基于區塊鏈技術的化工廠污染排放溯源系統可行性研究

鄭帥 臧麗 李夢竹

摘要：由于化工廠的特殊性，使其在進行污染排放時有定期監測的需求，且應保證數據搜集的完整性與真實性。為達到這一目的，構建具有去中心化特征的溯源系統為極為重要，無論是溯源系統還是網絡接入點，均應在確保數據公平、公正、穩定的前提下展開。該文以實際情況為基礎，簡述了化工廠污染排放溯源系統的構建方向，并詳細闡述了最終確定使用的雙鏈溯源系統設計，分析了系統的應用難點與可行性技術。

關鍵詞：區塊鏈技術;化工廠污染排放;溯源系統;可行性

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）14-0111-03

化工廠作為生產工業、生活等領域需求化合物的主要場地，其排放污染物的控制問題一直以來都是社會所關注的關鍵問題。若無法保證污染物排放的控制效果，將必然會對周邊生態環境造成難以估量的影響。因此，尋找構建污染排放溯源系統的途徑極為重要，且由于對系統數據真實性的要求，若能夠在其中融入區塊鏈技術，將最大限度地發揮溯源系統的應用優勢。基于此，對區塊鏈技術應用背景下的化工廠污染排放溯源系統的構建可行性予以深入分析，具有極為重要的現實意義。

1 化工廠污染排放溯源系統的整體構建方向

1.1 動態流量測量

該系統構建的主要目的為明確污染物生成與排放量，因此不僅應保證此系統所應用軟件程序的先進性，也需要提供足夠的硬件支撐條件。實際的化工生產過程中，由于污染物的產生具有隨時性與不確定性，因此若長期采取定期檢測方式，將無法保證污染物的清理及時性[1]。構建該系統的核心要素為保證流量的動態監測效果，且需要明確影響到污染排放的關鍵因素，以充分發揮系統應用優勢。系統構建必須在原監測系統之上對數據信息的獲取來源予以擴大，并準確定位數據監測環節問題，以達到最大限度地降低污染、提高處理控制效果的目的。

1.2 歷史數據自動保存

對于化工廠排污環節來說，歷史數據所起到的主要作用為保證工作展開的合理性與狀況分析的科學性，并能在此條件支持下完善系統一系列的數據更新與自動記錄流程[2]。在構建溯源系統時，需要將歷史數據的自動保存作為系統執行任務的核心。想要實現這一目標，關鍵在于自動獲取到數據構建過程中的資源應用量，并聯系過往數據以保證所計算出的排污監測結果的準確性，繼而將其評估作用予以充分發揮。歷史數據保存與對比分析功能是保證化工廠排污狀況評估完整性的重要基礎。在記錄一系列歷史數據的基礎上，通過構建溯源分析系統將發揮歷史數據為此環節質量評估依據的應用優勢，并依照各個節點所接收到的功能請求分配調動權限，而此環節的順利推行離不開數據分析預算計算，這就需要系統構建者對基礎框架知識予以全面掌握，且應以不同的分層功能需求制定后續處理計劃。

2 雙鏈溯源系統設計

2.1 需求分析

本文所預估制造的溯源系統，其以區塊鏈技術為核心用以對排污過程中的流量信息予以搜集。為保證數據的完整性與真實性，充分利用了區塊鏈的不可篡改性質，用以消除所帶來的信息篡改風險。圍繞此特性，即可將其去中心化特征予以充分表現，搭建對應系統。從過往以公有鏈或多系統參與者為核心的溯源系統應用情況來看，在載體方面存在著諸多缺陷[3]。而若將所需求的溯源信息完全歸入至以太坊或比特幣的公有鏈條中，將產生極大的系統運營成本，因此一般建議選擇許可鏈的儲存方式。但由于許可鏈本身節點數量極少，被攻擊風險較大，同樣需要耗費較高的維護成本。為滿足信息安全與存儲成本的相關要求，就需要將現有公有鏈與許可鏈予以融合，繼而制定出一套雙鏈溯源方案。

2.2 許可鏈設計

交易存儲是溯源系統中溯源信息儲存在許可鏈中的重要過程，通常情況下溯源信息包含節點記錄數據與上一條溯源交易號碼，呈現出如圖1所示的溯源存儲結構。為達到在某一節點處迅速定位責任人的目的，所呈現信息還需要包括信息簽名、公鑰等。

2.3 公有鏈設計

溯源系統在實際應用過程中通常會采取預定方式存儲許可鏈區塊頭驗證信息，起到的作用主要是判斷區塊信息是否有被篡改跡象。此方式通常包括兩類：公有鏈發布交易與合約存儲哈希[4]。本文所探討溯源系統主要采取公開區塊鏈用以實現智能合約部署的方式，以便讓每個人均能完成合約邏輯的觀察任務，并達到存儲合約中信息哈希驗證的目的。若直接公開交易，則每十秒就需要產生一次調用智能合約的行為。且系統中所應用節點在有溯源信息存儲需求的情況下，需要耗費大量時間在存儲環節。因此，為最大限度地降低存儲成本，建議以默克樹的方式來組織許可鏈區塊頭，其根的存儲途徑為公有鏈。

2.4 錄入與查詢

此排污溯源系統應用后，其錄入過程僅僅需要通過一個桌面軟件即可實現，且能夠在所開發的對應手機App上跟蹤排污動態流量變化。操作人員只需要填好溯源信息，或在不同節點處的下拉菜單中選擇需求信息，掃描二維碼即可將所產生的這一階段的歷史數據歸入到溯源系統[5]。智能手機的出現，讓用戶能夠隨時隨地進行溯源與信息觀察，繼而將查詢系統的應用優勢發揮到最大。

3 溯源系統構建過程中區塊鏈技術應用難點分析

3.1 信息安全保障

由于區塊鏈技術的特殊性，使其在以此為基礎的系統構建過程中，極容易在開放環境背景下遭受到來自外界的攻擊，影響系統運行的穩定性與安全性。因此，強調信息安全保障的重要性極為關鍵。在開放環境的大技術背景下，一切有關排污系統的應用操作均具有便捷特點，并可根據自身實際情況與不同時間節點的使用需求，嚴控污染排放溯源系統的應用過程，繼而提升系統適應性與應用效果[6]。但也正是由于信息的開放性特征，使其在信息安全層面始終存在著較多的安全隱患，操作過程穩定性下降的同時，也增大了數據信息的丟失風險，不利于后續持續性的系統完善與軟件升級應用。因此，在構建針對化工廠的排污溯源系統時，必須嚴格遵循系統運行的基本規律，并以歷史數據為依據制訂后續的操作流程方案，徹底消除所存在的系統信息安全隱患。

3.2 永久性信息特征

原始數據本身并不具備不可更改與不可刪除等特征，但由于所構建溯源系統以區塊鏈技術為核心，使其所產生的一系列數據表現出了永久性特點。但需要注意的是，排污控制系統在使用過程中，將以實際對排污溯源系統的使用需求變化系統匯編程序，以滿足不同階段的系統需要[7]。雖然歷史信息具有永久性特征，是構建與各個項目之間穩定聯系的重要基礎，但卻極有可能會導致溯源系統功能實現效果受到不良影響，其既是應用優勢，同時也是系統應用難點。若能夠構建二者之間的平衡關系，攻克應用難點并做好功能協調工作過渡，即可達到最大限度開發程序功能優勢的目的，從而解除信息永久屬性對程序匯編所造成的限制。

3.3 數據交互環境

從程序的試運行過程來看，在當下以區塊鏈技術為核心的交互環境下，受數據因素影響使得信息傳輸控制效果無法達到預期目標，其也成為系統開發與設計的難點問題。在所建設的程序應用范圍內，系統之間各類信息具有關聯性，并在多種數據信息之間做交換傳輸后實現預期功能。當下所存在的問題主要集中在所創設數據交互環境下對于各類信息權限的控制層面[8]。若不加以共享限制或不為其提供權限優化選擇，將必然會影響數據信息的選擇方向，甚至導致正處于傳輸過程中的信息批量丟失。若能夠明確數據傳輸方向，營造穩定的數據交互氛圍，后續的系統功能控制才能夠依照預期方案實現各個節點的任務目標。

4 系統構建可行性技術分析

4.1 框架構建

首先應以化工廠所排放污染物的類型與特征聯系周邊實際情況構建基礎的區塊鏈架構，所構建的系統分為應用、數據、通信以及物理四部分，并將區塊鏈構建技術融入基本框架內，且需要針對不同訪問功能層，制訂分類方案。對于化工廠來說，其展開針對性的排污溯源工作目的是實現多個監管部門共同進行數據分析的目標。由于明確了基本應用層級，對普通用戶與監管用戶進行了權限方面的區分，并在數據接入口處強調二者所對應數據的差異性，做區分處理后即可最大限度地消除在數據訪問環節所出現的不良干擾[9]。基本框架構建與區塊鏈溯源技術之間的融合具有功能標記與命令劃分等多種功能，并在此前提下隨著時間的推移而不斷記錄用戶命令規律，繼而對內容程序系統予以持續完善。各個框架層級所應用技術在中心化（部分）與公開化硬軟件的支持下，為有需要數據查詢與應用身份的用戶提供了一定權限，其與當下化工廠污染排放系統的構建與應用需求相匹配，從其整體架構流程運行實況來看，具有實際應用價值。

4.2 數據庫訪問層構架

若有數據庫訪問需求，則應重點關注傳感器探測層次，其獲取到探測結果是實現數據庫訪問目標的重要基礎。隨后即可在區塊鏈技術的幫助下，完成不同存儲區域的劃分任務，過程中應使用對應的專業數據反饋系統，用以接收功能信號與控制命令，訪問請求通過后即可構建與數據庫之間的連接，并根據實際需求查看數據庫中的各類數據，整體安全性較高。對數據進行訪問，現階段主要依托網絡平臺，在網絡接入點選擇完成后，即可按照相應需求明確數據庫的調動時間間隔[10]。作為決定數據傳輸與訪問安全的數據庫接入通道，溯源系統將依照所接收到的信息請求狀況，針對接入點做自動接入或斷開處理并確認合適的訪問通道，這一過程可達到管理系統與分布式儲存的基本目的。數據庫在收入信息并自動保存后，其訪問層面的分區狀況將有較為理想的區分表現，為不同技術方法之間的相互融合奠定基礎。

4.3 完善溯源系統機制

所構建的溯源系統具有同時完成多節點排污監測任務的能力，且能夠在收入信息并做自動分析后，準確定位污染物的主要來源，并判斷是否出現了污染物超標現象，以將其監督管理作用予以充分發揮。完善溯源系統的關鍵在于充分利用區塊鏈的網絡對接與數據庫的針對性傳輸功能，繼而實現圍繞深入分析在所獲取到排污信息的基礎上，提升功能應用效率與信息整合的根本目標。完善機制所針對的主要為初期框架中的控制部分，不完善的框架構成極大地影響了數據庫訪問效果，且關聯組合請求。針對組合請求范圍內的功能完善需求，建議采取XML與EDI做數據交換處理的方式，幫助達到補充數據的目的，避免影響到信息完整性。隨后即可依據反饋而來的一系列信息采取合適方式以實現距離控制目標。在對溯源系統機制的控制過程中，對應重點為其兼容性，且需要保證區塊鏈中所包含所有互聯網數據庫的云存儲效果與使用與其相匹配。這樣一來，在歷史數據積攢到一定程度后，即可依據事先設定好的預定存儲值將所有數據上傳至云空間，繼而降低了數據丟失現象的發生風險。通過構建并持續完善溯源系統，有助于提升數據利用效率。從其實際應用情況來看，數據庫建立后各類具有實時性特征的產生數據均強化了與平臺之間的聯系性，無論是需求的存儲功能還是系統訪問，均表現出了技術層面的操控可行性特征。

5 結束語

綜上所述，若將區塊鏈技術與化工廠排污溯源系統的構建過程相融合，即可在去中心化的思想引導下，實現對污染物進行全方位檢測的目標，繼而避免出現由于人為記錄失誤而出現的數據誤差。在這一排污監測系統的應用背景下，化工廠排污的各個環節均能獲得有效監管，避免出現責任互相推諉的現象，繼而充分發揮系統應用與技術推廣所帶來的社會價值。

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[10] 徐曉剛，鐘培軍，黃文勇.一種基于區塊鏈技術的溯源管理系統：CN111429153A[P].2020-07-17.

收稿日期：2021-09-28

基金項目：濰坊工商職業學院科研項目：基于區塊鏈技術的化工突發事件信息抽取的研究（項目編號：2019A05）

作者簡介：鄭帥（1990—），男，山東諸城人，教師，助理講師，碩士研究生，主要研究方向為數據挖掘;臧麗（1986—），女，山東諸城人，教師，助理講師，碩士研究生，主要研究方向為計算機軟件與理論;李夢竹（1990—），女，山東諸城人，教師，助教，研究生，主要研究方向為計算機軟件與理論。