區塊鏈賦能鐵路：應用前景與典型案例分析

朱 力，梁 豪，唐 濤，文 韜，肖 暢，肖 驍

(1.北京交通大學 軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044；2.中國鐵道學會 標準與認證部，北京 100844；3.交控科技股份有限公司 研究院，北京 100070)

目前，全球科技革命和產業變革蓬勃興起，鐵路運輸等傳統行業迎來新一輪機遇和挑戰。以區塊鏈為代表的新一代信息技術助推社會經濟新舊動能轉換的同時，正在加快重塑世界產業格局。

區塊鏈概念最早由中本聰在2008年提出，并在2009年開發出 “創世區塊”[1]。隨后區塊鏈技術發展呈現出3個階段：區塊鏈1.0——虛擬貨幣時代；區塊鏈2.0——可編程區塊鏈時代；區塊鏈3.0——社會化編程區塊鏈時代。本質上作為一種去中心化的分布式賬本數據庫，區塊鏈提供了在不依賴單一可信任方的情況下在分布式實體間達成共識的工具，以保證數據安全和控制敏感數據。這意味著，今后區塊鏈可以有效解決各行業依靠傳統的中央實體存儲數據和管理訪問控制策略所面臨的單點故障、隱私泄露以及框架瓶頸等問題。

鐵路作為大容量、高速度的交通工具，其運行安全和效率對廣大旅客的出行至關重要[2]。近年來我國在鐵路工程建設、客運服務、動車組維修和安全防護等方面已形成成套的、體系化的鐵路信息系統，其中鐵路工程管理平臺、新一代鐵路客票系統、鐵路旅客服務系統、動車組管理系統等在鐵路運營中發揮著舉足輕重的作用。并且隨著數據驅動的人工智能技術的大量應用，大大提高了鐵路信息化管理的效率和質量。如智能京張高速鐵路在建筑信息模型、故障智能診斷、列車自動駕駛以及智能調度指揮等方面實現集成化應用[3]。但是作為以安全為核心的封閉傳統行業，鐵路部門間的信息孤島現象嚴重、信任基礎薄弱、協作成本高且效率低，導致數據驅動的智能發揮不足，鐵路進一步智能化發展遇到瓶頸障礙。而區塊鏈技術作為一種全新的分布式基礎架構和計算范式，通過利用塊鏈數據結構來存儲和追溯交易、利用分布式節點共識機制來構建信任和抵御攻擊、利用密碼學方式來傳輸數據和保證安全、利用智能合約來自動執行交互規則和獎勵分配，將有助于打破信息壁壘并促進多方安全協作，從而賦能鐵路全生命周期發展過程。

目前我國正大力推動鐵路系統向更加數字化、信息化、智能化的方向邁進。區塊鏈作為新一代信息技術，其技術優勢與鐵路智能化發展過程中的需求高度契合，在未來鐵路系統的智能化發展中將發揮出巨大的潛能。為了把區塊鏈作為鐵路智能化領域創新的重要突破口，全方位推動區塊鏈在鐵路的賦能作用，促進鐵路高質量發展，打造行業經濟新增長點，本文研究了區塊鏈技術及其在鐵路中的應用。首先對區塊鏈技術的基本原理、主流區塊鏈平臺以及國內外應用現狀進行了概述；然后對區塊鏈技術在鐵路領域的應用前景進行了詳細分析；設計實現了鐵路區塊鏈平臺，并對該平臺的系統性能進行了測試；最后總結了區塊鏈技術在鐵路領域應用所面臨的挑戰和仍需解決的問題。

1 區塊鏈技術概述

1.1 基本原理

區塊是區塊鏈的核心單元，從概念上講，區塊鏈是由區塊按照時間順序相互連接組成的單向鏈式數據存儲結構。每個數據區塊一般包括區塊頭和區塊體兩部分。區塊頭用于記錄前一區塊和當前區塊的標識信息；區塊體用于存儲當前區塊通過共識的交易信息。區塊結構見圖1。

圖1 區塊結構

區塊鏈技術作為多種計算機技術的集成創新應用，其系統架構一般分為數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層和應用層[4]。區塊鏈基礎架構見圖2。

圖2 區塊鏈基礎架構

1.2 主流區塊鏈平臺

根據網絡去中心化程度，區塊鏈主要可以劃分為3種基本類型：①公有鏈，無官方管理機構，節點自由接入，不受控制，呈現完全的去中心化特性；②私有鏈，機構內部建立，修改、讀取等權限僅限于少數節點，保留部分去中心化特性；③聯盟鏈，若干機構聯合發起，兼具部分去中心化特性。主流區塊鏈平臺對比見表1。

1.3 國內外應用現狀

區塊鏈作為當下最受歡迎的熱點前沿技術之一，引起國內外學術界、工業界、甚至各國政府的廣泛關注。中國將區塊鏈列入《“十三五”國家信息化規劃》；美國成立國會區塊鏈決策委員會；歐盟建立“歐盟區塊鏈觀測站及論壇”機制；英國將區塊鏈列入國家戰略部署；韓國推出“I-Korea4.0區塊鏈”戰略；全球區塊鏈聯盟委員會在迪拜成立。

表1 主流區塊鏈平臺對比

區塊鏈獨特的技術優勢賦予了其變革傳統行業的潛能，能加強各領域中的多方協作信任、降低成本和提高資源利用率等。Christidis等[5]研究了區塊鏈技術在物聯網中的應用，提出智能合約的應用可以有助于促進物聯網服務和資源的共享。Zyskind等[6]基于區塊鏈技術設計了一種分散式的個人數據管理系統，來解決用戶在使用第三方服務時面臨的個人數據隱私安全問題。Feng等[7]針對移動通信設備，基于區塊鏈技術研究了計算任務卸載與資源分配問題，得出區塊鏈在MEC系統中的應用可以顯著提高系統的網絡安全性、數據完整性和計算有效性。Liang等[8]提出一種基于區塊鏈的聯邦學習框架，并將其應用到列車的智能控制中，在保護信息安全的前提下促進了運營商間的數據共享和模型協作訓練。總體而言，目前區塊鏈技術賦能的應用場景主要集中在以下幾種領域：

(1)協作效率低、且信任成本高的領域；

(2)對數據隱私安全、可驗證性、共識性有極高要求的領域；

(3)對大體量數據分享和計算有較大需求的領域。

隨著過去幾年全球資本和市場的洗禮，區塊鏈技術加速演進且日臻成熟，“脫虛向實”趨勢明顯，與實體經濟融合成為主旋律[9]。

2 區塊鏈技術在鐵路領域的應用前景分析

為推動實現鐵路降本增效、轉型升級和高質量發展，把區塊鏈作為鐵路智能化創新的重要突破口，全方位推動區塊鏈在鐵路的賦能作用[10]，本文對區塊鏈技術在鐵路行業的應用前景進行了詳細分析。

2.1 區塊鏈賦能鐵路規劃建設

鐵路憑借其大容量、高速度和安全可靠的運行特點，已經成為國民出行的首要選擇，并且作為國家基礎設施建設的重要部分之一，得到快速發展。但作為傳統的基礎設施建設行業，鐵路規劃建設仍然存在一些痛點問題，而區塊鏈技術將能提供有效的解決方案。

(1)文檔審批流程

鐵路規劃建設中的文檔管理是工程項目管理的重要環節，具有審批流程長、環節多等一些特點。而現有的鐵路分布式電子文件審批系統還無法有效應對偽造、篡改等攻擊。所有的文檔記錄和審批流程都記錄在統一的集中式服務器中，系統的安全性會隨著審批流程的變長而減弱，一旦中間審批環節被攻擊者篡改或刪除，將直接影響整體審批環節的效率，甚至威脅項目工程的安全性。

區塊鏈作為一個具有去中心化、不可篡改和可以實現完整溯源特性的新興信息技術，可以有效滿足鐵路分布式文檔審批的需求。文檔可以在區塊鏈中安全共享，并利用安全的共識算法達成共識，以保證文檔的安全性和唯一性。在區塊鏈網絡中，只有有效、合法的用戶才有資格在網絡中進行文檔審批，并且用戶所有的審批內容會被標注時間戳共享在區塊鏈上。區塊鏈文檔的審批進度對區塊鏈網絡中所有合法用戶共享可見，根據流程對文檔安全審批，保證了電子文檔系統本身的時效性。區塊鏈還可以通過對文檔審批過程的記錄，實現問題溯源，根據施工過程中出現的問題，對審批內容和審批方進行追責溯源，這將有利于鐵路建設項目的智能化管理。

(2)招投標機制

在現有的鐵路工程項目招投標機制中，由于數據共享不暢導致招投標工作負擔重、效率低，以及數據驗證難以追溯。利用區塊鏈技術防篡改和可追溯等特性可以保障交易數據的真實性和安全性，提升招投標工作的透明度和效率，以及應對招投標活動中的違規操作。通過部署智能合約能夠保證整個招投標流程按照既定規則自動執行，避免中心化信息篡改問題，從而保障招投標人的利益。并且將關聯的多方信息安全互通，直接通過多方協同參與作業來提高招投標效率。另外，將招投標全程數據上鏈，不僅可以將招投標過程信息公開透明，還便于及時回溯以往招投標信息。根據鏈上歷史數據，能夠幫助監管機構對招投標主體進行信用評估。區塊鏈技術能夠有效解決現有招投標機制中的信任與效率問題，保證招投標過程的公開、公平與公正，促進鐵路工程項目的規劃建設。

(3)工程管理與施工

鐵路建設工程具有投資大、施工項目多、技術復雜、建設周期長、不可預見風險因素多等特點，是典型的大型復雜高風險性系統工程。現有的工程項目管理平臺難以保證管理方與施工方之間高效協作、有效溝通和多效融合，而區塊鏈作為一種信息真實且可溯源的分布式賬本技術，可以解決傳統模式所面臨的痛點問題。首先，區塊鏈技術能夠提供溯源性追索，以及精準查詢建設過程中所出現的問題，有利于工程質量的實時監督和事后追責。其次，區塊鏈鏈上數據的不可篡改性，將有助于構建管理與施工雙方間信用管理系統，為后續項目的招投標提供相應的參考依據。另外，區塊鏈的共識機制有利于增強對施工文件真實性的認可，方便各項施工數據的實時采集和安全共享。最后，區塊鏈與BIM、大數據技術的結合，有助于實時分析現場施工成本的超支和節約問題；區塊鏈與人工智能技術的相結合，可以做好施工建設的安全預防工作。鐵路工程建設作為一門涉及多專業、多工種的綜合性建設工程，區塊鏈技術的應用將有助于各專業和各工種之間的協調管理，以保障工程施工建設的安全與質量。

(4)合同執行與結算

鐵路工程項目的合同涉及范圍廣且數量巨大，合同的正確執行對工程的順利完工具有舉足輕重的作用，而現有的合同管理平臺不便審查和維護，合同內容還存在被篡改的風險。區塊鏈作為一種“構造信任的機器”，可使各參與方嚴格按照既定的規則和共識機制共同維護同一合同賬本，從而最大化地減少合同執行偏差，以提高項目的管理和監督能力。通過區塊鏈維護合同交易，可以存儲可供審查的所有合同記錄，甚至整個工期的信息交易記錄，能夠通過區塊鏈把工程項目的全部合同、建設進度信息及財務信息全部上鏈，形成一個資金流信息和工程進度信息的耦合，使得工程項目更加透明和穩定。

區塊鏈技術中的智能合約，即在各方共識下達成的、可自動運行的程序代碼，可在特定條件下自動觸發和執行，任何一方都不能私自篡改和干預其執行，從而保證其公正性。這可以幫助解決工程項目長期存在的滯納金和現金流問題，使項目資金自動依據合同數據化流轉，按照合同條款自動啟動工程結算等，有助于建立利益相關方之間的信任，并大幅度提升項目工程的透明度和協作程度。

2.2 區塊鏈賦能鐵路運營維護

2.2.1 基于區塊鏈的鐵路數據共享

大數據驅動的人工智能技術的應用效果對數據有很強的依賴性，然而出于數據隱私安全保護的考慮，鐵路行業大量的數據仍以數據孤島的形式分散在各專業部門，部門間難以打破的數據壁壘阻礙了鐵路的智能化發展，數據交流使用和數據安全保護似乎成為不可協調的矛盾。

區塊鏈作為分布式數據存儲、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，能夠在滿足數據隱私、安全和監管要求的前提下，構造一個相互信任的大數據共享和機器學習框架。建立基于區塊鏈技術的鐵路數據共享平臺，能保證每一次數據操作的公開透明、不可篡改，有效實現數據共享的安全可控，保證數據的可用性、保密性、完整性、隱私性，以及系統的可擴展性。另外，區塊鏈的代幣生成機制，能激勵更多數據持有方共享自己的數據，讓共享數據平臺的生態更健康地發展。通過區塊鏈技術可以在保證數據安全的前提下連通部門間割裂的信息孤島，促進駕駛、調度、客票等多方數據的交流共享。基于區塊鏈的鐵路數據共享技術應用不僅有利于為鐵路系統中各參與方提供有效的數據智能技術支撐，更有利于挖掘數據資源價值、盤活數據潛在資產，促進大數據智能技術在鐵路系統中的廣泛高質量應用。

2.2.2 基于區塊鏈的鐵路智能運維

隨著我國鐵路運營規模的迅速擴大，鐵路行業對提高運營的可靠性、有效性和降低運營成本表現出巨大的剛性需求。鐵路現有智能運維平臺由于對不同的車站和設備進行分立式維護，導致鐵路系統中雖可提供各子系統內部專業的故障報警及部分分析功能，但仍然存在傳感器感知覆蓋面不廣、監測信息不全、記錄信息不完善和數據孤島等問題，無法實現跨地區跨系統的聯合分析和智能診斷，難以進一步提高智能運維的效率。

綜合考慮現有鐵路系統各個子系統間的接口關系、數據種類、數據記錄方式等現狀，將區塊鏈技術應用至智能運維場景，可以有效提高鐵路系統智能運維的綜合表現。區塊鏈技術憑借其在保護數據隱私方面的巨大優勢，可以有效解決鐵路各部門之間數據孤島問題。區塊鏈的共享性、分布式和不可篡改等特點，以及基于時間戳的機制，可以保證運營維護過程的平穩有序進行；同時可以將設備的預計生命周期和養護記錄寫入區塊，便于定期對設備進行檢查維護；有序維護數據記錄，可以避免重復施工，有效節約鐵路系統的成本。區塊鏈的分布式特性，同樣可以結合鐵路不同部門不同地區的運維數據，便于從整體角度對鐵路系統進行綜合分析，有助于進一步提高運營的效率，并保證系統內所有設備安全穩定運行。

2.2.3 基于區塊鏈的鐵路乘客信用管理

近年來，雖然我國鐵路信用檔案體系建設已在全國范圍內展開，鐵路信用電子檔案已經建立，但是現有的信用管理平臺在數據壁壘、數據安全性、可移植性、信用評估標準等方面還存在一定問題。

作為下一代全球信用認證和價值互聯網基礎協議之一，區塊鏈是由分布式網絡中所有的節點在無信任條件下通過共識機制和數字加解密技術構建的一個可信任系統。利用區塊鏈技術可避免底層復雜的數據傳輸連接機制，直接通過點對點實現數據安全通信和匿名保護的效果，并且能夠確保鏈上數據無法修改，鏈下數據真實可靠。利用區塊鏈技術可打破信用管理的信息孤島問題，加快信用數據的沉淀匯聚，加強用戶數據的隱私保護，降低征信成本，并結合人工智能技術可以打造更好的信用評分模型。基于區塊鏈的鐵路乘客信用管理體系可以有效克服當前信用體制中的不足，激發鐵路信用管理新模式、新業態。

2.3 區塊鏈賦能鐵路運行控制

2.3.1 基于區塊鏈的鐵路分布式智能計算

安全和效率始終是鐵路運輸最重要的兩個方面，在保證運行安全的前提下，進一步提升鐵路系統的運行效率一直是研究的熱點。大數據驅動的人工智能技術的廣泛應用為鐵路智能計算帶來了新的活力。但傳統的人工智能機器學習方法，往往需要把訓練數據集中于某一臺機器或單個數據中心。隨著集中式數據處理和智能計算模式所暴露出的信息安全和計算效率問題得到廣泛關注，近年來以聯邦學習為代表的分布式計算技術在解決大運算量的數據安全處理與分析問題上發揮著越來越重要的作用。作為一種分布式機器學習方法，聯邦學習是解決傳統機器學習方法所面臨的數據困境的一種新的嘗試，這是一種在保護數據隱私、滿足合法合規的前提下，多參與方或多計算節點之間開展高效率機器學習的新型人工智能技術。但目前聯邦學習在安全性驗證、隱私權限等級、識別惡意節點等方面仍存在不足。

作為一種在缺乏相互信任的競爭環境中低成本完成可信交易的新型計算范式或協作模式，區塊鏈憑借其獨特的信任解決機制，可以改進當前聯邦學習的訓練模式，提高其安全性和魯棒性。同時，區塊鏈的激勵機制能激勵更多參與方加入數據的分享和模型的訓練，從而大幅度提高模型的性能。通過建立基于區塊鏈的分布式聯邦學習框架，多方參與者可以及時構建新的聯邦學習模型，搜集新的數據，并在區塊鏈上持續協作地訓練和完善模型。

2.3.2 基于區塊鏈的鐵路運行資源分配

鐵路系統中列車的安全高效運行，也就是在保證資源占用不沖突的前提下，盡可能及時、合理地分配路網資源，以縮短列車的行車間隔，因此，列車運行控制本質上是保證列車在路網的拓撲結構中安全、有序地使用道岔、區段等資源，并在合適的階段解除對資源的占用。除了路網資源，鐵路系統業務的多元化和復雜化也給無線通信資源帶來巨大的壓力，無線資源的沖突使用，可能導致業務連接中斷，嚴重時會影響整個系統的安全和效率。隨著鐵路互聯互通和網絡化的發展，其運輸組織將面臨更多的挑戰，鐵路網絡瓶頸出現的根本原因就是供需矛盾，只有通過合理的運力資源分配才能使整個網絡效益最優。以車載為中心、基于車車通信的下一代新型列控系統，將采用列車分散控制模式替代地面集中控制模式，這將對路網資源和無線通信資源的合理分配提出更高的要求。另外，作為新一代鐵路數字化、智能化建設的方向之一，云計算和邊緣計算在為鐵路系統提供豐富計算資源和存儲資源的同時，需要做到對所有的虛擬資源做合理分配和優化處理。

區塊鏈技術能夠擺脫傳統中心化資源管理模式所帶來的效率低下、單點故障以及信任問題，以一種去中心化的方式對鐵路路網資源、無線通信資源和虛擬資源進行管理和分配，有利于突破現階段鐵路網絡化發展瓶頸，并且為下一代列控資源分散協同管理模式所面臨的資源競爭提供新的有效解決思路，以及提高新一代鐵路云計算和邊緣計算虛擬資源的利用率。建立基于區塊鏈技術的資源分配管理平臺，列車能夠自主根據進路需求情況對路網資源、無線通信資源以及虛擬資源進行預約申請，然后區塊鏈系統依據鏈上部署的智能合約自動對資源征用請求進行身份確認、權限檢查、資源劃分、敵對分析及沖突抉擇等，從而對資源進行合理分配和占用管理。基于區塊鏈的分布式共享特性，所有相關列車和管理方可以共同維護同一份資源配置信息，保證資源的安全高效分配。

2.3.3 基于區塊鏈的鐵路信息安全防護

現代列控系統作為典型的信息物理系統(CPS)，由于所依賴的操作系統、通信技術和開放協議等技術本身存在的脆弱性，使得系統容易受到各方面的信息安全攻擊。針對鐵路的惡意攻擊會嚴重影響鐵路的運行安全，并造成惡劣的政治、經濟和社會影響。鐵路現有的信息安全防御手段多依賴防火墻、入侵檢測等技術，只能為鐵路系統提供被動防御，且一旦攻擊者通過復雜技術進入鐵路網絡，傳統的防御手段將無法對攻擊者進行有效識別。

區塊鏈技術憑借其諸多技術優勢，可以有效解決傳統鐵路系統所面臨的信息安全、單點故障、隱私泄露、框架瓶頸等問題，其所提供的在不依賴單一可信方情況下在分布式實體間達成共識的工具，可以保證數據安全、控制敏感數據，以及防御惡意節點攻擊。值得注意的是，共識算法節點個數的選擇對列控系統的安全和效率存在影響，因此，在選擇共識算法時，需要綜合考慮系統的安全與效率。區塊鏈的不同共識算法在鐵路中以策略的形式應用，鐵路系統在不同的運行階段對信息安全的要求不同，相應地共識算法的選擇也不同。使用深度學習模型和加強學習模型可以計算列控系統在不同信息安全狀態下的最佳策略，從而保證鐵路系統在不同階段狀態下選擇最佳的共識算法，滿足系統對安全性與效率的需求。

2.4 區塊鏈賦能鐵路改造升級

現在，全球正經歷新一輪科技革命和產業變革，大數據、云計算、物聯網、人工智能和區塊鏈等新技術不斷涌現，國際產業格局加快重構。區塊鏈作為繼大型機、個人電腦、互聯網之后計算模式的一項顛覆性技術，可以為實體經濟降本提效，助推傳統產業高質量發展，加快產業轉型升級。同時區塊鏈應用正在衍生為新業態，成為社會經濟發展的新動能。

區塊鏈的去中心化、防篡改、多方共識、激勵機制等特點，決定了其在解決鐵路數據孤島現象、促進多方合作與信任建立、優化運營商間及與上下游產業鏈的合作協同等方面具有重要的應用價值。區塊鏈可以滿足鐵路改造升級過程中的增信、數字化和智能化需求，通過技術創新推動模式創新，并作為新舊動能接續轉換的重要動力，挖掘新的經濟增長點。

此外，通過構建鐵路與其他傳統行業和新興產業互聯的區塊鏈眾包網絡，可以在確保信息安全的前提下，激勵全領域的群智發揮和價值傳遞；有利于嗅探不同領域中興起的較有潛力的新技術，并在日后追蹤其在全領域中的應用程度，最終能依據智能合約中部署的鐵路行業特征與要求，自動給出適用于鐵路行業應用的技術指導，從而引領鐵路行業的進一步技術升級。

3 鐵路區塊鏈平臺搭建與性能測試

3.1 平臺搭建

為實現與驗證區塊鏈技術在鐵路系統中的重要賦能作用，本文基于EOS區塊鏈技術，搭建了一套基于區塊鏈的鐵路數據共享系統，并將其應用于鐵路列控系統的數據安全管理與傳輸中。鐵路區塊鏈平臺系統架構見圖3。

圖3 鐵路區塊鏈平臺系統架構

在鐵路數據共享系統中，所有的數據共享交易均在鐵路系統所連接的區塊鏈節點上進行。通過部署特殊功能的區塊鏈智能合約，實現數據的訪問控制功能，進而保障數據持有者對數據的絕對控制。通過在智能合約中定義不同數據的信息安全等級和訪問權限，來明確數據的安全共享決策與審計，將數據的存儲、查詢、請求和訪問等操作全都以交易的形式進行記錄，以保證每一次數據操作的公開透明和不可篡改。另外，為保障數據的安全共享，設計了一種基于非對稱加密方式的數據傳輸機制。列控子系統通過有線與區塊鏈節點直連，從而保證節點與設備間通信的安全性，并由區塊鏈節點與其他子系統進行數據的共享與轉發。列控系統中各子系統內部的邏輯功能不受區塊鏈的影響，系統整體的可擴展性更高。

在列控系統中嵌入EOS區塊鏈節點作為各子系統的數據安全認證和轉發設備，安裝EOSIO服務應用和合約編譯應用，利用EOSIO的cleos組件創建用戶并完成智能合約的部署，同時對節點進行網絡配置，實現節點用戶間的相互通信。區塊鏈EOS節點的部署環境為Ubuntu18.04，本文所使用的EOS版本為EOSIO v1.7.3。

3.2 性能測試

首先測試不同節點數量下交易共識達成的時間。共識時延測試結果見圖4，反映出不同節點數量下的共識時間與平均內存占用率的變化趨勢。可以看出增加節點的數目不會對列控系統數據通信所需的時間產生較大的影響。

圖4 共識時延測試結果

其次測試區塊鏈節點對傳輸時延的影響。由于在通信鏈路中增加了區塊鏈節點作為數據中轉設備，為保證數據包在傳輸過程中的實時性，需要檢測區塊鏈節點可能對數據通信帶來的影響。環回時延測試結果見圖5。

圖5 環回時延測試結果

由圖5可以看出，環回時延約維持在10 ms左右，則單向時延約為5 ms。對比原系統，設備之間直接通過有線連接進行通信，通信時延可以忽略。即相比于原列控仿真系統，添加區塊鏈節點使時延增加了約5 ms。列控系統通信中數據包的發送間隔一般為200 ms，要求通信的最大單向時延不超過150 ms，所以本平臺系統的測試結果能夠滿足現階段列控通信實時性能要求。

4 鐵路區塊鏈應用面臨的挑戰與問題

鐵路行業規模宏大、涉及領域繁多，利用區塊鏈這種安全高效的新型協作模式，有助于改善生產關系、降低監管成本、簡化操縱流程和提高協作效率，對于推動鐵路向更安全、更高效方面轉型升級有著巨大的潛力和期望。但是作為最受關注的顛覆性技術之一，區塊鏈在與諸多實體產業，特別是鐵路行業的融合過程中仍面臨一些瓶頸和挑戰亟需解決[11]：

(1)隨著鐵路數字化和信息化的快速發展，其對通信性能的要求也越來越高，而當前的區塊鏈系統在吞吐量和時延性能等方面還有待提高。

(2)共識機制作為區塊鏈技術的關鍵安全手段之一，約定了區塊的添加過程和鏈的管理機制，其效率與安全之間的平衡需要依據鐵路不同的應用需求進行折中考慮。

(3)智能合約作為鐵路區塊鏈多方業務交互的重要規則，不僅要嚴格審查代碼漏洞，還要對合約協議安全性進行分析，防止因為業務邏輯漏洞造成不可挽回的嚴重損失。

(4)區塊鏈目前的數據安全加密多基于非對稱加密、哈希算法等機制，而未來隨著量子計算的突破，量子霸權將對傳統加密算法構成威脅，給鐵路區塊鏈的安全應用帶來隱患和挑戰。

5 結論

區塊鏈技術不僅被視為具有國家戰略意義的新型技術，也是各行業新舊動能接續轉換的重要引擎，能夠通過技術創新推動模式創新，進而引領產業變革。本文針對區塊鏈賦能鐵路進行了應用前景研究與典型案例分析：

(1)對區塊鏈技術在鐵路行業的應用前景進行了詳細分析，分別研究了其在鐵路規劃建設、運營維護、運行控制和改造升級等方面的重要賦能作用。

(2)設計實現了鐵路區塊鏈平臺系統，并對該系統性能進行了測試，結果表明本文所設計的區塊鏈平臺能夠促進鐵路系統安全高效的價值互聯。

(3)總結了未來區塊鏈技術在鐵路行業應用仍需解決的問題。