一种基于联盟链的特种设备质控分布式云平台模型

张莉君

摘要：文中针对特种设备全链条多主体下数据治理难、共享能力低、数据追溯成本高等问题，提出一种基于联盟链的特种设备质控分布式云平台。定义了相关特种设备账本资源要素，给出了基于联盟链的特种设备质控分布式云平台的模型与方案，在使得企业主体责任更清晰的同时也提供与现有信息系统数据共识交互的能力。

关键词：特种设备；联盟链；数据追溯；数据账本；系统模型

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

区块链技术最早是由比特币的底层技术扩展出来的，目前区块链已经进入3.0时代，即智能化应用[1]。与区块链1.0、2.0不同，其不仅仅与货币、金融有关，目前已衍生到各个领域，包括如公证、物流、医疗、仲裁、汽车、投票、航运[2]、能源[3]、农业[4]等领域，根据区块链可追溯、分布式、不可篡改等特性，应用范围扩大到了整个社会。近年来，研究人员开始探究区块链技术在特种设备方面的应用：在特种设备的检验环节的区块链应用[5]、设备技术档案的存证以及监管安全应用的理论研究[6]、基于区块链的电梯追溯体系的构建[7]等方面做了一定的研究与实践，但是只停留在某个环节或者某个设备种类方面的研究，未涉及数据跨区域、多主体的全链条贯通融合联盟链平台，以及相关安全信息可信传递研究，实际上特种设备行业区块链在技术、理念、模式等方面的研究均在起步阶段。

1  特种设备联盟链的作用

1.1联盟链

区块链分为公链（Public Block Chain）、私有链（Private Block Chain）和联盟链（Consortium Block Chain）[8]。其中联盟链不是完全去中心化，只是部分的去中心化。一个联盟链一般包含多个组织，每个组织可单独建立一个实例或者共用一个实例，内部指定多个预选的节点为记账人，其他接入该联盟链的节点可以参与联盟中的交易，但是可不记账。第三方可以通过链上的API進行查询。联盟链容易进行权限控制，并具有更高的可扩展性，联盟链的维护治理，一般由联盟成员进行，共识过程受到联盟成员的控制，能很好地完成系统之间的信任访问和数据交易。

1.2特种设备联盟链的作用

特种设备联盟链通过新一代信息化技术将特种设备信息流在网络空间提供机器自治的可能。

1.2.1 联盟内部应用

在联盟内部可以提供参与方数据共享和追溯的服务，通过智能合约技术提升协同效能，如报告出具效率提升，通过共融技术实现全链条报告、证书数据的对齐，保证数据的统一性，便于识别和利用，如生产和使用单位（企业）作为区块链中的一个组织，参与协同工作，数据实时共享，检验、施工单位、监管机构的数据实时联动，通过建立相关施工告知智能合约规范，实现施工单位一键完成告知和报检；在报告出具中关键设备信息参数的识别，可从联盟链中设备相关上链单位提供信息获取，提高报告出具效率，为检验报告和证书的电子化提供基础。通过智能合约技术提升效能；如果监管机构发现了特种设备的质量问题，借助区块链提供的精准追溯能力快速确定设备已经流通的区域，加快问题特种设备的召回速度。

1.2.2联盟外部应用

现有国家级数据平台均为中心化模式，设立初衷主要是为满足某类特种设备，或针对某个机构和组织建立的系统。基于联盟链的建设与发展运用“多中心化”的思维方式，强调“数据共治”的思想，是现有国家级数据平台的支撑和补偿。其作用主要在于，一是提供数据供给新路径，如检测大数据平台，电梯应急救援96333等系统针对某个机构、某个应用场景建立的信息系统，系统数据来源较为单一，数据校验较为困难，本项目区块链中的数据反过来可以作为现有平台的补充，通过联盟确认数据安全边界，并提供数据开放协议，为其提供一种新的数据供给方式。二是提供应用补充新方法，如游乐设施健康检测系统、电梯质量追溯系统等针对某类特种设备监管建立的信息系统，强调相关数据的流程信息，相关平台可通过授权访问方式，查阅企业内部更为详细的存档资料，作为现有平台的延伸应用。

2  系统架构

本系统为特种设备区块链云服务，提供特种设备行业全链路联盟数据访问支持。如图1所示，系统分为数据库层、区块链层、基础服务层、业务服务层、API接口层和客户端层。其中数据库层包括各个企业现有的传统信息系统如MYSQL、ORCLE等结构化数据库系统为信息化能力较弱的无独立信息系统的单位提供数据基础服务，再如Redis、CouchDB等非结构化数据库提供区块链基础存储服务。区块链层负责实现基础区块链功能，由不同组织间的多个共识节点、多个通道组成，通过建立节点、通道、共识策略、智能合约提供区块链基础服务。基础服务层实现在基础区块链服务结合云服务的基础服务框架，包括账本查询、定时任务、消息队列、日志服务、用户权限和安全管理等功能。业务服务层将特种设备从生产、使用到检验、监管等环节分为组织单位，不同的企业可通过用户注册的形式，选择其所在的组织单元注册并登录系统进行数据的操作和获取。API接口层提供用户API接口，用于自建系统的用户自行接入和参与合约执行任务。

3  账本模型

根据特种设备特点，特种设备联盟链分为设备、单位、人员三套账本，特种设备联盟链账本包含区块头和区块体两部分，其中区块头包含区块ID（区块高度）、本区块HASH、本区块版本、上一区块HASH、默克尔哈希根（查验使用）以及时间戳等通用的区块链头信息[9]。区块体方面根据特种设备数据应用共享特点由唯一识别区、链内结构化数据共融区、链内非结构化数据共融区以及公共数据获取区四个区块组成的账本组成，如图2所示。唯一识别区用于数据的共享互认，唯一识别码区内的数据均可唯一或者组合表达信息的唯一性；链内结构化数据共融区主要用于以结构化数据保存如数据库形式保存的数据的共享利用；链内非结构化数据共融区作用于存档电子资料，由于账本数据需要广播后背书记账，所以账本区电子资料只保存资料的HASH值，用户需调阅资料时，通过加密通道读取电子资料；公共数据获取区通过系统与特种设备公示信息平台等的交互，为企业提供便捷信息获取和共享功能，包括联盟链内部应用和外部系统共享两种模式，其中盟链内部应用时保存账本访问权限、访问对象、访问限制等信息，外部系统共享主要保存相关交互的接口地址、接口参数、接口名称、接口描述及服务方式等信息。

系统以设备账本维护为中心，通过单位、人员账本的辅助建立数据共享链，提供全链条多主体的设备信息共享应用服务。如图3所示，单位账本包含考试、评审、生产、使用、检验检测及监管等单位，唯一识别区为统一社会信用代码。人员账本包括作业人员、检验检测人员、监管人员、评审人员等人员信息，唯一识别区为人员身份证书。设备账本包括设计、型式试验、制造、安装、改造、维修、使用、维保、检验、检测、监督等环节的数据资产，唯一识别区由于历史原因，目前特种设备没有统一的设备追溯编码，为保证设备唯一识别码区能兼容各种设备识别情况，设计多种识别通径，包括与系统识别相关的唯一识别码如检验大数据平台的设备识别码、电梯安全质量追溯平台的整机编码；与法律规范定义一致的设备代码、使用登记编码；以及基于经验研判的出厂编号、型号、制造单位统一社会信用代码唯一识别标志等。单设备账本将主要部件管理纳入账本，提供部件信息追溯更清晰的路径。单位、人员账本支撑设备账本，同时单位账本也为人员账本提供基础数据支持。

4  结语

文中结合联盟链的部分去中心化、不可篡改、数据可信共享等特点，基于联盟链技术构建了一种特种设备全链条多主体特种设备质控分布式云平台模型，通过账本区域的数据资源描述，保证了数据规范描述与权属清晰。在实际的应用场景中，应结合具体的使用环境进行调整，提升共识效率，通过分布式结合中心式系统的通讯，以及智能合约技术增加数據应用场景，进一步发挥数据作为生产要素的价值。总之，通过联盟链的技术应用，能在信息共享、数据追溯和报告防伪等领域发挥作用，在后续应用升级中，还应考虑数据广播造成的网络吞吐量增大造成网络堵塞，以及随着联盟参与组织的增加导致账本数据过大等问题。

参考文献

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[3]王浩柱，谢秦，邓方明，杨阳.基于联盟区块链的新能源企业智能电动汽车充电系统[J].电气传动，2022，52（20）：63-69.

[4]张新，彭祥贞，许继平，王小艺，李海生，赵峙尧.基于区块链智能合约的稻米供应链动态监管模型[J].农业机械学报，2022，53（01）：370-382.

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[9]潘恒，钱海洋，姚中原，刘炜，斯雪明.典型区块链存储与查询技术综述[J].郑州大学学报（理学版），2022，54（06）：34-50.