基于区块链的危化品追溯管理系统

冯琳琳，司博章，许亨哲

1 概述

危险化学品是指化学品中具有易燃、易爆、有毒、有害及有放射性、腐蚀性，会对人员、设备、环境造成伤害或损伤的化学品。这些危险化学品在其生产、储存、经营、运输、使用、废弃处置过程中，若处理不当疏于管理，会对人类和环境造成危害。随着城市化进程加快和国民经济的快速发展，危险化学品在工业生产和市民日常生活中的地位越发凸显，随之而来的是，我国危险化学品生产、储存和流通等环节的安全问题日显突出，诸如浙江温岭油罐车爆炸事件、南六环成品油泄漏事故、“金凤呈祥”蛋糕店瓶装液化气爆燃事故等都暴露出危险化学品安全监管方面仍存在待完善的空间，这都要求我们对危险化学品进行更加严格的管理，以创新的管理模式整合相关监管部门的职能并形成合力，提升企业和城市安全管理水平。

安全生产是关系人民群众生命财产安全的大事，是经济社会协调健康发展的标志，是党和政府对人民利益高度负责的要求。党中央、国务院历来高度重视安全生产工作，2020年2月26日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于全面加强危险化学品安全生产工作的意见》，提出研究建立危险化学品全生命周期信息监管系统，对生产、贮存、运输、使用、经营、废弃处置等各环节进行全过程信息化管理和监控，实现危险化学品来源可循、去向可溯、状态可控，做到企业、监管部门、执法部门及应急救援部门之间互联互通。2018年1月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于推进城市安全发展的意见》，提出要促进建立以安全生产为基础的综合性、全方位、系统化的城市安全发展体系，全面提高城市安全保障水平，有效防范和坚决遏制重特大安全事故发生。

危化品监管面临面广量大、涉及行业众多，易发生重特大事件风险高；监管部门多，没有实现从生产到废弃全流程监管，不可控因素多，管控难度大；监管体系复杂、部门间信息交流不畅，数据共享程度低。区块链技术作为一种大规模协作工具，对危化品生产、经营、运输、储存、使用、废弃处置进行全过程、全链条的信息管理，打破不同部门、不同层级、不同区域内的信息壁垒；有利于监管部门查摆危化品流转过程安全漏洞，实现对企业安全生产状况的监督管理；同时各监督部门监管信息上链，有效实现纵向智能部门、横向部门间政务信息共享，形成互相协作；当发生生产安全事故时，能够向上追溯、快速查找危化品流转和监管过程中存在的问题，便于事故查处、界定追踪责任，提升全市危险化学品安全管理水平，保障城市安全稳定。

2 区块链

2.1 定义

区块链是分布式数据存储、点对点运输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。基于区块链技术可以构建一个高效可靠的价值传递系统，推动互联网成为构建社会信任的网络基础设施，实现价值的有效传递。区块链技术不是一个单项的技术，而是一个集成了多方面研究成果基础之上的综合性技术系统。该技术具备泛中心化、开放互信、不可篡改、高可靠等特征。

2.2 区块链特性

2.2.1 泛中心化

基于分布式系统结构，采用加密算法来建立分布式节点间的信任关系，从而形成去中心化的、高信任的分布式系统。在该体系中，整个网络不再需要中心化的硬件或者第三方平台，任意节点之间的权利和义务都是均等的，且少数节点的损坏或者作恶都不会影响整个系统的运作，因此区块链系统具有极好的健壮性。

2.2.2 开放互信

区块链系统是开放的，整个系统的运行规则必须是公开透明的，参与系统的每个节点之间进行数据交换是无须互相信任的，除了交易各方的私有信息被加密外，区块链的数据对所有人公开，任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用，因此整个系统信息高度透明，在系统指定的规则范围和时间范围内，节点之间是不能也无法欺骗其他节点的。

2.2.3 不可篡改

基于“区块+链”（block+chain）的独特账本，存有交易的区块按照时间顺序持续加到链的尾部。要修改一个区块中的数据，就需要重新生成它之后的所有区块。同时，共识机制使得修改大量区块的成本极高，几乎是不可能的。以采用工作量证明的区块链网络（比如比特币、以太坊）为例，只有拥有51%以上的算力才可能重新生成所有区块以篡改数据，这种设计机制增强了区块链的数据可靠性。

2.2.4 高可靠性

区块链技术通过共识算法保持各节点数据的高度一致，每一个全节点都会维护一个完整的数据副本，整个系统的正常运转不依赖个别节点。如果某个节点遇到网络问题、硬件故障、软件错误或者被黑客控制，则均不会影响系统以及其他参与节点。问题节点在排除故障并完成数据同步之后，便可以随时再加入系统中继续工作。

区块链提供了一种新型的社会信任机制，为数字经济的发展奠定了新基石，“区块链+”应用创新，昭示着产业创新和公共服务的新方向。现阶段，区块链技术在金融保险、供应链、食品安全、医疗健康、政务等多个领域己经开展了深入的应用探索，其价值得到了广泛认可。

3 基于区块链危化品追溯管理可行性分析

我国危化品监管面临面广量大、涉及行业众多，易发生重特大事件风险高；监管部门多，没有实现从生产到废弃全流程监管，不可控因素多，管控难度大；监管体系复杂、部门间信息交流不畅，数据共享程度低。

区块链技术作为一种大规模协作工具，对危化品生产、经营、运输、储存、使用、废弃处置进行全过程、全链条的信息管理，打破不同部门、不同层级、不同区域内的信息壁垒；有利于监管部门查摆危化品流转过程安全漏洞，实现对企业安全生产状况的监督管理；同时各监督部门监管信息上链，有效实现纵向智能部门、横向部门间政务信息共享，形成互相协作；当发生生产安全事故时，能够向上追溯、快速查找危化品流转和监管过程中存在的问题，便于事故查处、界定追踪责任。

建设基于区块链的危化品追溯管理系统实现危险化学品相关信息整合，有效串联起各部门的监管职能和信息资源，推进管理部门之间业务衔接和协调配合，提升危险化学品管理效率；运用电子标签，构建“一物一码”的危险化学品唯一标识的追溯码，面向全市危险化学品生产、经营、储存、使用等相关监管链条单位进行数据对接和采集，结合交管局的电子运单系统数据、市监局的气瓶监管系统、环保局的废弃处置企业管理系统等，搭建危险化学品全生命周期管理体系，打造从审批、资质管理、行政处罚等监管的“全链条”，事后应急转向事前预防，事后处置转向监管防范，简单粗暴转向精耕细作，单纯被动监管转向监管、服务和主动申报，实现危险化学品全环节、全过程危化品动态监管、全流程追溯，维护城市稳定安全。

4 基于区块链危化品追溯管理系统

4.1 工作原理

利用区块链不可篡改、开放互信等特性，对危化品涉及的生产、储存、经营、使用、废弃等各环节涉及的企业、委办局数据进行上链，实现危化品全环节、全流程信息上链和监管，打通危化品监管相关委办局的数据，能够建立各部门间的信任和共识，夯实各协作部门的信任基础，实现在确保数据安全的同时促进各部门数据的授权共享与业务协同。将所有的数据流转使用记录留存于链上，当发生问题时，定位问题发生的环节和责任方，同时参与方也可以通过溯源数据自证清白。

4.2 模式和数据上链

根据危化品全流程监管涉及环节数据，本次系统采取联盟链的方式，如图1为危化品上链的示意图，可实现危化品全过程的信息跟踪。

图1 危化品上链示意图

危化品通过“一物一码”标识，将生产、储存、经营、运输、使用到废弃全流程环节信息写入区块链，区块链上信息不可篡改。基于区块链的危化品追溯管理平台由各个委办局及相关企业（生产、经营、运输、销售、废弃处置）和使用单位环节的节点群共同维护，基于区块链技术的分布式、去中心化等特征，监管方、企业方和使用方即可获取危化品来源、去向等追溯数据，更便捷的获取所购危化品安全和产品追溯信息。

4.3 上链数据采集（工业气体为试点）

基于区块链的危化品追溯管理系统，通过RFID标签实现对危化品涉及生产、储存、经营、运输、管理、废弃环节，通过这些环节的信息上链，搭建人、组织、物、空间、车在业务系统和监管单位数据管理单元，通过危化品追溯唯一识别码可以实现全流程追溯。

以工业气体为例，涉及到建档、充装、检验、运输、经营、使用和回收环节，采集的数据信息如上:

建档:所属区域、区监察机构、气瓶充装单位、充装单位充装许可证号、溯源标识一维条码编码、追溯标识二维码编码、气瓶状态、产权状态等。

充装/回收:追溯标识、充装单位、检察员、从业资格、检查时间、结论、充装介质等。

检验:追溯标识、送检单位、末次检验、上次检验、检验单位等。

运输:托运单位、运输单位、电子运单、发货地址、收货地址等。

经营:交易时间、充装介质、采购单位、销售单位等。

使用:追溯编码、收货单位、交付单位、交付时间、签收人等。

4.4 全流程追溯管理系统（工业气体为试点）

全流程追溯管理系统可以实现工业气体流通情况分析，通过相关数据匹配，可对上上游信息进行关联，明确上上游从业单位身份，落实主体责任等方式，形成多系统联动闭环管理和精细化管理，实现危险化学品全流程可追溯化管理，提高危险化学品源头管控和动态监控能力。

4.4.1 气瓶追溯整体流程

气瓶追溯包括充装、检验、经营、使用、回收五个环节，而气瓶追溯的企业类型中充装和回收通常是一家单位，其中充装、回收和检验率属于市场监督管理局监管，经营和使用率属于应急局监管，针对市监局监管我们主要是接入相关监管数据和企业数据，使用和经营监管由企业自己填报数据；区块链在追溯管理中将线上的实体对象（危化品、车辆、库位、人员、企业等），以及基于实体对象如车辆相关的定位、轨迹等数据映射到链上数字世界，将区块链不可篡改的特性拓展到线上场景，建立线上和链上之间的桥梁。

4.4.2 追溯系统数据对接

图2 气瓶追溯全流程

气体（工业气体）管理中经营和使用环节是由应急局直接监管，通过规定经营和使用企业相关建设标准和对接标准，使用终端采取实名制方式，真正实现从建档到使用全流程的数据接入和管控，同时可为相关委办局提供数据支撑。

4.4.3 气体追溯时空关联分析

针对工业气体场景，接入充装、检验、回收三个环节的市监督管理局气瓶追溯系统、交管局、运输局的数据和企业自建的工业气体追溯系统数据；针对经营和使用环节，通过扫描危化品货物二维码、手持机扫描入库单、出库单等相关信息或者是OCR识别技术，将与危化品经营和使用相关的人、车、危化品、仓库、轨迹等线上数据映射到链上，并进行身份绑定关联和存证，形成数据链，佐证危化品的交易；同时基于时空关联分析，建立基于图数据库的个人、组织、危化品、车辆等关系网络，基于存证数据和图数据的聚合，完成多时空关联查询。

5 结束语

基于区块链的危化品追溯管理系统有利于推动危险化学品的精细化、无缝隙化管理，实现对危险化学品信息的实时精确掌握、全过程周期动态监管及重点追溯监管，提升危险化学品可追溯、动态监管水平，可有效推动危险化学品安全监管模式创新，进一步健全危险化学品行业的安全管理机制，提升危险化学品安全管理水平，保障从生产到最终废弃全生命周期的安全稳定。

通过区块链技术分布式存储及安全共享技术，有助于各部门数据共享，有助于监管部门有效掌握危险化学品存量、分布和流向等信息，为实时掌握危险化学品安全态势提供数据支撑；有利于推进相关单位之间业务衔接和协调配合，提升危险化学品监管效率，为执法检查、事故应急、宏观决策提供依据，为企业自身设立了安全发展的准绳，促进企业安全生产主体责任的落实，提升本质安全。