基于區塊鏈的船舶數據共享應用研究

中圖分類號：TP309.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945(2025)18-0001-04

Abstract:Withtherapiddevelopmentoftheshipping industry，themasiveamountofdatageneratedbyshipsplaysakey roleinshipoperations，management，andsafety.However，traditionaldatasharingmodelssuferfromnumerousissessuchaspoor datasecurity，highriskoftampering，unclearownership，andlowsharingeficiency.Theadventofblockchaintechnologyhas broughtnewideasandmethodstoadressthesechallenges.Thispaperdelvesintotheaplicationofblockchain-basedshipdata sharing，coveringthecharacteristicsandavantagesofblockchainechologyitsaplicationarchitectureandeytecholgiesin shipdatasharing，analyzing thechalenges it faces，and thereby providing an outlook on future development trends.

Keywords:blockchain;ship data sharing;distributed storage;smart contract; application architecture

傳統船舶制造業供應鏈環境復雜，上下游企業間存在大量的“信息孤島”。打破信息孤島，實現不同制造階段的數據共享與業務協同是行業的迫切需求。然而，當前船舶數據的共享面臨著諸多問題，如數據的中心化存儲容易導致單點故障和數據泄露，數據在傳輸和存儲過程中容易被篡改，不同主體之間的數據難以實現可信互聯互通和高效共享等。

本研究聚焦于基于區塊鏈的船舶數據共享應用，提出了一種全面且系統的基于區塊鏈的船舶數據共享框架，詳細闡述了其各個組成部分及其協同工作機制。該框架涵蓋基礎設施層、數據層、合約層、應用層和訪問控制層，通過這種分層架構，有效地整合了船舶數據共享的各個環節。

同時，深入分析了該框架在提高數據安全性、降低篡改風險、增強數據可信度及提升數據共享效率等方面的顯著優勢?；趨^塊鏈技術的去中心化特性結合IPFS分布式文件系統，消除了中心化存儲的單點故障風險，區塊鏈不可篡改的性質確保了數據在各個階段的完整性，通過加密技術和共識機制保證了只有授權的參與者能夠訪問和修改數據。此外，智能合約的應用實現了自動化的業務邏輯和規則執行，減少了人工干預和潛在錯誤，進一步提升了數據共享效率。

本研究旨在為航運業解決船舶數據共享難題提供一種創新的思路和方法，推動航運業朝著更加數字化、智能化和安全化的方向發展。

1船舶數據共享的需求與挑戰

1.1船舶數據共享的需求

1.1.1 設計與研發領域

提高設計效率和質量：船舶設計復雜，不同設計階段和專業之間需要頻繁交流與協作。數據共享能讓設計師快速獲取其他相關專業的設計信息，如船體結構設計人員可參考輪機設備的布置數據進行優化設計，減少設計沖突和錯誤，提高整體設計效率和質量。例如，在基本設計階段完成后，詳細設計人員能及時獲取相關數據并開展工作，避免重復建模和數據不一致的問題。

1.1.2生產與制造環節

質量控制與追：共享質量檢測數據、工藝標準執行情況等信息，便于對船舶建造的質量進行全面監控和管理。一旦出現質量問題，可以快速追溯到問題環節和相關責任人，及時采取整改措施，提高船舶的質量可靠性。

1.1.3 供應鏈協同方面

加強與供應商的合作：船舶建造業涉及眾多供應商，包括鋼材、設備、零部件等供應商。船廠與供應商之間共享需求預測、訂單信息、交付進度等數據，可以提高供應商的響應速度和供貨準確性，保障生產的連續性。同時，供應商也可以根據船廠的需求提前做好生產準備和資源調配。

1.2船舶數據共享面臨的挑戰

1.2.1 數據安全與隱私保護

船舶數據包含大量商業機密，如設計圖紙、運營數據等，一旦泄露可能對企業競爭力造成嚴重影響，數據在傳輸和存儲過程中可能遭受網絡攻擊，導致數據泄露或篡改，在共享時確保數據安全和隱私是關鍵問題。

1.2.2 數據異構性

不同船舶、不同系統產生的數據格式和標準不統一，增加了數據整合和共享的難度。同時行業缺乏統一的數據標準和接口規范，導致數據在不同系統間難以互通。需要對異構數據進行轉換和處理，增加了數據共享的復雜性和成本。

1.2.3 數據信任問題

由于數據來源多樣，各方對數據的真實性和可靠性存在疑慮，影響了數據的共享和應用。在數據傳輸和存儲過程中，存在數據被篡改的風險，降低了數據的可信度。部分數據來源不明，難以追溯其生成和傳輸過程，增加了數據使用的不確定性。

1.2.4傳統技術架構的局限性

傳統的中心化數據存儲和管理方式易導致數據壟斷和信息不對稱，制約數據流通和共享。傳統架構在處理大規模數據時擴展性差，難以滿足船舶行業日益增長的數據需求。中心化架構存在單點故障風險，一旦中心節點出現問題，整個系統的數據共享和管理將受到影響。

1.2.5 數據質量問題

數據采集過程中可能存在遺漏，導致數據不完整，影響數據分析和決策。數據采集設備和方法的局限性可能導致數據不準確，影響數據的可信度。數據更新不及時會導致使用過時數據進行決策，影響決策的準確性和有效性。

2 區塊鏈應用選擇

2.1 區塊鏈的基本概念

區塊鏈是一種依照時間順序將數據區塊，通過塊鏈式數據結構、密碼學和共識機制等技術手段，以鏈條形式確保數據一旦記錄便無法更改，形成不可篡改和不可偽造的分布式賬本技術。

2.1.1 聯盟鏈技術

聯盟鏈介于公有鏈和私有鏈之間，既保留了區塊鏈的部分去中心化特性，又引入了有限中心化管理，提升了系統的可運營性和效率。

2.1.2 共識機制

共識機制作為區塊鏈技術的核心與基礎，其主要功能在于驗證新區塊并確保在決策權高度分散的系統中數據能夠達到一致。在船舶數據共享應用環境中，各環節對數據的采集、傳輸、解析和分享均可以視為區塊鏈中的交易，這些交易需經區塊鏈網絡確認，并在各環節達成共識后，方能被記錄在區塊鏈中。

2.2 區塊鏈與共識機制的選擇

在船舶數據共享的過程中，為了便于企業、政府監管機構和相關方準確監督、管理、溯源，平臺需要具有高性能、高隱私性、高擴展性和良好的治理結構等特點。聯盟鏈由于其節點數量較少，可以更快地達成共識，從而提供更快的交易驗證速度，參與者通常是預先確定的機構或組織，數據只限于聯盟成員訪問，這大大提高了數據的隱私保護，還具備良好的擴展性和兼容性，具有較高的治理結構和透明度。

Raft是一種分布式系統中用于管理復制日志的一致性算法，它通過選舉領導者(Leader)并由該領導者負責處理客戶端請求來簡化狀態機復制的過程。將Raft應用在區塊鏈系統中，可以大大加快共識的速度，加大區塊鏈系統的吞吐量。

2.3區塊鏈智能合約及其生命周期管理

智能合約在區塊鏈技術中扮演著核心角色，它不僅能夠明確交易各方的權責，還能對交易的執行流程進行精細化的管理與控制。通過智能合約的編碼機制，交易規則和邏輯被有效地轉化為合同代碼，并得到加密算法的保護，從而確保了數據的真實性和完整性。在交易形成后，智能合約能夠在無須人工介入或第三方監督的情況下，在智能合約服務平臺上自動執行。整個交易過程被全面記錄，且這些記錄具有不可篡改性。

3基于區塊鏈的船舶數據共享關鍵技術

3.1船舶行業區塊鏈數據安全共享機制應用研究

在船舶行業數據共享與業務協同過程中，首先需要確定行業中上下游關鍵性確權數據或電子數據資產的關鍵性字段，如船用產品的生產編號、生產日期、生產者等關鍵信息，并完成數據采集。

其次，當數據采集完成，數據提供方將數據發送至數據共享平臺，數據共享平臺將確權數據登記并記錄至船舶行業聯盟鏈中。

再次，數據需求方向數據共享平臺發起申請使用數據操作。數據提供方需要授權確認使用申請，發送密文數據給數據需求方。

最后，將數據需求方的數據請求和數據供給方的確權密鑰進行數據處理引擎計算工作，將確權數據解密并下發至數據需求方。

詳細步驟如圖1所示。

邏輯處理文件的分散存儲，包括文件多線程切分策略、節點信譽度計算策略及基于公平的文件分發機制。通過與上層區塊鏈數據層和協議層的協作，確保數據在存儲層中的可靠性、一致性和完整性。

3.2.2 區塊鏈

區塊鏈層采用Fabric，旨在將分布式存儲網絡架構定位在區塊鏈領域。該層包含了一個完整的Fabric網絡架構，包括CA認證節點、Orderer排序節點、Peer賬本記錄節點和錨節點、Kafka共識節點和Endorser背書節點等。這些服務共同構建一個區塊鏈環境，為底層數據存儲層提供可靠性證明和不可篡改的數據強背書能力。

數據隱私安全計算服務

數據提供方 數據處理引整 18.原始數據銷毀原始數據不保存擎

1. 2.數據登記，

數據成 上傳數素 6.數據模型和計算工具 4.申請使用數據性說明數據確權共享平臺3.30 上鏈存證5.授權確認使用申請，發送密文數據 數據保護鏈

3.2基于區塊鏈的文件傳輸關鍵技術

船舶數據共享應用的文件存儲系統采用基于區塊鏈的分布式存儲系統，結合了去中心化屬性基于加密算法和公平的文件分發協議，旨在實現分布式存儲網絡的安全性、隱私保護能力及系統點對點網絡的公平自治性。圖2展示了基于區塊鏈的分布式存儲系統的分層模型圖，包括存儲層、區塊鏈層、協議層、管理層、接口層和應用層。

3.2.1 存儲層

作為系統的最底層，存儲層承載著分布式存儲網絡的核心功能。它由一個無中心的對等網絡構成，節點由匿名的存儲設備組成。存儲層通過一系列算法和

3.2.3 協議層

協議層主要負責文件管理所需的安全算法、安全協議和區塊鏈共識機制等。通過運行各種算法，確保存儲在底層存儲層中的文件具有高度的安全性、可靠性和一致性。其中，基于公平的文件分發協議綜合考慮了系統中存儲節點的信譽度和系統吞吐量等指標，實現了文件的最大化分配；DCP-ABE為分布式存儲系統中的文件提供了訪問控制能力。

3.2.4 管理層

管理層負責對底層功能的集成管理，包括訪問控制策略的制定、隱私保護的具體實施、文件分發和訪問控制的具體管理方法、共識機制的管理及區塊鏈智能合約的管理。這些管理功能通過抽象底層資源和功能，提供給上層開發使用。

3.2.5 接口層

接口層結合管理層提供的抽象，設計了一個平臺的統一接入端，以SDK的形式提供給最上層的應用層進行系統的管理平臺開發。

3.2.6 應用層

應用層包含了區塊鏈管理模塊、區塊鏈性能監控

模塊、屬性管理模塊及文件管理模塊等，為用戶提供了豐富的應用功能

4基于區塊鏈的船舶數據共享應用實踐

中國船級社自主研發了基于區塊鏈的數據共享平臺（CSBC），應用區塊鏈、工業互聯網標識解析技術建立行業數據共享平臺，實現了中國船級社與船東、產品廠、供方公司及設計單位之間的數據共享，促進了船舶行業業務協同。

基于區塊鏈技術的船舶數據共享平臺（CSBC）的總體技術架構采用分層架構設計，主要包括區塊鏈平臺、數據共享平臺和應用前置機3層。

4.1 區塊鏈平臺

區塊鏈平臺是CSBC平臺的核心，包含管理節點、核心節點和二級節點等幾種節點。根據基于區塊鏈的船舶數據共享關鍵技術要求，采用全域名解析方式部署。區塊鏈平臺數據加密和身份認證采用國密算法，增強用戶交易數據安全性。如圖3所示。

4.2 數據共享平臺

數據共享平臺主要實現數據共享與追溯服務，包括建立數據共享規范規則，針對應用進行管理，用戶賬戶及權限管理，對前置機的管理等。該平臺運用區塊鏈文件數據傳輸關鍵技術，為區塊鏈文件存儲提供整體解決方案，確保文件處理的每一步均得到妥善處理。

具有重要意義。

5結束語

本文對基于區塊鏈的船舶數據共享應用進行了深人研究，結合區塊鏈技術的特性與優勢，設計并提出了一個全面且系統的船舶數據共享框架，實現了在船舶設計、生產、供應鏈協同等多個環節中的應用。該框架通過分層架構整合了船舶數據共享的各個環節，涵蓋了基礎設施、數據層、合約層、應用層及訪問控制層，從而有效提高了數據安全性，降低了篡改風險，增強了數據可信度，并顯著提升了數據共享效率。

本研究的結果表明，區塊鏈技術在船舶數據共享領域的應用能夠有效提高數據安全性、降低篡改風險、增強數據可信度及提升數據共享效率。本研究為船舶行業提供了一種新的數據管理和共享模式。此外，基于IPFS的分布式存儲系統和中國船級社自主研發的CSBC數據共享平臺的實際應用案例進一步驗證了本研究方案的可行性和有效性。

綜上所述，本研究為船舶數據共享提供了一種創新的思路和方法，對推動船舶行業數據共享的健康發展具有重要意義。

4.3 應用前置機

在用戶終端，CSBC提供共享交換前置機，運用基于數字信封技術的應用前置機技術，解決用戶入鏈的便捷性、高效性、可信性和安全性問題，是整體系統的最外層認證體系。

基于區塊鏈技術的數據共享平臺（CSBC）架構（圖4)設計與實現，為船舶數據共享提供了新的解決方案，CSBC平臺實現了數據的可信交換、確保了數據的安全性，對推動船舶行業數據共享的健康發展

參考文獻：

[1]羅南昆.聯盟鏈場景下區塊鏈的分片技術研究與系統實現[D].成都：電子科技大學，2021.

[2]潘業達.區塊鏈共識算法優化研究[D].上海：上海交通大學，2019.

[3]AMIRI M J，AGRAWAL D，ABBADI A E. On shardingpermissioned blockchains [C]//2O19 IEEE International Con-ference on Blockchain(Blockchain)，2019:282-285.