用區塊鏈技術來保存這個儀器設備狀態、檢驗數據，就有了整個儀器設備狀態記錄的完整數據庫。通過應用區塊鏈技術，教職工自己和資產管理機構都可以掌握資產信息，任何申請使用儀器設備的記錄和使用時設備的狀態等數據都能夠被調查追蹤，然后記錄到區塊鏈上。不管是對儀器設備使用或者進行維護，都有歷史數據可循，而這些數據的掌握者是參與管理和使用的每個教職工，從而省去了中心權威機構。

圖2 基于區塊鏈的儀器設備管理示意圖

如圖2 所示，①校園資源設備可以通過創建一個覆蓋網絡，形成一個儀器設備物聯網系統，來實現一個可公開訪問的分布式區塊鏈，以確保端到端的安全和隱私。覆蓋網絡可能包含大量節點，將這些節點的信息都加入區塊鏈的數據庫，這些覆蓋節點生成的交易使用非對稱加密、數字簽名和加密哈希函數進行安全保護。②資產狀態信息的查詢和共享。根據資產業務情況分為賬戶區塊鏈和交易區塊鏈。賬戶區塊鏈只存儲賬戶信息和交易后的信息，但不執行交易；交易區塊鏈僅存儲對交易有用的信息且執行相關交易。③學院或研究中心資產管理員擁有賬戶區塊鏈，用于查詢資產狀態，如論證審批、資產驗收、維修維護、效益考核以及資產處置；交易區塊鏈由學校資產管理小組掌握，擁有儀器設備的交易權，這樣有利于劃分職責，分工明確，共享資產狀態信息，提高工作效率。基于區塊鏈技術的資產管理不是對資產管理過程中發生的事件進行信息分享，而是在分享信息前就按照上述分工方式提前規劃好資產信息狀態，并共享到交易區塊鏈上，每個資產管理員擁有訪問區塊鏈權限，可隨時獲取資產狀態信息。④在鏈上新加區塊。資產信息交換時會將當前發生的資產狀態節點信息、其他業務線上相關的資產狀態節點信息、未來發生的相關的計劃資產狀態節點信息一起發送給其他節點。各個資產管理員在收到這一次的信息后進行保存，同時也會在下一時刻收到后續發生的資產狀態節點以及此時其他業務線上相關的資產狀態節點信息和此時相關的計劃資產狀態節點信息，將2 次收到的信息進行比較以區別信息是否有變化，如有變化則大家都在鏈上新加一個已變的資產狀態信息，從而完成了新區塊的添加。

3.2 儀器設備的狀態追蹤方法

利用區塊鏈技術建立資產設備狀態追蹤信息網絡，這個網絡包括資產設備全生命周期管理數據、代表資產管理鏈中主管單位的主節點、代表資產管理鏈中各學院的次節點，資產狀態追蹤方法如圖3 所示。

圖3 基于區塊鏈技術的資產狀態追蹤方法

（1）學校主管部門作為主節點先對各個學院或研究中心的從節點進行身份驗證，并為通過身份驗證的，從節點分配一對私鑰和訪問權限；從節點通過身份驗證后即可加入區塊鏈網絡中，構成資產管理鏈中的私有區塊鏈，當需要信息交換可以上傳信息和查詢信息。

（2）獲得訪問授權的次節點資產管理員A 可向主節點發送資產狀態信息共享請求，并將共享資產狀態信息分發給資產管理員B；同時建立一個區塊，將主節點對于該請求的反饋信息和資產管理員A 登記信息都寫入區塊鏈，登記信息包括身份信息和公鑰。

（3）學院資產管理員A 根據所需的資產狀態信息，如資產采購階段所需要的采購信息、資產管理階段所需要的資產管理信息、資產處置階段所需要的資產處置信息等，利用私鑰簽名后發給相關管理部門的主節點；如果資產管理A要請求的信息為某一資產狀態的信息，則資產管理員A需要將當前要發送的資產狀態信息、未來發生的相關的計劃資產狀態信息同時上傳到區塊鏈中。

（4）根據區塊鏈的共識機制，鏈上的其他從節點依據已存儲的信息驗證資產管理員A 的合法性，待身份驗證合法后利用資產管理員A 的公鑰驗證管理部門主節點所接受的信息共享請求數據的真實性。所有信息驗證合法后，本次資產狀態信息請求過程產生的數據業務進行存儲并生成相應的隨機數，將隨機數連同相應的時間戳寫入區塊鏈中。

（5）資產狀態數據請求信息寫入區塊鏈后，學院資產管理員B就會在某個t時刻獲取到資產管理員A上傳的信息并保存，該信息包括了資產管理員A 代表學院或研究中心想要獲取的資產狀態，資產設備全生命周期所處的環節，及時提供相關的資產材料以保證資產設備的采購、使用和處置的狀態信息。

（6）在t ＋1 時刻，資產管理員B收到資產管理員A中后續請求的資產狀態信息、t ＋1 時刻管理部門主節點的反饋信息、t ＋1 時刻資產管理流程下一步的計劃狀態信息；資產管理員B 2 次收到的資產狀態信息中存在相同的資產狀態共享請求節點，此時資產管理員B根據相同共享請求節點上信息的異同來判斷資產狀態數據是否發生變化并根據結果與資產管理員A進行溝通。

與現有的資產管理模式相比，基于區塊鏈技術的管理方案不僅可以增強高校資產管理參與者之間的信任度和透明度，將數據存儲在區塊鏈上，資產管理活動中的每次交易變化都被記錄在區塊鏈上，保證了數據的不可篡改性和追溯性。同時也不再需要進行人工審核和合作伙伴審查，有效緩解儀器設備共享和管理過程中效率低下的問題。

4 結 語

隨著互聯網的高速發展，社會信息化程度的提高，利用新技術解決傳統的資產管理模式中的低效率已成為一種趨勢，在校園儀器設備管理過程中加入區塊鏈技術能實現設備管理的智能化、系統化、規范化和信息化的動態管理過程。無論是在采購管理階段、資產使用階段還是資產處置階段，區塊鏈技術能透明化管理全過程，既提高了工作效率又形成了及時的反饋機制。隨著區塊鏈技術的不斷完善和發展，并與資產管理進行深入結合，將給資產管理工作帶來新的契機。