区块链技术在矿产资源管理中的应用研究

李 东，杨淑婧，杨 森

（云南省测绘资料档案馆（云南省基础地理信息中心），云南 昆明 650034）

矿产资源关乎国家经济安全、国防安全和战略性新兴产业发展。云南省的矿产资源丰富，在自然资源部公布的33种关键矿产资源名录中，探明储量的金属矿产包括铟、铊、镉、锗、铂、鈀、锇、钌等十余种，其中铟、铊、镉关键金属储量均居全国第1位; 锗居全国第2 位；锶(天青石〉居全国第5 位；铍、锆居全国第6 位。同时，南亚东南亚矿产资源同样丰富，云南具有对沿边开放和利用周边国家矿产资源的独特区位优势[1]。

当前，我国区块链赋能矿产资源管理体系建设尚处于起步阶段，若能抓住区块链产业发展的战略机遇，依托云南省区块链平台构建自然资源区块链节点，实现矿产资源权籍信息上链，不仅将填补和拓展区块链产业的赋能领域，为矿产资源调查、确权、登记、流转、交易等业务管理需求提供准确可靠的数据支撑，带来新的经济增长点。也为探索国土空间全域数字化、实现国土空间治理工作网络化、国土空间规划监管智能化提供科学示范。

1 区块链技术在矿产资源管理中的应用场景分析

1.1 区块链技术特点

（1）多中心化。传统的分布式数据库，多用于灾备场景，如金融机构的两地三中心架构，本质上依然是中心化的系统。相比之下，区块链无中心节点，每个节点都拥有完整的交易信息，任何数据的写入都需要获得大多数节点的同意。

（2）不可篡改。区块链采用链式存储结构，维护一条不断增长的区块构成的链，只能添加新区块而不能删除或修改数据，即，已经发生过的交易信息无法篡改。

（3）隐私保护。通过密码学机制来确保交易过程无法抵赖和破坏，并保护用户信息和记录的隐私性。

1.2 矿产资源管理难点与短板

（1）确权管理难。关键矿产资源管理领域存在产权主体规定不明确、自然资源资产所有者主体不到位、权益不落实、因产权主体不清造成“公地悲剧”、收益分配机制不合理等问题，同时也存在精准开发不足、资源无序开发及滥采乱挖等问题。

（2）总量管理不足，低价出口等问题。矿产资源在精准开发、追溯来源、追踪去向等方面问题依然突出，提高国际定价能力还有很大空间。资源参与主体存在利已主义行为动机和多开发多获利倾向。

（3）生态环境保护及监管等问题。生态治理不足，资源开发收益与生态治理责任无法完全匹配。自然资源资产所有者主体不到位、生态治理权责不明晰问题，导致开发利用粗放、治理任务艰巨，治理难度较大[2]。

1.3 区块链核心业务场景

（1）矿产资源确权。利用区块链技术不可篡改、操作留痕的技术机制解决自然资源管理过程中遇到的所有者确权问题。可利用区块链的数字身份机制，让所有区块链平台的参与者都会被分配一个数字身份，平台上所有的业务操作都以此身份进行，可有效解决产权主体不分造成的相关问题[3]。

（2）矿产资源全生命周期管理。利用区块链技术可将矿产资源的探矿、开采、加工、冶炼、交易以及资源再回收等全过程利用区块链技术记录下来，从而解决跟踪矿产资源的来源和去向等问题，防止国家稀有矿产资产低价出售，非法出境交易。矿产资源参与主体纳入平台管理，可以防止参与主体利己主义动机行为的发生。

（3）生态治理。利用区块链天然的自治能力，解决矿产资源开发过程遇到的治理问题，解决矿产资源开发收益与生态治理责任无法匹配的问题。在自然资源开发过程中，一些开发主体在获益的同时伤害了其他主体的利益，造成各种利益冲突问题，因为开发主体不明确，导致产权纠纷频发，监管难以解决。通过利益相关方共享区块链平台，利益相关方基于区块链平台实现多方协作，保护资源健康开发[4,5]。

（4）监管审计。利用区块链技术实现矿产资源交易全部过程的监管审计。链上记录全程交易及每笔交易的实现细节。每笔交易包含相关责任人的数字签名，符合国家监管政策。通过权限过滤，数据隔离，密码学等手段实现安全审计，满足监管要求。

2 区块链矿产资源管理平台设计

矿产资源管理体系以朔源为基础，以区块链技术为支撑，旨在解决矿产资源生命周期全过程管理，确保矿产资源的探查、开发、交易、确权、生态等过程的健康有序进行。

2.1 总体架构设计

基于区块链技术的矿产资源管理平台总体设计，包含业务应用层、能力支撑层、基础设施层、数据来源层、标准规范体系、运营保障体系6个部分。业务应用层提供具体产品确权管理、产品及贸易追溯及信息管理、生态环境监管等应用，能力支撑层提供能力保障，基础设施层提供基础资源支撑，数据来源层提供战略性关键金属追溯体系建设所需的数据。

图1 总体架构设计图

2.2 技术设计

如下图所示，区块链技术架构包括区块链应用、应用适配器、区块链框架3个部分。区块链框架提供区块链基础服务，应用适配器提供封装、建模的适配，区块链应用即具体的产品确权管理、产品及贸易追溯及信息管理、生态环境监管等过程的应用。

图2 总体技术架构图

2.2.1 区块链框架

区块链框架提供基础区块链平台服务，包括区块链网络，算法、机制及相应硬件资源。

2.2.2 应用适配器

账户中心提供密钥及保管及认证服务。在密码学方面，区块链平台支持国家商用密码标准SM2/SM3/SM4。利用SM2非对称加密算法，可生成区块链账户的公私钥对；利用SM4数字摘要算法，可对交易、账户及区块等数据进行数字摘要运算。区块链平台同时还支持国密数字证书，用户可以用国密数字证书签名交易。

分布式账本解决数据格式、数据记录、数据存储问题。由分布式账本提供的共识服务是区块链的核心，也是区块链与传统分布式系统的最大区别之处。它保障底层数据的强一致性的同时，能抵抗“恶意”坏人的影响。共识服务提供一组抽象的共识接口，用于连接共识算法和其余区块链模块。它负责接受和处理事务，并给出共识结果。共识服务采用开放式框架，可支撑不同种类的共识算法。

区块链扩展服务解决现有区块链功能和性能较难满足高并发、大规模集群应用及数据隐私安全的需求，区块链平台在可扩展性方面，提供可横向扩展的多链分片技术；在链的互操作性方面，提供同构、异构的跨链技术；在隐私安全方面，提供余额、地址及附加信息隐藏的隐私保护技术。

区块链策略管理机制既可管理维护区块链系统本身的配置和安全，也可管理区块链存储数据的访问策略。区块链底层提供安全与策略两个基础功能，应用适配层提供一系列可视化的管理工具，有配置管理、健康监控、数据分析、区块链浏览器等。

区块链平台适配层抽象出适用于多种业务场景的API接口，如：资产、溯源、存证等，供这些场景相关的业务直接使用。在新的业务场景下，可基于现有的框架为用户快速定制接口，满足业务功能需求。

2.2.3 区块链应用

从矿产资源应用生命周期的起点就开始上链记录；在加工、生产、交易、流转过程中，战略性关键金属资源呈现不同形态，不同属主，在区块链平台中记录，并作为溯源信标，嵌入所有管理和交易流程。

2.3 功能设计

2.3.1 自然资源区块链BaaS平台

BaaS（Blockchain as a Service）是一种基于主流区块链技术的企业级区块链平台服务，该平台可帮助区块链业务开发用户快速构建稳定、安全的生产级区块链环境。BaaS平台核心功能包括：区块链基础组建服务，区块链浏览器，区块链运维监控服务，可灵活支撑未来主流的区块链底层技术，支持技术创新以及与人工智能技术的深度融合。

2.3.2 矿产资源生命周期管理

构建矿产资源生命周期管理系统，该系统通过BaaS平台提供的REST接口与区块链交互实现数据上链。主要管理矿产资源的探矿流程，开采流程，加工流程，冶炼流程，审批流程，交易流程，回收流程等。

2.3.3 生态治理管理平台

区块链上的自治让多参与方、多中心的系统按照公开的算法、规则形成的自动协商一致的机制基础上来运行，以确保记录在区块链上的每一笔交易的准确性和真实性。让每个人能够对自己的数据做主，让每个机构可以实现对自己的数据和数字资产做主。

2.3.4 确权登记管理平台

区块链具备不可篡改性，用共识机制达成一致，从而以快速即时的价值转移来实现创作即确权、使用即授权、发现即维权。确权登记管理平台利用区块链实现矿产资源的确权登记，保证权利所有者利益，减少权利纠纷。如此可以让矿产资源这样的实物资产赋予了数字资产的属性，增强其信用，提升流通效率。

3 结论与展望

基于区块链技术多方共识、难以篡改、数据透明可追溯的特性，实现矿产资源统一确权、产品生产追溯、产品贸易追溯、生态环境保护及监管等层面的综合管理，完善全产业链追溯机制，是实现矿产资源来源可查、去向可追、责任可究，强化全过程信息透明可追溯的有效措施。同时，也为战略性矿产资源安全提供有力保障，为资源型产业发展开创新的领地。