基于區(qū)塊鏈的建設(shè)工程質(zhì)量檢測報告存證系統(tǒng)的研究與實踐

柯常偉，戴 寧，翁利俠，曹明明，陳海建，張啟超

（1.上饒市工程建設(shè)質(zhì)量監(jiān)督檢測中心站，江西 上饒 334099；2.贛州市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，江西 贛州 341008；3.江西省潤邦工程技術(shù)研究有限公司，江西 南昌 330000；4.廣州粵建三和軟件股份公司，廣東 廣州 510640）

0 引言

建筑行業(yè)信息化、數(shù)字化建設(shè)正處于快速發(fā)展階段，新一代信息技術(shù)如何賦能智慧建造、智慧城市建設(shè)成為一個社會關(guān)注課題。一個建設(shè)工程項目在施工過程中需要用到大量的施工材料及制品，為消除其質(zhì)量隱患，在投入使用前需要通過第三方檢測機構(gòu)對材料各項指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量檢測，符合標(biāo)準(zhǔn)才可以投入使用。通常檢測的數(shù)據(jù)和出具的檢測報告都保存在檢測機構(gòu)的系統(tǒng)上，施工方只能取得紙質(zhì)報告，這種傳統(tǒng)的保存和管理方法，不便于報告的防偽驗偽，報告易于篡改。本文利用區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)檢測報告的分布式存證管理及鏈上數(shù)據(jù)驗偽，實現(xiàn)報告的去中心化多方存儲和管理，保證鏈上報告的真實性，杜絕檢測報告被篡改，建立雙方信任機制。

1 研究背景

伴隨我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速推進(jìn)，建設(shè)工程項目數(shù)量及規(guī)模不斷擴大，促進(jìn)建筑工程建設(shè)行業(yè)也隨之快速發(fā)展，對于工程質(zhì)量也提出了更高要求。在施工過程中，質(zhì)量安全不僅關(guān)系到人民人身安全，還影響到社會經(jīng)濟發(fā)展。工程質(zhì)量需要建筑行業(yè)多個部門共同參與，否則無法得到有效保障，目前我國工程質(zhì)量還存在較多問題，比如，在建設(shè)施工過程中所使用的工程材料本身質(zhì)量問題，監(jiān)管部門面對如此大規(guī)模市場監(jiān)督難度大。工程質(zhì)量檢測作為監(jiān)督工程質(zhì)量的重要手段，也是控制工程質(zhì)量的主要技術(shù)手段，它包括對工程材料和制品的質(zhì)檢。因此必須加強工程質(zhì)量檢測工作，對其重要性有充分的認(rèn)識，通過質(zhì)量檢測工作及時發(fā)現(xiàn)施工項目的質(zhì)量隱患并采取處理措施，避免出現(xiàn)工程安全事故。目前我國工程質(zhì)量檢測信息化還存在不足之處。

1）隨著工程檢測市場開放，越來越多的檢測機構(gòu)涌入市場，施工單位如何去鑒別這些檢測機構(gòu)是否具備相應(yīng)項目的檢測資質(zhì)，主管部門如何進(jìn)行市場監(jiān)督等問題成為工程質(zhì)量工作開展首先要面臨的問題。

2）建筑行業(yè)信息化水平較低，傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)采用本地或云服務(wù)器存儲，系統(tǒng)管理員和操作人員擁有修改權(quán)限。因為利益關(guān)系導(dǎo)致檢測數(shù)據(jù)造假、偽造檢測報告事件時有發(fā)生，報告的防偽驗偽成本過高也是導(dǎo)致市場混亂和監(jiān)督難度大的原因之一。

3）不同系統(tǒng)的跨平臺開發(fā)擴展性差，數(shù)據(jù)共享和安全性較差，且二次開發(fā)成本高，存在風(fēng)險大、周期長等局限性。

市場亟需一個有效的方案來解決上述問題，研發(fā)一個更為科學(xué)、高效的工程質(zhì)量檢測管理信息系統(tǒng)已經(jīng)迫在眉睫。區(qū)塊鏈作為新一代信息技術(shù)，被認(rèn)為是繼蒸汽機、電力、互聯(lián)網(wǎng)后的第四代具有顛覆性的核心技術(shù)革命。區(qū)塊鏈成為解決彼此信任問題的基礎(chǔ)設(shè)施，可以改變千百年來落后的信用機制，在智慧城市領(lǐng)域有很大的應(yīng)用空間。其去中心化分布式記賬、不可篡改的可信數(shù)據(jù)、可溯源等特性，完全契合于當(dāng)前行業(yè)痛點。筆者深入分析行業(yè)現(xiàn)狀，投入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)研究，探索區(qū)塊鏈在建設(shè)工程質(zhì)量檢測領(lǐng)域的應(yīng)用，成立了基于區(qū)塊鏈的建設(shè)工程質(zhì)量檢測報告存證鏈，解決工程質(zhì)量檢測報告造假、難于驗偽等問題。

2 區(qū)塊鏈的檢測報告存證系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

區(qū)塊鏈技術(shù)是由分布式存儲、共識機制、密碼學(xué)、數(shù)字簽名、點對點傳輸、智能合約等多種技術(shù)組合而來［1］。共識機制是用于達(dá)成分布式系統(tǒng)數(shù)據(jù)一致性的機制，常見的共識機制有 POW（工作量證明）、POS（權(quán)益證明）、DPOS（委托權(quán)益共識）及 PBFT（拜占庭容錯算法）［2］等，在聯(lián)盟鏈中多采用 RFAT、PBFT 等共識算法。使用合約虛擬機或類似機制進(jìn)行智能合約編譯［3］，通過 DAPP 觸發(fā)智能合約及交易的執(zhí)行。

基于區(qū)塊鏈的建設(shè)工程質(zhì)量檢測報告存證系統(tǒng)采用 RAFT 和 PBFT 的共識機制來保證多方賬本的一致性，引入國密 3 加密算法來保證數(shù)據(jù)安全和系統(tǒng)可控性。提供上鏈存證、查詢校驗、監(jiān)控等服務(wù)，通過調(diào)用接口［4］與業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)功能。區(qū)塊鏈工程檢測報告存證系統(tǒng)總體技術(shù)架構(gòu)如圖 1 所示。

圖1 基于區(qū)塊鏈的建設(shè)工程質(zhì)量檢測報告存證系統(tǒng)總體技術(shù)架構(gòu)圖

3 區(qū)塊鏈工程檢測報告存證系統(tǒng)的實現(xiàn)

現(xiàn)有的建設(shè)工程質(zhì)量檢測系統(tǒng)在本地數(shù)據(jù)庫中保存檢測報告電子檔和數(shù)據(jù)；施工單位需要領(lǐng)取紙質(zhì)報告。存在著數(shù)據(jù)都保存在檢測機構(gòu)，數(shù)據(jù)的可靠性和安全性難以保障；紙質(zhì)版報告，不易查看和驗偽，且易丟失、不符合無紙化環(huán)保理念；報告內(nèi)容存在被篡改的可能等弊端。

建設(shè)工程質(zhì)量檢測報告存證鏈?zhǔn)且猿壻~本 fabric（1.4 版）、K8S docker 容器集群、云服務(wù)技術(shù)規(guī)范，及有關(guān)區(qū)塊鏈技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按照 SAAS 平臺的具體要求，實現(xiàn)了定制化的區(qū)塊鏈存證整體解決方案，區(qū)塊鏈存證驗證完整的生態(tài)。結(jié)合工程檢測管理和電子印章技術(shù)，研發(fā)出一套基于區(qū)塊鏈的建設(shè)工程質(zhì)量檢測報告生成與存證、下載的管理系統(tǒng)。利用區(qū)塊鏈分布式賬本、不可竄改、可溯源等特點解決電子報告存證難、取證難的問題，在線報告下載和秒級驗偽，補齊了常規(guī)檢測管理系統(tǒng)報告獲取手段單一、報告真實性差、驗偽效率低等短板。

成立基于區(qū)塊鏈的工程質(zhì)量檢測報告存證鏈，以此創(chuàng)立了江西省首個工程檢測聯(lián)盟鏈，監(jiān)督站、檢測機構(gòu)、施工單位等聯(lián)盟成員將遵守公平、公正、誠信的原則促進(jìn)建設(shè)工程檢測事業(yè)持續(xù)良性發(fā)展，提高科學(xué)管理水平，倡導(dǎo)從業(yè)守法、誠信經(jīng)營、規(guī)范市場。區(qū)塊鏈存證系統(tǒng)從技術(shù)層面保證鏈上數(shù)據(jù)的真實性與一致性，杜絕在利益誘導(dǎo)下通過非正規(guī)手段進(jìn)行報告篡改的可能性，起到良性的市場監(jiān)督監(jiān)管作用。區(qū)塊鏈司法存證有效性是通過國家法律認(rèn)可，項目采用的電子數(shù)據(jù)存證平臺通過國家網(wǎng)信辦評估備案，入選中國產(chǎn)業(yè)區(qū)塊鏈生態(tài)圖譜。

3.1 聯(lián)盟節(jié)點部署

工程質(zhì)量檢測報告存證鏈?zhǔn)怯芍鞴懿块T、檢測機構(gòu)、委托單位、施工單位等建設(shè)工程部門組成的聯(lián)盟鏈。各部門或組織作為聯(lián)盟節(jié)點，均保留有一份完整賬本（數(shù)據(jù)），并通過共識機制 RAFT/PBFT 保證賬本信息的一致性。工程質(zhì)量檢測報告存證聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡(luò)節(jié)點如圖 2 所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點拓?fù)鋱D

3.2 業(yè)務(wù)流程

該應(yīng)用通過接口與工程檢測系統(tǒng)聯(lián)通，實現(xiàn)從委托單位發(fā)起委托檢測，填寫委托單及樣品送檢，檢測單位收樣完成檢測，記錄檢測數(shù)據(jù)并生成檢測報告，到通過智能合約報告自動存證上鏈，開放在線報告查看及下載全流程，業(yè)務(wù)流程如圖 3 所示。

圖3 業(yè)務(wù)流程圖

3.3 應(yīng)用功能

存證系統(tǒng)通過接口實時獲取檢測 ERP 系統(tǒng)推送的檢測報告（PDF）及工程名稱、委托單位、檢測單位、報告生成時間等信息，通過智能合約觸發(fā)數(shù)據(jù)自動化上鏈存證，并標(biāo)記出超時提交的報告作為異常信息提醒業(yè)務(wù)人員關(guān)注處理。

系統(tǒng)生成檢測報告時，利用電子圖章技術(shù)完成報告電子蓋章，使報告具備效力，為實現(xiàn)有效電子報告，取消線下打印蓋章打下基礎(chǔ)。同時提供在線報告下載功能，在委托單位支付相關(guān)費用后直接在線查看和下載檢測報告。存證系統(tǒng)存證界面如圖 4 所示。

圖4 工程質(zhì)量檢測報告系統(tǒng)存證頁面

提供在線驗證數(shù)據(jù)真實性，通過輸入 ID 和上傳待驗證文件/報告，系統(tǒng)通過對比上鏈文件和待驗證文件哈希值判斷待驗報告是否被篡改，返回驗證結(jié)果。

通過開放監(jiān)控大屏，監(jiān)督站等主管部門可以快速查看當(dāng)前聯(lián)盟組成和各節(jié)點運行情況，統(tǒng)計檢測報告上鏈結(jié)果。開放區(qū)塊鏈瀏覽器展示聯(lián)盟鏈運行使用情況，可以快速查詢各區(qū)塊及交易的信息。

4 系統(tǒng)應(yīng)用效果

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，城市信息化應(yīng)用水平不斷提升，智慧城市建設(shè)應(yīng)運而生。建設(shè)智慧城市在實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展、引領(lǐng)信息技術(shù)應(yīng)用、提升城市綜合競爭力等方面具有重要意義。通過對城市的精細(xì)化和智能化管理，從而減少資源消耗，降低環(huán)境污染，解決交通擁堵，消除安全隱患，最終實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展?；趨^(qū)塊鏈的建設(shè)工程質(zhì)量檢測報告存證鏈在提高管理效率、消除工程建設(shè)安全隱患、減少資源浪費等方面有顯著成果。

4.1 創(chuàng)建聯(lián)盟 規(guī)范市場

建筑行業(yè)是我國經(jīng)濟支柱之一，有著超 26 萬億的生產(chǎn)總值。如此巨大的市場，涉及到的單位機構(gòu)數(shù)量也非常多，在工程質(zhì)量檢測領(lǐng)域，如何確保眾多檢測機構(gòu)具備有相應(yīng)檢測資質(zhì)，是否遵守行業(yè)規(guī)范，既是主管部門監(jiān)督核查的難點，也是施工單位、委托單位等要面臨的問題。機構(gòu)數(shù)量多、監(jiān)管難，缺乏信息獲取途徑是首要解決的問題。

區(qū)塊鏈的核心就是一個可信基礎(chǔ)設(shè)施，由此工程檢測存證鏈?zhǔn)紫嚷?lián)合主管部門，由主管部門、檢測單位、委托單位、施工單位等工程建設(shè)相關(guān)部門組織成立聯(lián)盟，制定盟約，促進(jìn)建設(shè)工程檢測事業(yè)持續(xù)良性發(fā)展，維護行業(yè)形象和提高整體科學(xué)管理水平，倡導(dǎo)建設(shè)工程檢測機構(gòu)從業(yè)守法、誠信經(jīng)營、規(guī)范市場，抵制惡性競爭、違法違規(guī)等不良行為。只有經(jīng)主管部門審查通過，具備營業(yè)執(zhí)照及相關(guān)檢測資質(zhì)的機構(gòu)，在承諾遵守盟約后才允許加入到創(chuàng)建的聯(lián)盟鏈中作為成員之一，從而保證鏈上成員均已通過認(rèn)證，且承諾數(shù)據(jù)來源真實。通過該可信平臺，由主管部門和協(xié)會背書，參與雙方可以相互信任，從而減少信任成本，提高效率，更好地促成雙方合作共贏。一旦出現(xiàn)違規(guī)等不當(dāng)行為，也將受到懲治，違規(guī)企業(yè)也難以在達(dá)成共識的市場里繼續(xù)經(jīng)營。

4.2 多方記賬 杜絕造假

傳統(tǒng)信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)歸屬于系統(tǒng)所有機構(gòu)，檢測機構(gòu)的工作人員在利益驅(qū)使下，對檢測報告進(jìn)行篡改、偽造檢測報告的情況時有發(fā)生，從而埋下了工程質(zhì)量安全隱患。采用區(qū)塊鏈技術(shù)，可從技術(shù)層面杜絕報告篡改、偽造的問題。數(shù)據(jù)一旦上鏈，會以可信時間戳按數(shù)據(jù)先后產(chǎn)生順序打包成塊進(jìn)行鏈?zhǔn)酱鎯Γ瑥募夹g(shù)層面決定其篡改難度大，近乎為不可能。另外區(qū)塊鏈采用多方記賬，聯(lián)盟內(nèi)各節(jié)點通過共識機制保留有一致的全量數(shù)據(jù)，即使有一方篡改了歷史數(shù)據(jù)也無法得到系統(tǒng)認(rèn)可，不會被記錄。通過區(qū)塊鏈工程質(zhì)量檢測存證平臺，可以有效杜絕檢測報告造假的情況，減少工程安全事故。

4.3 在線打印 秒級驗偽

通過區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)報告存證，保證鏈上數(shù)據(jù)的真實性，支持檢測報告的在線下載，推動工程檢測工作向信息化、無紙化方面發(fā)展。當(dāng)前市面更多采用掃描檢測報告上的二維碼獲取系統(tǒng)數(shù)據(jù)，人工與紙質(zhì)報告進(jìn)行逐一核對，不止效率較低，而且數(shù)據(jù)來源于檢測機構(gòu)數(shù)據(jù)，存在源頭數(shù)據(jù)已被篡改的可能性。在線驗偽功能通過獲取可信的鏈上數(shù)據(jù)，利用哈希值校驗真?zhèn)?，即使是?biāo)點符合等細(xì)微差異也會識別為數(shù)據(jù)有篡改，并且可秒級返回校驗結(jié)果，極大程度提高了驗偽的準(zhǔn)確性和效率。

4.4 司法存證 快速追責(zé)

工程建設(shè)參與方多，施工過程涉及人員和文件多，所以一旦發(fā)現(xiàn)安全事故或出現(xiàn)糾紛進(jìn)行追責(zé)時，因為各方說辭不一，證據(jù)真實性及有效性難以保證，導(dǎo)致司法流程長，難以追責(zé)定責(zé)。區(qū)塊鏈因其不可篡改、可溯源等特點，其存證的有效性得到了司法認(rèn)可，通過區(qū)塊鏈平臺對檢測報告進(jìn)行司法存證，在出現(xiàn)糾紛時可以快速完成取證固證，進(jìn)行追責(zé)，減少傳統(tǒng)司法取證時間長、投入大、證據(jù)審查難度大等造成的資源浪費。

5 結(jié)語

在工程質(zhì)量檢測領(lǐng)域，通過區(qū)塊鏈司法存證的應(yīng)用，實現(xiàn)檢測報告上鏈，無法篡改，參建及監(jiān)督各方可在權(quán)限范圍內(nèi)獲得檢測報告，提供在線秒級驗偽，從而實現(xiàn)完備的工程施工質(zhì)量監(jiān)管，解決建筑行業(yè)最大的安全生產(chǎn)問題。區(qū)塊鏈多方記賬、不可篡改的特性，可以形成信任機制，實現(xiàn)自動化、智慧化管理，促進(jìn)行業(yè)信息化、數(shù)字化發(fā)展，提升整個工程管理水平。Q