區(qū)塊鏈技術(shù)在礦產(chǎn)資源管理中的應(yīng)用研究

李 東，楊淑婧，楊 森

（云南省測繪資料檔案館（云南省基礎(chǔ)地理信息中心），云南 昆明 650034）

礦產(chǎn)資源關(guān)乎國家經(jīng)濟(jì)安全、國防安全和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。云南省的礦產(chǎn)資源豐富，在自然資源部公布的33種關(guān)鍵礦產(chǎn)資源名錄中，探明儲量的金屬礦產(chǎn)包括銦、鉈、鎘、鍺、鉑、鈀、鋨、釕等十余種，其中銦、鉈、鎘關(guān)鍵金屬儲量均居全國第1位; 鍺居全國第2 位；鍶(天青石〉居全國第5 位；鈹、鋯居全國第6 位。同時(shí)，南亞東南亞礦產(chǎn)資源同樣豐富，云南具有對沿邊開放和利用周邊國家礦產(chǎn)資源的獨(dú)特區(qū)位優(yōu)勢[1]。

當(dāng)前，我國區(qū)塊鏈賦能礦產(chǎn)資源管理體系建設(shè)尚處于起步階段，若能抓住區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略機(jī)遇，依托云南省區(qū)塊鏈平臺構(gòu)建自然資源區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源權(quán)籍信息上鏈，不僅將填補(bǔ)和拓展區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)的賦能領(lǐng)域，為礦產(chǎn)資源調(diào)查、確權(quán)、登記、流轉(zhuǎn)、交易等業(yè)務(wù)管理需求提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)支撐，帶來新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。也為探索國土空間全域數(shù)字化、實(shí)現(xiàn)國土空間治理工作網(wǎng)絡(luò)化、國土空間規(guī)劃監(jiān)管智能化提供科學(xué)示范。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)在礦產(chǎn)資源管理中的應(yīng)用場景分析

1.1 區(qū)塊鏈技術(shù)特點(diǎn)

（1）多中心化。傳統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)庫，多用于災(zāi)備場景，如金融機(jī)構(gòu)的兩地三中心架構(gòu)，本質(zhì)上依然是中心化的系統(tǒng)。相比之下，區(qū)塊鏈無中心節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都擁有完整的交易信息，任何數(shù)據(jù)的寫入都需要獲得大多數(shù)節(jié)點(diǎn)的同意。

（2）不可篡改。區(qū)塊鏈采用鏈?zhǔn)酱鎯Y(jié)構(gòu)，維護(hù)一條不斷增長的區(qū)塊構(gòu)成的鏈，只能添加新區(qū)塊而不能刪除或修改數(shù)據(jù)，即，已經(jīng)發(fā)生過的交易信息無法篡改。

（3）隱私保護(hù)。通過密碼學(xué)機(jī)制來確保交易過程無法抵賴和破壞，并保護(hù)用戶信息和記錄的隱私性。

1.2 礦產(chǎn)資源管理難點(diǎn)與短板

（1）確權(quán)管理難。關(guān)鍵礦產(chǎn)資源管理領(lǐng)域存在產(chǎn)權(quán)主體規(guī)定不明確、自然資源資產(chǎn)所有者主體不到位、權(quán)益不落實(shí)、因產(chǎn)權(quán)主體不清造成“公地悲劇”、收益分配機(jī)制不合理等問題，同時(shí)也存在精準(zhǔn)開發(fā)不足、資源無序開發(fā)及濫采亂挖等問題。

（2）總量管理不足，低價(jià)出口等問題。礦產(chǎn)資源在精準(zhǔn)開發(fā)、追溯來源、追蹤去向等方面問題依然突出，提高國際定價(jià)能力還有很大空間。資源參與主體存在利已主義行為動(dòng)機(jī)和多開發(fā)多獲利傾向。

（3）生態(tài)環(huán)境保護(hù)及監(jiān)管等問題。生態(tài)治理不足，資源開發(fā)收益與生態(tài)治理責(zé)任無法完全匹配。自然資源資產(chǎn)所有者主體不到位、生態(tài)治理權(quán)責(zé)不明晰問題，導(dǎo)致開發(fā)利用粗放、治理任務(wù)艱巨，治理難度較大[2]。

1.3 區(qū)塊鏈核心業(yè)務(wù)場景

（1）礦產(chǎn)資源確權(quán)。利用區(qū)塊鏈技術(shù)不可篡改、操作留痕的技術(shù)機(jī)制解決自然資源管理過程中遇到的所有者確權(quán)問題?？衫脜^(qū)塊鏈的數(shù)字身份機(jī)制，讓所有區(qū)塊鏈平臺的參與者都會被分配一個(gè)數(shù)字身份，平臺上所有的業(yè)務(wù)操作都以此身份進(jìn)行，可有效解決產(chǎn)權(quán)主體不分造成的相關(guān)問題[3]。

（2）礦產(chǎn)資源全生命周期管理。利用區(qū)塊鏈技術(shù)可將礦產(chǎn)資源的探礦、開采、加工、冶煉、交易以及資源再回收等全過程利用區(qū)塊鏈技術(shù)記錄下來，從而解決跟蹤礦產(chǎn)資源的來源和去向等問題，防止國家稀有礦產(chǎn)資產(chǎn)低價(jià)出售，非法出境交易。礦產(chǎn)資源參與主體納入平臺管理，可以防止參與主體利己主義動(dòng)機(jī)行為的發(fā)生。

（3）生態(tài)治理。利用區(qū)塊鏈天然的自治能力，解決礦產(chǎn)資源開發(fā)過程遇到的治理問題，解決礦產(chǎn)資源開發(fā)收益與生態(tài)治理責(zé)任無法匹配的問題。在自然資源開發(fā)過程中，一些開發(fā)主體在獲益的同時(shí)傷害了其他主體的利益，造成各種利益沖突問題，因?yàn)殚_發(fā)主體不明確，導(dǎo)致產(chǎn)權(quán)糾紛頻發(fā)，監(jiān)管難以解決。通過利益相關(guān)方共享區(qū)塊鏈平臺，利益相關(guān)方基于區(qū)塊鏈平臺實(shí)現(xiàn)多方協(xié)作，保護(hù)資源健康開發(fā)[4,5]。

（4）監(jiān)管審計(jì)。利用區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源交易全部過程的監(jiān)管審計(jì)。鏈上記錄全程交易及每筆交易的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。每筆交易包含相關(guān)責(zé)任人的數(shù)字簽名，符合國家監(jiān)管政策。通過權(quán)限過濾，數(shù)據(jù)隔離，密碼學(xué)等手段實(shí)現(xiàn)安全審計(jì)，滿足監(jiān)管要求。

2 區(qū)塊鏈礦產(chǎn)資源管理平臺設(shè)計(jì)

礦產(chǎn)資源管理體系以朔源為基礎(chǔ)，以區(qū)塊鏈技術(shù)為支撐，旨在解決礦產(chǎn)資源生命周期全過程管理，確保礦產(chǎn)資源的探查、開發(fā)、交易、確權(quán)、生態(tài)等過程的健康有序進(jìn)行。

2.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的礦產(chǎn)資源管理平臺總體設(shè)計(jì)，包含業(yè)務(wù)應(yīng)用層、能力支撐層、基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)來源層、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、運(yùn)營保障體系6個(gè)部分。業(yè)務(wù)應(yīng)用層提供具體產(chǎn)品確權(quán)管理、產(chǎn)品及貿(mào)易追溯及信息管理、生態(tài)環(huán)境監(jiān)管等應(yīng)用，能力支撐層提供能力保障，基礎(chǔ)設(shè)施層提供基礎(chǔ)資源支撐，數(shù)據(jù)來源層提供戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬追溯體系建設(shè)所需的數(shù)據(jù)。

圖1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2.2 技術(shù)設(shè)計(jì)

如下圖所示，區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)包括區(qū)塊鏈應(yīng)用、應(yīng)用適配器、區(qū)塊鏈框架3個(gè)部分。區(qū)塊鏈框架提供區(qū)塊鏈基礎(chǔ)服務(wù)，應(yīng)用適配器提供封裝、建模的適配，區(qū)塊鏈應(yīng)用即具體的產(chǎn)品確權(quán)管理、產(chǎn)品及貿(mào)易追溯及信息管理、生態(tài)環(huán)境監(jiān)管等過程的應(yīng)用。

圖2 總體技術(shù)架構(gòu)圖

2.2.1 區(qū)塊鏈框架

區(qū)塊鏈框架提供基礎(chǔ)區(qū)塊鏈平臺服務(wù)，包括區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，算法、機(jī)制及相應(yīng)硬件資源。

2.2.2 應(yīng)用適配器

賬戶中心提供密鑰及保管及認(rèn)證服務(wù)。在密碼學(xué)方面，區(qū)塊鏈平臺支持國家商用密碼標(biāo)準(zhǔn)SM2/SM3/SM4。利用SM2非對稱加密算法，可生成區(qū)塊鏈賬戶的公私鑰對；利用SM4數(shù)字摘要算法，可對交易、賬戶及區(qū)塊等數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字摘要運(yùn)算。區(qū)塊鏈平臺同時(shí)還支持國密數(shù)字證書，用戶可以用國密數(shù)字證書簽名交易。

分布式賬本解決數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)存儲問題。由分布式賬本提供的共識服務(wù)是區(qū)塊鏈的核心，也是區(qū)塊鏈與傳統(tǒng)分布式系統(tǒng)的最大區(qū)別之處。它保障底層數(shù)據(jù)的強(qiáng)一致性的同時(shí)，能抵抗“惡意”壞人的影響。共識服務(wù)提供一組抽象的共識接口，用于連接共識算法和其余區(qū)塊鏈模塊。它負(fù)責(zé)接受和處理事務(wù)，并給出共識結(jié)果。共識服務(wù)采用開放式框架，可支撐不同種類的共識算法。

區(qū)塊鏈擴(kuò)展服務(wù)解決現(xiàn)有區(qū)塊鏈功能和性能較難滿足高并發(fā)、大規(guī)模集群應(yīng)用及數(shù)據(jù)隱私安全的需求，區(qū)塊鏈平臺在可擴(kuò)展性方面，提供可橫向擴(kuò)展的多鏈分片技術(shù)；在鏈的互操作性方面，提供同構(gòu)、異構(gòu)的跨鏈技術(shù)；在隱私安全方面，提供余額、地址及附加信息隱藏的隱私保護(hù)技術(shù)。

區(qū)塊鏈策略管理機(jī)制既可管理維護(hù)區(qū)塊鏈系統(tǒng)本身的配置和安全，也可管理區(qū)塊鏈存儲數(shù)據(jù)的訪問策略。區(qū)塊鏈底層提供安全與策略兩個(gè)基礎(chǔ)功能，應(yīng)用適配層提供一系列可視化的管理工具，有配置管理、健康監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、區(qū)塊鏈瀏覽器等。

區(qū)塊鏈平臺適配層抽象出適用于多種業(yè)務(wù)場景的API接口，如：資產(chǎn)、溯源、存證等，供這些場景相關(guān)的業(yè)務(wù)直接使用。在新的業(yè)務(wù)場景下，可基于現(xiàn)有的框架為用戶快速定制接口，滿足業(yè)務(wù)功能需求。

2.2.3 區(qū)塊鏈應(yīng)用

從礦產(chǎn)資源應(yīng)用生命周期的起點(diǎn)就開始上鏈記錄；在加工、生產(chǎn)、交易、流轉(zhuǎn)過程中，戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬資源呈現(xiàn)不同形態(tài)，不同屬主，在區(qū)塊鏈平臺中記錄，并作為溯源信標(biāo)，嵌入所有管理和交易流程。

2.3 功能設(shè)計(jì)

2.3.1 自然資源區(qū)塊鏈BaaS平臺

BaaS（Blockchain as a Service）是一種基于主流區(qū)塊鏈技術(shù)的企業(yè)級區(qū)塊鏈平臺服務(wù)，該平臺可幫助區(qū)塊鏈業(yè)務(wù)開發(fā)用戶快速構(gòu)建穩(wěn)定、安全的生產(chǎn)級區(qū)塊鏈環(huán)境。BaaS平臺核心功能包括：區(qū)塊鏈基礎(chǔ)組建服務(wù)，區(qū)塊鏈瀏覽器，區(qū)塊鏈運(yùn)維監(jiān)控服務(wù)，可靈活支撐未來主流的區(qū)塊鏈底層技術(shù)，支持技術(shù)創(chuàng)新以及與人工智能技術(shù)的深度融合。

2.3.2 礦產(chǎn)資源生命周期管理

構(gòu)建礦產(chǎn)資源生命周期管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過BaaS平臺提供的REST接口與區(qū)塊鏈交互實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上鏈。主要管理礦產(chǎn)資源的探礦流程，開采流程，加工流程，冶煉流程，審批流程，交易流程，回收流程等。

2.3.3 生態(tài)治理管理平臺

區(qū)塊鏈上的自治讓多參與方、多中心的系統(tǒng)按照公開的算法、規(guī)則形成的自動(dòng)協(xié)商一致的機(jī)制基礎(chǔ)上來運(yùn)行，以確保記錄在區(qū)塊鏈上的每一筆交易的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。讓每個(gè)人能夠?qū)ψ约旱臄?shù)據(jù)做主，讓每個(gè)機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對自己的數(shù)據(jù)和數(shù)字資產(chǎn)做主。

2.3.4 確權(quán)登記管理平臺

區(qū)塊鏈具備不可篡改性，用共識機(jī)制達(dá)成一致，從而以快速即時(shí)的價(jià)值轉(zhuǎn)移來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)作即確權(quán)、使用即授權(quán)、發(fā)現(xiàn)即維權(quán)。確權(quán)登記管理平臺利用區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的確權(quán)登記，保證權(quán)利所有者利益，減少權(quán)利糾紛。如此可以讓礦產(chǎn)資源這樣的實(shí)物資產(chǎn)賦予了數(shù)字資產(chǎn)的屬性，增強(qiáng)其信用，提升流通效率。

3 結(jié)論與展望

基于區(qū)塊鏈技術(shù)多方共識、難以篡改、數(shù)據(jù)透明可追溯的特性，實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源統(tǒng)一確權(quán)、產(chǎn)品生產(chǎn)追溯、產(chǎn)品貿(mào)易追溯、生態(tài)環(huán)境保護(hù)及監(jiān)管等層面的綜合管理，完善全產(chǎn)業(yè)鏈追溯機(jī)制，是實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源來源可查、去向可追、責(zé)任可究，強(qiáng)化全過程信息透明可追溯的有效措施。同時(shí)，也為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源安全提供有力保障，為資源型產(chǎn)業(yè)發(fā)展開創(chuàng)新的領(lǐng)地。