區塊鏈技術在交通產品質量控制中的研究應用

摘 要：針對目前公路水運行業交通產品抽檢環節存在的主要風險因素，結合區塊鏈技術的去中心化、數據不可篡改、公開透明、公開共識等特征，將區塊鏈技術應用于交通產品抽檢實際業務場景，文章重點研究基于區塊鏈的交通產品質量控制關鍵技術，分析數字簽名、智能合約、哈希函數等核心技術在項目中的具體應用，構建一個多方參與、互聯互通、共治共享的產品質量數據鏈，開發完成基于區塊鏈的交通產品抽檢業務系統，實現了完整抽檢流程的跟蹤和記錄，解決了交通產品質量控制中存在的主要風險點，整個流程可證可溯。

關鍵詞：區塊鏈；產品抽檢；哈希函數；智能合約；數字簽名

中圖分類號： TP399

1 區塊鏈技術應用于交通產品質量控制中的優越性

區塊鏈技術是一種由多方共同維護，使用密碼學保證傳輸和訪問安全，實現數據一直存儲、難以篡改、防止抵賴的記賬技術，也稱為分布式賬本技術[1]。作為一種新型協作模式，區塊鏈技術憑借其獨有的信任建立機制，正在改變諸多行業的應用場景和運行規則，是未來發展數字經濟、構建新型信任體系不可或缺的技術之一。目前，基于區塊鏈技術的應用場景從金融、產品溯源、政務民生、電子存證到數字身份與供應鏈協同，場景的深入化和多元化不斷增加[2]。

在公路水運行業交通產品抽檢中，由于抽檢各環節可能出現的質量安全風險，在監督過程中難免存在質疑、矛盾和糾紛，通過深入分析交通產品抽檢全過程存在的主要風險點，結合區塊鏈技術的特征，將區塊鏈技術應用于檢測機構實際業務場景，減少抽檢工作中可能出現的質量安全風險，實現全過程重要節點信息的不可篡改、全員共享，并提供從結果到源頭的可追溯性有著重要意義，表1為區塊鏈技術應用于交通產品抽檢中的優越性。

2 區塊鏈技術

2.1 哈希算法

哈希算法在密碼學中具有以下特點：能將任意長度的輸入字符串轉換為固定輸出長度，即通過哈希算法計算出的結果，是無法再通過一個算法還原的。區塊鏈是以區塊為基本單位的有序鏈狀數據塊結構，區塊鏈數據在邏輯上由區塊頭和區塊體組成，區塊頭包含前一區塊哈希值，梅克爾根等信息，區塊體主要是交易溯源相關信息[3]。如圖1所示，每一筆交易都會被計算出一個哈希值，然后再兩兩結對，最終得到一顆哈希樹的數據結構，稱為“梅克爾根”，通過這個梅克爾根就可以將整個區塊中的事務約束起來，只要區塊中的事務有任何改變，梅克爾根就會發生變化，保證了數據不可更改。

2.2 數字簽名

數字簽名技術用于接受者確認交易的簽署方，從而確認數據單元的完整性及不可偽造性。數字簽名技術是非對稱加密算法與數字摘要算法的結合，一般包括數字簽名和簽名驗簽2個操作。系統會根據各單位填寫的信息生成數字簽名（數字簽名就是附加在數據單元上的一些數據，或是對數據單元所作的密碼變換）。這種數據或變換允許數據單元的接收者用以確認數據單元的來源和數據單元的完整性并保護數據，防止被接收者偽造。

2.3 智能合約

智能合約是區塊鏈技術降低信任成本、實現價值傳遞和高效協作的工具，是一種可以自動執行特定合約條款的計算機協議。在區塊鏈系統中，每個節點必須要做的事情就是讓自己的賬本跟其他節點的賬本保持一致。在達成共識的過程中，需要做各種確認，如雙方簽名等。每個節點需遵守一份共同的約定規則，只要一項交易符合所有的約定規則就能被確認，每個節點都確認，大家就一致認同了。

2.4 超級賬本

區塊鏈賬本就是連接起來的一個個區塊，區塊鏈系統的“核心數據賬本”記錄每個終端節點的所有質量控制數據和信息，每個質量控制數據和信息都需要由所有認可數字簽名結合時間戳加密后才能夠寫入“核心數據賬本”，以保證檢測數據的真實性，并使得數據可以溯源。

3 區塊鏈服務平臺BaaS的總體架構

區塊鏈技術自下而上包括數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層和應用層。每一層都具備一項核心功能，不同層級之間相互配合，共同構建一個去中心的價值傳輸體系。

數據層是區塊鏈最底層的技術架構，應用了公私鑰相結合的非對稱加密技術，利用哈希函數確保信息不被篡改，還采用了鏈式結構、時間戳技術、梅克爾（Merkle）樹等技術對數據區塊進行處理，讓新舊區塊之間相互鏈接，相互驗證，是區塊鏈安全穩定運行的基礎；網絡層封裝了P2P網絡機制、傳播和驗證機制等技術；共識層是區塊鏈技術中最為核心的一個層級，這個層級封裝了各類共識機制算法；激勵層包括發行機制和激勵機制；智能合約、共識算法、腳本代碼構成了合約層，是區塊鏈可編程特性的基礎[4]；應用層直接和應用程序接口提供區塊鏈技術應用服務。

區塊鏈服務平臺BaaS總體架構包括4個層面：自底向上為物理層、區塊鏈基礎層、區塊鏈業務層和應用層。物理層包括計算資源、通信資源、網絡資源等，為區塊鏈系統提供無限擴展的存儲、高速的網絡、節點等區塊鏈資源；區塊鏈基礎層可在區塊鏈框架上構建，為上層應用低成本、高可靠、高性能的區塊鏈系統。該層提供的核心技術包括可插拔的分布式共識機制、多類型的分布式賬本存儲機制、安全多語言支持的智能合約引擎、鏈上鏈下的數據交互、安全隱私保護，以及分布式身份管理等[5]；業務層提供標準智能合約接口，用戶可根據不同應用場景構建不同的智能合約，企業可以在此基礎上快速構建區塊鏈應用；應用層為最終用戶提供可信、安全、快捷的區塊鏈應用，結合智能合約快速搭建區塊鏈應用方案。

4 區塊鏈技術在交通產品質量控制中的應用

根據《公路水路行業產品質量監督抽查管理辦法》（交科技規〔2020〕2號）的要求，結合行業內交通運輸產品抽檢工作實際場景，基于區塊鏈技術構建的產品質量控制系統，通過部署各個節點建立聯盟鏈，構建一個多方參與、互聯互通、共治共享的產品質量鏈。在用戶寫入相關檢測數據的同時，基于鏈碼可對檢測數據進行驗證，從而保障數據的真實有效。對比傳統抽檢方式，運用區塊鏈技術不但可以解決傳統抽檢方式存在的風險點，還可以對抽檢樣品進行追溯區塊鏈技術應用于交通產品質量抽檢工作中，對主要風險點的控制方案見表2。

基于區塊鏈的交通產品質量控制鏈整合項目質檢機構、生產廠家（供貨企業）、建設單位、施工單位、監理單位、檢測機構等單位信息數據，包含產品備案、產品抽檢、產品封裝、產品拆封，檢測結果確認各個區塊，各機構作為區塊鏈中的終端節點，每一個終端節點的加入都必須經過質監機構認可，同時分配鏈中獨一無二的數字簽名。

首先，由施工單位發起產品備案流程，建設單位和產品廠家參與確認；其次，由質檢單位發出抽檢通知，檢測單位發起抽檢、封裝、拆封流程，其他5個節點參與確認；最后，檢測單位將檢測報告上鏈，由質檢機構確認，根據確認結果情況質檢機構向施工單位發出檢測結果通知。每次確認的所有質量控制數據和信息均寫入各區塊。

區塊鏈中項目質檢機構、生產廠家（供貨企業）、建設單位、施工單位、監理單位、檢測單位各節點錄入以下主要信息。

（1）質檢機構：抽檢方案、抽檢產品信息。

（2）施工單位：基本信息、產品采購信息、采購合同、進場臺賬、產品自檢報告。

（3）監理單位：基本信息、產品抽檢臺賬、產品抽檢報告。

（4）檢測單位：封裝拆封相關信息、檢測數據。

各參與單位信息整合在云平臺數據中心，并能使區塊鏈中所有單位的相關信息實現連通，基于區塊技術的交通產品質量控制業務流程如圖2所示。

本次開發基于區塊鏈技術，依托前后端分離、微服務、分布式架構、云計算、物聯網、大數據等技術，搭建基于區塊鏈檢測應用的交通產品抽檢場景，結合與信息錄入模塊和信息審核確認模塊連接的產品生產信息備案環節、產品抽檢信息環節、產品封裝信息環節、產品拆封信息環節、試驗檢測報告及結果確認環節、檢測結果通知環節，整合產品生產備案信息、產品抽檢信息、產品封裝信息、產品拆封信息、試驗檢測報告及結果信息、檢測結果通知信息等數據，融合質量監督、檢測服務機構等組織，構建一個多方參與、互聯互通、共治共享的產品質量數據鏈。

系統包含區路鏈BaaS平臺及基于區塊鏈的交通產品抽檢業務系統。系統智能合約由各機構節點用戶共同遵守，當智能合約編寫完成后，通過區塊鏈擴散到各節點，若發生相關事件產生合約觸發條件，則自動執行合約內容并通知各方，各機構上傳信息并簽字確認后，形成共同賬本，通過哈希驗證本地數據與區塊數據的一致性。

5 結語

本次通過分析交通產品抽檢中存在的主要風險點，將區塊鏈技術應用于交通產品質量控制中，通過分布式多節點“共識”機制，可以“完整、不可篡改”地記錄價值轉移（交易）的全過程，目前，該項目已在部分實驗室及項目進場原材料進行了應用，選取了粗集料、中空錨桿、鋼筋等原材料，抽樣產品信息備案、抽樣單審核、現場抽樣封裝、試驗報告上傳、檢測結果告知，以及異議處理等環節在線上線下進行了匹配應用，實現了完整試驗檢測流程的跟蹤和記錄，解決了交通產品質量控制中存在的主要風險點，整個流程可證可溯。除上述應用場景之外，區塊鏈還將影響交通領域的各個方面，其所形成的分布式自主解決交通應用方案，將在每個人的工作與生活中發揮巨大的作用。

參考文獻：

[1]" 趙光輝，朱谷生. 區塊鏈交通[M]. 北京：人民郵電出版社，2018.

[2]" 蔣勇，文延，嘉文. 白話區塊鏈[M]. 北京：機械工業出版社，2018.

[3]" 杜均. 區塊鏈+[M]. 北京：機械工業出版社，2018.

[4]" 杜瑞忠，譚艾倫，田俊峰. 基于區塊鏈的公鑰可搜索加密方案[J]. 通信學報，2020，41（4）：114-122.

[5]" 潘吉飛，黃德才. 基于跳躍Hash和異步共識組的區塊鏈動態分片模型[J]. 計算機科學，2020，47（3）：273-280.