區塊鏈技術在礦產資源管理中的應用研究

李 東，楊淑婧，楊 森

（云南省測繪資料檔案館（云南省基礎地理信息中心），云南 昆明 650034）

礦產資源關乎國家經濟安全、國防安全和戰略性新興產業發展。云南省的礦產資源豐富，在自然資源部公布的33種關鍵礦產資源名錄中，探明儲量的金屬礦產包括銦、鉈、鎘、鍺、鉑、鈀、鋨、釕等十余種，其中銦、鉈、鎘關鍵金屬儲量均居全國第1位; 鍺居全國第2 位；鍶(天青石〉居全國第5 位；鈹、鋯居全國第6 位。同時，南亞東南亞礦產資源同樣豐富，云南具有對沿邊開放和利用周邊國家礦產資源的獨特區位優勢[1]。

當前，我國區塊鏈賦能礦產資源管理體系建設尚處于起步階段，若能抓住區塊鏈產業發展的戰略機遇，依托云南省區塊鏈平臺構建自然資源區塊鏈節點，實現礦產資源權籍信息上鏈，不僅將填補和拓展區塊鏈產業的賦能領域，為礦產資源調查、確權、登記、流轉、交易等業務管理需求提供準確可靠的數據支撐，帶來新的經濟增長點。也為探索國土空間全域數字化、實現國土空間治理工作網絡化、國土空間規劃監管智能化提供科學示范。

1 區塊鏈技術在礦產資源管理中的應用場景分析

1.1 區塊鏈技術特點

（1）多中心化。傳統的分布式數據庫，多用于災備場景，如金融機構的兩地三中心架構，本質上依然是中心化的系統。相比之下，區塊鏈無中心節點，每個節點都擁有完整的交易信息，任何數據的寫入都需要獲得大多數節點的同意。

（2）不可篡改。區塊鏈采用鏈式存儲結構，維護一條不斷增長的區塊構成的鏈，只能添加新區塊而不能刪除或修改數據，即，已經發生過的交易信息無法篡改。

（3）隱私保護。通過密碼學機制來確保交易過程無法抵賴和破壞，并保護用戶信息和記錄的隱私性。

1.2 礦產資源管理難點與短板

（1）確權管理難。關鍵礦產資源管理領域存在產權主體規定不明確、自然資源資產所有者主體不到位、權益不落實、因產權主體不清造成“公地悲劇”、收益分配機制不合理等問題，同時也存在精準開發不足、資源無序開發及濫采亂挖等問題。

（2）總量管理不足，低價出口等問題。礦產資源在精準開發、追溯來源、追蹤去向等方面問題依然突出，提高國際定價能力還有很大空間。資源參與主體存在利已主義行為動機和多開發多獲利傾向。

（3）生態環境保護及監管等問題。生態治理不足，資源開發收益與生態治理責任無法完全匹配。自然資源資產所有者主體不到位、生態治理權責不明晰問題，導致開發利用粗放、治理任務艱巨，治理難度較大[2]。

1.3 區塊鏈核心業務場景

（1）礦產資源確權。利用區塊鏈技術不可篡改、操作留痕的技術機制解決自然資源管理過程中遇到的所有者確權問題。可利用區塊鏈的數字身份機制，讓所有區塊鏈平臺的參與者都會被分配一個數字身份，平臺上所有的業務操作都以此身份進行，可有效解決產權主體不分造成的相關問題[3]。

（2）礦產資源全生命周期管理。利用區塊鏈技術可將礦產資源的探礦、開采、加工、冶煉、交易以及資源再回收等全過程利用區塊鏈技術記錄下來，從而解決跟蹤礦產資源的來源和去向等問題，防止國家稀有礦產資產低價出售，非法出境交易。礦產資源參與主體納入平臺管理，可以防止參與主體利己主義動機行為的發生。

（3）生態治理。利用區塊鏈天然的自治能力，解決礦產資源開發過程遇到的治理問題，解決礦產資源開發收益與生態治理責任無法匹配的問題。在自然資源開發過程中，一些開發主體在獲益的同時傷害了其他主體的利益，造成各種利益沖突問題，因為開發主體不明確，導致產權糾紛頻發，監管難以解決。通過利益相關方共享區塊鏈平臺，利益相關方基于區塊鏈平臺實現多方協作，保護資源健康開發[4,5]。

（4）監管審計。利用區塊鏈技術實現礦產資源交易全部過程的監管審計。鏈上記錄全程交易及每筆交易的實現細節。每筆交易包含相關責任人的數字簽名，符合國家監管政策。通過權限過濾，數據隔離，密碼學等手段實現安全審計，滿足監管要求。

2 區塊鏈礦產資源管理平臺設計

礦產資源管理體系以朔源為基礎，以區塊鏈技術為支撐，旨在解決礦產資源生命周期全過程管理，確保礦產資源的探查、開發、交易、確權、生態等過程的健康有序進行。

2.1 總體架構設計

基于區塊鏈技術的礦產資源管理平臺總體設計，包含業務應用層、能力支撐層、基礎設施層、數據來源層、標準規范體系、運營保障體系6個部分。業務應用層提供具體產品確權管理、產品及貿易追溯及信息管理、生態環境監管等應用，能力支撐層提供能力保障，基礎設施層提供基礎資源支撐，數據來源層提供戰略性關鍵金屬追溯體系建設所需的數據。

圖1 總體架構設計圖

2.2 技術設計

如下圖所示，區塊鏈技術架構包括區塊鏈應用、應用適配器、區塊鏈框架3個部分。區塊鏈框架提供區塊鏈基礎服務，應用適配器提供封裝、建模的適配，區塊鏈應用即具體的產品確權管理、產品及貿易追溯及信息管理、生態環境監管等過程的應用。

圖2 總體技術架構圖

2.2.1 區塊鏈框架

區塊鏈框架提供基礎區塊鏈平臺服務，包括區塊鏈網絡，算法、機制及相應硬件資源。

2.2.2 應用適配器

賬戶中心提供密鑰及保管及認證服務。在密碼學方面，區塊鏈平臺支持國家商用密碼標準SM2/SM3/SM4。利用SM2非對稱加密算法，可生成區塊鏈賬戶的公私鑰對；利用SM4數字摘要算法，可對交易、賬戶及區塊等數據進行數字摘要運算。區塊鏈平臺同時還支持國密數字證書，用戶可以用國密數字證書簽名交易。

分布式賬本解決數據格式、數據記錄、數據存儲問題。由分布式賬本提供的共識服務是區塊鏈的核心，也是區塊鏈與傳統分布式系統的最大區別之處。它保障底層數據的強一致性的同時，能抵抗“惡意”壞人的影響。共識服務提供一組抽象的共識接口，用于連接共識算法和其余區塊鏈模塊。它負責接受和處理事務，并給出共識結果。共識服務采用開放式框架，可支撐不同種類的共識算法。

區塊鏈擴展服務解決現有區塊鏈功能和性能較難滿足高并發、大規模集群應用及數據隱私安全的需求，區塊鏈平臺在可擴展性方面，提供可橫向擴展的多鏈分片技術；在鏈的互操作性方面，提供同構、異構的跨鏈技術；在隱私安全方面，提供余額、地址及附加信息隱藏的隱私保護技術。

區塊鏈策略管理機制既可管理維護區塊鏈系統本身的配置和安全，也可管理區塊鏈存儲數據的訪問策略。區塊鏈底層提供安全與策略兩個基礎功能，應用適配層提供一系列可視化的管理工具，有配置管理、健康監控、數據分析、區塊鏈瀏覽器等。

區塊鏈平臺適配層抽象出適用于多種業務場景的API接口，如：資產、溯源、存證等，供這些場景相關的業務直接使用。在新的業務場景下，可基于現有的框架為用戶快速定制接口，滿足業務功能需求。

2.2.3 區塊鏈應用

從礦產資源應用生命周期的起點就開始上鏈記錄；在加工、生產、交易、流轉過程中，戰略性關鍵金屬資源呈現不同形態，不同屬主，在區塊鏈平臺中記錄，并作為溯源信標，嵌入所有管理和交易流程。

2.3 功能設計

2.3.1 自然資源區塊鏈BaaS平臺

BaaS（Blockchain as a Service）是一種基于主流區塊鏈技術的企業級區塊鏈平臺服務，該平臺可幫助區塊鏈業務開發用戶快速構建穩定、安全的生產級區塊鏈環境。BaaS平臺核心功能包括：區塊鏈基礎組建服務，區塊鏈瀏覽器，區塊鏈運維監控服務，可靈活支撐未來主流的區塊鏈底層技術，支持技術創新以及與人工智能技術的深度融合。

2.3.2 礦產資源生命周期管理

構建礦產資源生命周期管理系統，該系統通過BaaS平臺提供的REST接口與區塊鏈交互實現數據上鏈。主要管理礦產資源的探礦流程，開采流程，加工流程，冶煉流程，審批流程，交易流程，回收流程等。

2.3.3 生態治理管理平臺

區塊鏈上的自治讓多參與方、多中心的系統按照公開的算法、規則形成的自動協商一致的機制基礎上來運行，以確保記錄在區塊鏈上的每一筆交易的準確性和真實性。讓每個人能夠對自己的數據做主，讓每個機構可以實現對自己的數據和數字資產做主。

2.3.4 確權登記管理平臺

區塊鏈具備不可篡改性，用共識機制達成一致，從而以快速即時的價值轉移來實現創作即確權、使用即授權、發現即維權。確權登記管理平臺利用區塊鏈實現礦產資源的確權登記，保證權利所有者利益，減少權利糾紛。如此可以讓礦產資源這樣的實物資產賦予了數字資產的屬性，增強其信用，提升流通效率。

3 結論與展望

基于區塊鏈技術多方共識、難以篡改、數據透明可追溯的特性，實現礦產資源統一確權、產品生產追溯、產品貿易追溯、生態環境保護及監管等層面的綜合管理，完善全產業鏈追溯機制，是實現礦產資源來源可查、去向可追、責任可究，強化全過程信息透明可追溯的有效措施。同時，也為戰略性礦產資源安全提供有力保障，為資源型產業發展開創新的領地。