一種基于聯盟鏈的特種設備質控分布式云平臺模型

張莉君

摘要：文中針對特種設備全鏈條多主體下數據治理難、共享能力低、數據追溯成本高等問題，提出一種基于聯盟鏈的特種設備質控分布式云平臺。定義了相關特種設備賬本資源要素，給出了基于聯盟鏈的特種設備質控分布式云平臺的模型與方案，在使得企業主體責任更清晰的同時也提供與現有信息系統數據共識交互的能力。

關鍵詞：特種設備；聯盟鏈；數據追溯；數據賬本；系統模型

A Special Equipment Quality Control Distributed Cloud Platform Model Based on theAlliance Chain

ZHANG Lijun

（Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute， Fuzhou 350008， Fujian， China）

Abstract： In this paper， a distributed cloud platform for quality control of special equipment based on alliance chain is proposed to solve the problems of difficult data management， low sharing ability and high cost of data traceability. The related special equipment account resource elements are defined， and the model and scheme of distributed cloud platform for special equipment quality control based on alliance chain are given， it also provides the ability to interact with existing information system data consensus while making the responsibilities of enterprise entities clearer.

Key Words：? Special equipment; Alliance chain; Data traceability; Data ledger; System model

0? 引言

區塊鏈技術最早是由比特幣的底層技術擴展出來的，目前區塊鏈已經進入3.0時代，即智能化應用[1]。與區塊鏈1.0、2.0不同，其不僅僅與貨幣、金融有關，目前已衍生到各個領域，包括如公證、物流、醫療、仲裁、汽車、投票、航運[2]、能源[3]、農業[4]等領域，根據區塊鏈可追溯、分布式、不可篡改等特性，應用范圍擴大到了整個社會。近年來，研究人員開始探究區塊鏈技術在特種設備方面的應用：在特種設備的檢驗環節的區塊鏈應用[5]、設備技術檔案的存證以及監管安全應用的理論研究[6]、基于區塊鏈的電梯追溯體系的構建[7]等方面做了一定的研究與實踐，但是只停留在某個環節或者某個設備種類方面的研究，未涉及數據跨區域、多主體的全鏈條貫通融合聯盟鏈平臺，以及相關安全信息可信傳遞研究，實際上特種設備行業區塊鏈在技術、理念、模式等方面的研究均在起步階段。

1? 特種設備聯盟鏈的作用

1.1聯盟鏈

區塊鏈分為公鏈（Public Block Chain）、私有鏈（Private Block Chain）和聯盟鏈（Consortium Block Chain）[8]。其中聯盟鏈不是完全去中心化，只是部分的去中心化。一個聯盟鏈一般包含多個組織，每個組織可單獨建立一個實例或者共用一個實例，內部指定多個預選的節點為記賬人，其他接入該聯盟鏈的節點可以參與聯盟中的交易，但是可不記賬。第三方可以通過鏈上的API進行查詢。聯盟鏈容易進行權限控制，并具有更高的可擴展性，聯盟鏈的維護治理，一般由聯盟成員進行，共識過程受到聯盟成員的控制，能很好地完成系統之間的信任訪問和數據交易。

1.2特種設備聯盟鏈的作用

特種設備聯盟鏈通過新一代信息化技術將特種設備信息流在網絡空間提供機器自治的可能。

1.2.1 聯盟內部應用

在聯盟內部可以提供參與方數據共享和追溯的服務，通過智能合約技術提升協同效能，如報告出具效率提升，通過共融技術實現全鏈條報告、證書數據的對齊，保證數據的統一性，便于識別和利用，如生產和使用單位（企業）作為區塊鏈中的一個組織，參與協同工作，數據實時共享，檢驗、施工單位、監管機構的數據實時聯動，通過建立相關施工告知智能合約規范，實現施工單位一鍵完成告知和報檢；在報告出具中關鍵設備信息參數的識別，可從聯盟鏈中設備相關上鏈單位提供信息獲取，提高報告出具效率，為檢驗報告和證書的電子化提供基礎。通過智能合約技術提升效能；如果監管機構發現了特種設備的質量問題，借助區塊鏈提供的精準追溯能力快速確定設備已經流通的區域，加快問題特種設備的召回速度。

1.2.2聯盟外部應用

現有國家級數據平臺均為中心化模式，設立初衷主要是為滿足某類特種設備，或針對某個機構和組織建立的系統。基于聯盟鏈的建設與發展運用“多中心化”的思維方式，強調“數據共治”的思想，是現有國家級數據平臺的支撐和補償。其作用主要在于，一是提供數據供給新路徑，如檢測大數據平臺，電梯應急救援96333等系統針對某個機構、某個應用場景建立的信息系統，系統數據來源較為單一，數據校驗較為困難，本項目區塊鏈中的數據反過來可以作為現有平臺的補充，通過聯盟確認數據安全邊界，并提供數據開放協議，為其提供一種新的數據供給方式。二是提供應用補充新方法，如游樂設施健康檢測系統、電梯質量追溯系統等針對某類特種設備監管建立的信息系統，強調相關數據的流程信息，相關平臺可通過授權訪問方式，查閱企業內部更為詳細的存檔資料，作為現有平臺的延伸應用。

2? 系統架構

本系統為特種設備區塊鏈云服務，提供特種設備行業全鏈路聯盟數據訪問支持。如圖1所示，系統分為數據庫層、區塊鏈層、基礎服務層、業務服務層、API接口層和客戶端層。其中數據庫層包括各個企業現有的傳統信息系統如MYSQL、ORCLE等結構化數據庫系統為信息化能力較弱的無獨立信息系統的單位提供數據基礎服務，再如Redis、CouchDB等非結構化數據庫提供區塊鏈基礎存儲服務。區塊鏈層負責實現基礎區塊鏈功能，由不同組織間的多個共識節點、多個通道組成，通過建立節點、通道、共識策略、智能合約提供區塊鏈基礎服務。基礎服務層實現在基礎區塊鏈服務結合云服務的基礎服務框架，包括賬本查詢、定時任務、消息隊列、日志服務、用戶權限和安全管理等功能。業務服務層將特種設備從生產、使用到檢驗、監管等環節分為組織單位，不同的企業可通過用戶注冊的形式，選擇其所在的組織單元注冊并登錄系統進行數據的操作和獲取。API接口層提供用戶API接口，用于自建系統的用戶自行接入和參與合約執行任務。

3? 賬本模型

根據特種設備特點，特種設備聯盟鏈分為設備、單位、人員三套賬本，特種設備聯盟鏈賬本包含區塊頭和區塊體兩部分，其中區塊頭包含區塊ID（區塊高度）、本區塊HASH、本區塊版本、上一區塊HASH、默克爾哈希根（查驗使用）以及時間戳等通用的區塊鏈頭信息[9]。區塊體方面根據特種設備數據應用共享特點由唯一識別區、鏈內結構化數據共融區、鏈內非結構化數據共融區以及公共數據獲取區四個區塊組成的賬本組成，如圖2所示。唯一識別區用于數據的共享互認，唯一識別碼區內的數據均可唯一或者組合表達信息的唯一性；鏈內結構化數據共融區主要用于以結構化數據保存如數據庫形式保存的數據的共享利用；鏈內非結構化數據共融區作用于存檔電子資料，由于賬本數據需要廣播后背書記賬，所以賬本區電子資料只保存資料的HASH值，用戶需調閱資料時，通過加密通道讀取電子資料；公共數據獲取區通過系統與特種設備公示信息平臺等的交互，為企業提供便捷信息獲取和共享功能，包括聯盟鏈內部應用和外部系統共享兩種模式，其中盟鏈內部應用時保存賬本訪問權限、訪問對象、訪問限制等信息，外部系統共享主要保存相關交互的接口地址、接口參數、接口名稱、接口描述及服務方式等信息。

系統以設備賬本維護為中心，通過單位、人員賬本的輔助建立數據共享鏈，提供全鏈條多主體的設備信息共享應用服務。如圖3所示，單位賬本包含考試、評審、生產、使用、檢驗檢測及監管等單位，唯一識別區為統一社會信用代碼。人員賬本包括作業人員、檢驗檢測人員、監管人員、評審人員等人員信息，唯一識別區為人員身份證書。設備賬本包括設計、型式試驗、制造、安裝、改造、維修、使用、維保、檢驗、檢測、監督等環節的數據資產，唯一識別區由于歷史原因，目前特種設備沒有統一的設備追溯編碼，為保證設備唯一識別碼區能兼容各種設備識別情況，設計多種識別通徑，包括與系統識別相關的唯一識別碼如檢驗大數據平臺的設備識別碼、電梯安全質量追溯平臺的整機編碼；與法律規范定義一致的設備代碼、使用登記編碼；以及基于經驗研判的出廠編號、型號、制造單位統一社會信用代碼唯一識別標志等。單設備賬本將主要部件管理納入賬本，提供部件信息追溯更清晰的路徑。單位、人員賬本支撐設備賬本，同時單位賬本也為人員賬本提供基礎數據支持。

4? 結語

文中結合聯盟鏈的部分去中心化、不可篡改、數據可信共享等特點，基于聯盟鏈技術構建了一種特種設備全鏈條多主體特種設備質控分布式云平臺模型，通過賬本區域的數據資源描述，保證了數據規范描述與權屬清晰。在實際的應用場景中，應結合具體的使用環境進行調整，提升共識效率，通過分布式結合中心式系統的通訊，以及智能合約技術增加數據應用場景，進一步發揮數據作為生產要素的價值。總之，通過聯盟鏈的技術應用，能在信息共享、數據追溯和報告防偽等領域發揮作用，在后續應用升級中，還應考慮數據廣播造成的網絡吞吐量增大造成網絡堵塞，以及隨著聯盟參與組織的增加導致賬本數據過大等問題。

參考文獻

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