面向中歐班列應(yīng)用典型場景的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)交換平臺設(shè)計(jì)

祝凌曦，劉冰，盧曉玉，朱濤，時(shí)峰，張玉福，呂彥昕，梁靖敏，謝建行

（1.北京交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，北京 100044；

2.中鐵集裝箱運(yùn)輸有限責(zé)任公司 信息統(tǒng)計(jì)部，北京 100055；3.中國鐵路信息科技集團(tuán)有限公司 研發(fā)和建設(shè)處，北京 100844；4.中鐵特貨物流股份有限公司 信息統(tǒng)計(jì)中心，北京 100055）

1 研究背景

中歐班列自開行以來，以快捷準(zhǔn)時(shí)、安全穩(wěn)定、綠色環(huán)保的特點(diǎn)，促進(jìn)了中國與歐洲及“一帶一路”沿線國家間貿(mào)易便利化，現(xiàn)已成為歐亞國際物流陸路運(yùn)輸?shù)墓歉煞绞剑玫絿H社會(huì)的廣泛好評和沿線各國的普遍歡迎，成為推進(jìn)中國與沿海國家經(jīng)貿(mào)交流的重要載體［1］。

中歐班列的業(yè)務(wù)關(guān)系建立在多方數(shù)據(jù)互通基礎(chǔ)上，雖然在政治、經(jīng)濟(jì)、文化等層面，沿線國家努力做到相互理解，但在涉及到跨境貿(mào)易、項(xiàng)目管理和物流交通等方面時(shí)，中歐班列在信息共享與傳輸中仍存在如下困難［2］：首先是各國間難以達(dá)成可靠可信的數(shù)據(jù)交換，由于各國對本國運(yùn)輸物流數(shù)據(jù)資產(chǎn)的嚴(yán)格保護(hù)等原因，導(dǎo)致各國間存在一定的信任缺失，難以達(dá)成互認(rèn)互信；其次是跨國鐵路運(yùn)輸流程復(fù)雜、協(xié)調(diào)困難，其通關(guān)規(guī)則、跨境結(jié)算等程序繁瑣，而中歐班列沿線各國物流運(yùn)輸專業(yè)化水平的參差不齊則更不利于信息互聯(lián)互通的實(shí)現(xiàn)。這使得跨國鐵路運(yùn)輸在信息化系統(tǒng)安全快捷的基礎(chǔ)上，提出了信息共享傳輸?shù)男枨蟆?/p>

為了滿足中歐班列相關(guān)業(yè)務(wù)流程中信息共享傳輸以及單證交換的保密與協(xié)同等需求，需要采用新技術(shù)構(gòu)建中歐班列信息共享傳輸平臺，解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)共享存在的以下問題［3］：

（1）數(shù)據(jù)集中化問題。由于參與共享的各方數(shù)據(jù)不能集中到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，因此將對存儲提出更高要求。

（2）數(shù)據(jù)安全性問題。如果采取集中式的數(shù)據(jù)存儲，參與共享各方的數(shù)據(jù)交換和共享必然需要依靠第三方，這很難保證數(shù)據(jù)的安全性。并且還存在第三方對其管理的各方數(shù)據(jù)進(jìn)行留存、轉(zhuǎn)賣的風(fēng)險(xiǎn)，數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險(xiǎn)性較高。

（3）數(shù)據(jù)的真實(shí)性。如果采取集中式存儲模式，所有數(shù)據(jù)存儲在第三方，數(shù)據(jù)真實(shí)性難以保證，數(shù)據(jù)在共享過程中被更改的風(fēng)險(xiǎn)也將大大增加。

區(qū)塊鏈技術(shù)被稱為“創(chuàng)造信任的技術(shù)”，作為一種分布式賬本，區(qū)塊鏈技術(shù)憑借其天然的去中心化、開放性、不可篡改、可追溯等特點(diǎn)，可為不同國家、不同企業(yè)之間，以及同一企業(yè)的部門之間打破數(shù)據(jù)堡壘，以達(dá)到信息共享、數(shù)據(jù)安全、降低成本、提升效率的目的［4-5］。

針對以上跨國物流中的流程復(fù)雜、單證種類多、多方利益難以協(xié)調(diào)的問題，區(qū)塊鏈的分布式架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)在多個(gè)利益相關(guān)方之間建立可信的共享數(shù)據(jù)賬本，通過去除中心化的方式解決“主導(dǎo)方”與“被主導(dǎo)方”的紛爭問題，達(dá)到弱化利益紛爭的效果。區(qū)塊鏈技術(shù)本身可以保證上鏈的數(shù)據(jù)安全可靠，區(qū)塊鏈的加密算法及其共識機(jī)制允許數(shù)據(jù)擁有者在不透露數(shù)據(jù)信息的情況下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；各國采用區(qū)塊鏈進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸格式與傳輸協(xié)議，以區(qū)塊鏈為底層技術(shù)建立信息共享傳輸交換平臺即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，有效解決數(shù)據(jù)多元異構(gòu)問題。通過采用區(qū)塊鏈的身份認(rèn)證和數(shù)字證書技術(shù)，可以解決各國的互信問題，達(dá)成各國間的互認(rèn)互信；各國在區(qū)塊鏈系統(tǒng)上搭建適應(yīng)各國情況的上層應(yīng)用，在保證數(shù)據(jù)安全可靠交換的同時(shí)，也滿足了不同國家復(fù)雜的實(shí)際業(yè)務(wù)流程［6］。

為使區(qū)塊鏈技術(shù)更好地在中歐班列信息共享傳輸交換中應(yīng)用，需要在貨主、鐵路公司、平臺公司、口岸代理、境外代理、多聯(lián)公司等眾多參與方中，研究國聯(lián)運(yùn)單的制作以及信息流轉(zhuǎn)等具體業(yè)務(wù)流程及典型場景。區(qū)塊鏈技術(shù)的選型、系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)以及各種應(yīng)用的開發(fā)，都需要依托中歐班列區(qū)塊鏈應(yīng)用典型場景進(jìn)行系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)。針對中歐班列信息共享傳輸交換的典型應(yīng)用場景進(jìn)行研究，給出中歐班列信息共享傳輸?shù)湫蛨鼍暗母拍睢⒎诸愒瓌t，并構(gòu)建了位置追蹤及單證流轉(zhuǎn)典型場景［7］。在對典型場景進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行基于區(qū)塊鏈技術(shù)的中歐班列數(shù)據(jù)交換平臺（簡稱中歐班列區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)交換平臺）設(shè)計(jì)，給出了平臺的總體架構(gòu)和邏輯架構(gòu)，可為后續(xù)的工程可行性研究和工程實(shí)施打下良好的基礎(chǔ)。

2 中歐班列信息共享傳輸?shù)湫蛨鼍案攀?/h2>

2.1 典型場景概念

用戶或系統(tǒng)在不同場景下會(huì)有不同的特殊需求。場景分析的意義在于將原本復(fù)雜多變的業(yè)務(wù)，通過分析進(jìn)行抽象和歸納，形成相對獨(dú)立、單純的業(yè)務(wù)，并通過直觀地描述來反映出場景的各參與方和業(yè)務(wù)流程的關(guān)系，并可以承載功能、流程、數(shù)據(jù)、用戶分享等多種服務(wù)，便于后續(xù)的系統(tǒng)開發(fā)，并為典型場景中的用戶提供良好的用戶體驗(yàn)。

中歐班列信息共享傳輸?shù)湫蛨鼍笆菍χ袣W班列在運(yùn)輸全過程中涉及到的相關(guān)各方對信息共享與傳輸?shù)男枨筮M(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，針對具體的業(yè)務(wù)流程而人為構(gòu)建的相對具體、針對特定方面和特定目標(biāo)的典型業(yè)務(wù)流程及對應(yīng)典型業(yè)務(wù)流程的系統(tǒng)需求，包括典型業(yè)務(wù)流程的描述、典型業(yè)務(wù)流程中涉及到的相關(guān)用戶、用戶的操作流程、處理邏輯、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)處理規(guī)則以及數(shù)據(jù)處理結(jié)果等。

2.2 位置追蹤典型場景描述

2.2.1 中歐班列位置追蹤的需求

當(dāng)前，中國鐵路95306、物暢網(wǎng)等相關(guān)平臺和系統(tǒng)都提供了貨物追蹤功能。通過集裝箱的箱號、運(yùn)單號、貨主等信息，可以查詢貨物的實(shí)時(shí)位置信息。整個(gè)中歐班列的物流運(yùn)輸場景，包括簽訂合同、交付貨物、公路運(yùn)輸、進(jìn)入鐵路貨場、鐵路運(yùn)輸、中歐班列運(yùn)輸、集并運(yùn)輸、海關(guān)交接、進(jìn)入歐洲、收貨等環(huán)節(jié)。由于跨越的國家較多，涉及的參與方對貨物位置的信息追蹤就提出了更高的要求，通過獲取位置信息，可以提升貨主和買方對于貨物的預(yù)估能力，提升貿(mào)易效率，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展［8］。

2.2.2 中歐班列位置追蹤的數(shù)據(jù)項(xiàng)

集裝箱位置追蹤場景是應(yīng)用在中歐班列物流運(yùn)輸全程的位置追蹤，中歐班列集裝箱全程位置追蹤信息交換數(shù)據(jù)項(xiàng)具體包括：集裝箱箱號、車次編號、車號、始發(fā)國代碼、所在國代碼、當(dāng)前車站代碼、當(dāng)前車站性質(zhì)（分始發(fā)站、途中?？空?、途中通過站、終到站）、始發(fā)站、當(dāng)前位置、當(dāng)前位置時(shí)間、當(dāng)前位置時(shí)區(qū)、報(bào)告時(shí)間、距離目的地距離等。

2.2.3 中歐班列位置追蹤的主要參與方

在位置追蹤過程中，所涉及到的主要角色有：發(fā)貨人、收貨人、鐵路公司、貨運(yùn)代理人以及運(yùn)輸途中所經(jīng)過的各種功能類型的鐵路站點(diǎn)。

設(shè)定某個(gè)完整場景中的角色代表如下：

（1）鐵路公司。

（2）貨運(yùn)代理人。

（3）運(yùn)輸途中所經(jīng)過的各種功能類型的站點(diǎn)：始發(fā)站（O）、終到站（D）、邊境站（B）、換軌站（T）、換單站（C）、通過站（P）、編組站（M）、換裝站（R）、臨近站（N）、經(jīng)停站（S）、錯(cuò)停站（W）、突發(fā)事件站（E）。

（4）發(fā)貨人。

（5）收貨人。

2.2.4 中歐班列位置追蹤的典型場景

具體位置追蹤場景見圖1。

圖1 中歐班列位置追蹤場景

各參與方作為物流追蹤中的重要組成部分，通過將貨物信息以及列車實(shí)際通過情況進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄及上傳，達(dá)到位置追蹤的目的，為各方提供物流信息查詢依據(jù)。

在具體的位置追蹤場景下，典型場景如下：

（1）在始發(fā)站（O），列車攜帶其運(yùn)行信息，包括車次、車號、目的地、通過站以及集裝箱的箱號信息等，從始發(fā)站出發(fā)，按照計(jì)劃運(yùn)輸線路運(yùn)行，途經(jīng)國以及各路段已經(jīng)提前接收到列車經(jīng)過的信息，等待列車到達(dá)。

（2）列車運(yùn)行經(jīng)過通過站（P），獲取車次的原始數(shù)據(jù)信息，核實(shí)無誤后，按照以上數(shù)據(jù)項(xiàng)的內(nèi)容，填寫集裝箱狀態(tài)、列車狀態(tài)、當(dāng)前站名稱以及通過時(shí)間、剩余里程、辦理業(yè)務(wù)等，將這些信息上傳到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄并更新，確保列車到達(dá)下一站時(shí)，下一站可以獲取到最新的數(shù)據(jù)信息。在列車到達(dá)其他站時(shí)，只需要對各數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行更新即可。

（3）列車運(yùn)行到邊境站（B），到達(dá)起運(yùn)地邊境口岸，將過境站的代碼信息等上鏈。列車離開始發(fā)國，到達(dá)換軌站，在該站記錄經(jīng)該站狀態(tài)為“換軌”，上傳列車到達(dá)該站以及離開該站的時(shí)間，在換軌過程中，如需進(jìn)行換車操作，列車車次發(fā)生變化，則需要對新的車次信息進(jìn)行上傳。

（4）列車運(yùn)行到編組站（M），需要通過集并運(yùn)輸，即進(jìn)行“二并一”或者“三并二”的操作以提高中歐班列的運(yùn)輸效率，或者將2列班列分成3列，提高靈活性。例如有3列編組數(shù)量分別為41、41、42節(jié)的班列到達(dá)某一站點(diǎn)，可集并為2列編組為62節(jié)的班列。該模式在不斷提高中歐班列運(yùn)輸效率的同時(shí)，讓中歐班列開行也更具吸引力。在編組站，貨物運(yùn)輸?shù)能嚧伟l(fā)生變化，操作者在新的編組信息完成后將其上傳，貨物信息會(huì)匹配到集并運(yùn)輸后的班列上，系統(tǒng)會(huì)將相關(guān)的貨物信息傳遞到對應(yīng)的鐵路管理部門和相應(yīng)的用戶手中。

（5）列車運(yùn)行的臨近站（N）會(huì)獲取到列車通過上一站時(shí)的信息，若信息與實(shí)際情況不符，則在上一站進(jìn)行確認(rèn)，列車運(yùn)行到經(jīng)停站（S），需要記錄經(jīng)該站狀態(tài)為“經(jīng)?！币约傲熊嚱?jīng)停時(shí)間。

（6）在運(yùn)輸途中出現(xiàn)一些突發(fā)狀況，如人員受傷、生病、自然災(zāi)害等，在突發(fā)事件站（E）進(jìn)行處理，及時(shí)上報(bào)事故處理情況，記錄具體情況以及滯留時(shí)間等。

（7）列車運(yùn)行到終到站（D）后，記錄列車到達(dá)終到站的時(shí)間、當(dāng)前所在國家以及所在站的名稱，并上傳到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，完成貨物運(yùn)輸過程中的位置追蹤。

在整個(gè)位置追蹤過程中，對于貨物的信息數(shù)據(jù)管理，區(qū)塊鏈技術(shù)提供了一種輕量化且獨(dú)立于各種系統(tǒng)之外的統(tǒng)一接口，配合移動(dòng)邊緣計(jì)算（Mobile Edge Computing，MEC）技術(shù)，可以在運(yùn)輸終端實(shí)現(xiàn)貨物信息的智能化管理。當(dāng)途中的貨物信息發(fā)生變動(dòng)時(shí)，如在相關(guān)站點(diǎn)借助智能合約進(jìn)行換車裝卸操作或進(jìn)行集并運(yùn)輸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生新的編組信息，經(jīng)過信息上傳后，系統(tǒng)內(nèi)的貨物數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)生變化，在分布式賬本技術(shù)的支持下，區(qū)塊鏈上的各節(jié)點(diǎn)會(huì)對貨物的變更數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與儲存［9］。由于區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、開放性、不可篡改、可追溯的特點(diǎn)，使得運(yùn)輸過程中的所有數(shù)據(jù)信息對于托運(yùn)人、承運(yùn)人、買方、賣方等來說，都是公開透明且可信的，可保障貨物運(yùn)輸過程中的信息及資金安全的可追溯。

2.3 單證流轉(zhuǎn)典型場景描述

2.3.1 中歐班列單證流轉(zhuǎn)中存在的問題

2.3.2 中歐班列單證流轉(zhuǎn)中存在的主要單據(jù)

中歐班列的整個(gè)運(yùn)輸過程涉及許多單證，通過分析，大致將單證分成三大類：國聯(lián)運(yùn)單及其隨附單據(jù)、中華人民共和國進(jìn)出口貨物檢驗(yàn)檢疫證書及報(bào)關(guān)單證。但是3類單證存在交叉部分［11］。

（1）國聯(lián)運(yùn)單。國聯(lián)運(yùn)單是適用國際貨約和國際貨協(xié)的國家間聯(lián)運(yùn)中證明國際貨約和國際貨協(xié)運(yùn)輸合同締結(jié)的文件。

（2）隨附單據(jù)。運(yùn)單的隨附單據(jù)包括：報(bào)關(guān)單或海關(guān)關(guān)封、植物檢驗(yàn)證書或獸醫(yī)證明書、商品檢驗(yàn)證書、原產(chǎn)地證、品質(zhì)證明書、出口許可證、出口貨物明細(xì)單。

（3）中華人民共和國進(jìn)出口貨物檢驗(yàn)檢疫證書。商品檢驗(yàn)檢疫證書是指進(jìn)出口商品經(jīng)商品檢驗(yàn)檢疫機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)、鑒定后出具的證明檢驗(yàn)檢疫結(jié)果的書面文件。

（4）報(bào)關(guān)單證。按照性質(zhì)和用途，報(bào)關(guān)單證可分為四大類：基本單證、貨運(yùn)單證、法定單證、備用單證?；締巫C包括：進(jìn)出口貨物報(bào)關(guān)單、商業(yè)發(fā)票、裝箱單、代理報(bào)關(guān)委托書、進(jìn)出口收匯核銷單。貨運(yùn)單證包括：裝貨單、多式聯(lián)運(yùn)提單、鐵路運(yùn)輸單據(jù)、汽運(yùn)載貨清單、快遞單或郵局收據(jù)等。法定單證包括：中華人民共和國（進(jìn)）出口貨物許可證、中華人民共和國檢驗(yàn)檢疫（進(jìn)）出境貨物商檢通關(guān)單、紡織品出口許可證/商業(yè)發(fā)票、中華人民共和國軍品出口許可證、原產(chǎn)地證明書、普惠制產(chǎn)地證等。備用單證包括：貿(mào)易合同、貨物保險(xiǎn)單、中華人民共和國海關(guān)進(jìn)出口貨物知識產(chǎn)權(quán)狀況補(bǔ)充申請單等［12］。

2.3.3 中歐班列單證流轉(zhuǎn)中的主要參與方

結(jié)合物流流程及其物流場景進(jìn)行分析，可知其單證流轉(zhuǎn)的典型場景中涉及的主要角色有：發(fā)貨人、收貨人、鐵路公司、多聯(lián)公司、貨代公司、車站、海關(guān)等。從中設(shè)定某個(gè)完整場景中的角色代表如下：

一個(gè)潔凈的外部環(huán)境，能夠讓患者更好的配合治療?，F(xiàn)代醫(yī)院中生殖醫(yī)學(xué)中心的外部環(huán)境要保持干凈、整潔，室內(nèi)安裝空氣調(diào)節(jié)過濾器，保證診室內(nèi)部的空氣質(zhì)量較好，溫度適宜，為患者提供一個(gè)溫馨、舒適的就醫(yī)環(huán)境。在選址的過程當(dāng)中，盡量避免化學(xué)放射源，減小化學(xué)放射源對胚胎的影響。

（1）發(fā)貨人（A）。

（2）收貨人（B）。

（3）多聯(lián)公司（C）。

（4）貨運(yùn)代理人：中國境內(nèi)代理人（E）、歐洲段代理人（F）。

（5）承運(yùn)人：國內(nèi)公路承運(yùn)人（G）、普通鐵路承運(yùn)人（H）、中歐班列承運(yùn)人（I）、歐洲段鐵路承運(yùn)人（J）。

（6）口岸代理（K）。

（7）鐵路公司（L）。

（8）海關(guān)：出口海關(guān)（M）、指運(yùn)地海關(guān)（N）。

（9）車站：始發(fā)站（O）、出口邊境站（P）、轉(zhuǎn)關(guān)邊境站（Q）、換單邊境站（R）、終到站（D）、經(jīng)停站（S）。

2.3.4 中歐班列單證流轉(zhuǎn)的典型場景

以普通電子商品出口為例，對具體場景流程進(jìn)行描述，其運(yùn)輸整體流程見圖2。

圖2 單證流轉(zhuǎn)場景描述

（1）制作運(yùn)單。發(fā)貨人（A）與多聯(lián)公司（C）簽訂運(yùn)輸合同，發(fā)貨人（A）將其公司營業(yè)執(zhí)照、組織機(jī)構(gòu)代碼證、授權(quán)委托書、貨物清單、裝箱單等單據(jù)提供給多聯(lián)公司（C），多聯(lián)公司（C）將單據(jù)提供給中國境內(nèi)代理人（E），由代理人（E）結(jié)合鐵路部門（L）的相關(guān)信息進(jìn)行信息預(yù)報(bào)與線路規(guī)劃。隨后，代理人（E）將預(yù)報(bào)信息和線路規(guī)劃分別發(fā)送至多聯(lián)公司（C）和國內(nèi)公路承運(yùn)人（G）、普通鐵路承運(yùn)人（H）、中歐班列承運(yùn)人（I），多聯(lián)公司（C）負(fù)責(zé)將該信息發(fā)送至歐洲段代理人（F）。

（2）國內(nèi)運(yùn)輸段。隨后，發(fā)貨人（A）與國內(nèi)公路運(yùn)輸承運(yùn)人（G）交付貨物及單證交接，開啟始發(fā)國境內(nèi)公路段運(yùn)輸。接著，由公路貨運(yùn)承運(yùn)人（G）和鐵路承運(yùn)人（H）雙方交接貨物及單證交接，進(jìn)行始發(fā)國境內(nèi)普通路段鐵路運(yùn)輸，將貨物運(yùn)至中歐班列始發(fā)站（O）。運(yùn)至始發(fā)站（O）后，中歐班列管理部門獲取貨物清單、報(bào)關(guān)單證、報(bào)關(guān)單等相關(guān)單證，對班列進(jìn)行裝車及編組，開啟中歐班列，始往出口海關(guān)（M）。

（3）報(bào)關(guān)。中歐班列到達(dá)出口海關(guān)（M）處，由口岸代理（K）將貨物清單、出口貨物報(bào)關(guān)單、報(bào)關(guān)委托書、報(bào)檢委托書、出口許可證等上交出口海關(guān)（M），準(zhǔn)確無誤后出口海關(guān)（M）放行，班列進(jìn)入他國運(yùn)輸段，由多聯(lián)匹配的歐洲段代理人（F）負(fù)責(zé)，包括進(jìn)入各國前的轉(zhuǎn)關(guān)操作、匹配各口岸代理等。

（4）換軌。到達(dá)出口邊境站（P），進(jìn)行換軌操作，一般情況下采取不拆箱換軌，即通過更換車輛或者更換轉(zhuǎn)向架等方式進(jìn)行換軌。

（5）境外運(yùn)輸段。進(jìn)入境外運(yùn)輸段，到達(dá)中途某些經(jīng)停站（S），可能將面臨集并運(yùn)輸操作，以節(jié)省運(yùn)力、提升效率。進(jìn)入不同的國家前，將會(huì)在轉(zhuǎn)關(guān)邊境站（Q）進(jìn)行轉(zhuǎn)關(guān)，進(jìn)入該國。一般進(jìn)入歐洲后，在換單邊境站（R）進(jìn)行貨約/貨協(xié)換單操作，以便貨物的流通。

（6）到貨。到達(dá)終到站（D）后，由指運(yùn)地海關(guān)（N）將各類信息發(fā)送至歐洲段鐵路承運(yùn)人（J），由其聯(lián)系收貨人（B），收貨人（B）通過提貨單、運(yùn)單正本和貨物到達(dá)通知單前往收貨。至此，中歐班列運(yùn)輸結(jié)束。

3 中歐班列區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)交換平臺設(shè)計(jì)

針對中歐班列信息共享傳輸?shù)湫蛨鼍暗姆治觯趨^(qū)塊鏈技術(shù)，構(gòu)建安全高效的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)中歐班列典型場景下的貨物運(yùn)輸信息追蹤數(shù)據(jù)交換平臺，與中歐班列沿線各國共同建設(shè)中歐班列區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)交換平臺。

3.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

中歐班列區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)交換平臺，是在各國鐵路部門與貨物集裝箱相關(guān)參與方現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，打通各國網(wǎng)絡(luò)，以區(qū)塊鏈中的聯(lián)盟鏈技術(shù)作為支撐，結(jié)合中歐班列數(shù)據(jù)服務(wù)平臺、數(shù)據(jù)交換平臺構(gòu)建數(shù)據(jù)可信、不可篡改的可信環(huán)境，同時(shí)以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)確真、確權(quán)、確責(zé)的共享交換。各國鐵路部門根據(jù)區(qū)塊鏈系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，通過聯(lián)盟鏈開放的數(shù)據(jù)上鏈合約，將自有業(yè)務(wù)系統(tǒng)中采集的數(shù)據(jù)，通過本國節(jié)點(diǎn)上傳到平臺中，實(shí)現(xiàn)中歐班列各參與方數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確地上鏈同步共享。

中歐班列區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)交換平臺的總體架構(gòu)包括1個(gè)底座、2個(gè)引擎、1個(gè)平臺，具體見圖3。

圖3 中歐班列區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)交換平臺總體架構(gòu)

（1）1個(gè)底座。是以私有云、公有云、物理機(jī)為基礎(chǔ)，由Docker虛擬容器構(gòu)成的K8S容器化部署方式。

（2）2個(gè)引擎。分別為以中歐班列數(shù)據(jù)服務(wù)平臺和區(qū)塊鏈可信數(shù)據(jù)共享平臺為體現(xiàn)的數(shù)據(jù)服務(wù)和區(qū)塊鏈協(xié)同雙引擎。

（3）1個(gè)平臺。是提供對外服務(wù)的中歐班列數(shù)據(jù)交換平臺，為參與中歐班列運(yùn)輸?shù)母鲄⑴c方提供數(shù)據(jù)目錄、數(shù)據(jù)共享服務(wù)、業(yè)務(wù)協(xié)同服務(wù)以及可視化等服務(wù)。

3.2 邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)中歐班列區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)交換平臺的總體架構(gòu)，設(shè)計(jì)了針對中歐班列實(shí)際情況的中歐班列區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)交換平臺邏輯架構(gòu)（見圖4）。

圖4 中歐班列區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)交換平臺邏輯架構(gòu)

中歐班列區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)交換平臺以區(qū)塊鏈聯(lián)盟鏈作為技術(shù)支持，使用K8S容器化部署方式，支持物理機(jī)、私有云、公有云以節(jié)點(diǎn)方式加入聯(lián)盟鏈。從功能角度，中歐班列區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)交換平臺主要為4層架構(gòu)：資源層、區(qū)塊鏈可信數(shù)據(jù)共享平臺層、中歐班列數(shù)據(jù)服務(wù)平臺層、中歐班列數(shù)據(jù)交換平臺層。

3.2.1 資源層

通過區(qū)塊鏈的聯(lián)盟鏈技術(shù)建設(shè)中歐班列區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)交換平臺，其系統(tǒng)資源層主要包括參與方的物理機(jī)、云主機(jī)等參與節(jié)點(diǎn)，在打通參與方網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上通過K8S管理Docker容器化，統(tǒng)一進(jìn)行編排、部署。同時(shí)各個(gè)參與方部署的區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)可根據(jù)需求在聯(lián)盟鏈服務(wù)治理平臺上配置節(jié)點(diǎn)屬性。

3.2.2 區(qū)塊鏈可信數(shù)據(jù)共享平臺層

區(qū)塊鏈可信數(shù)據(jù)共享平臺是一種幫助用戶構(gòu)建和治理企業(yè)級區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)以及為上層業(yè)務(wù)應(yīng)用提供通用區(qū)塊鏈可信數(shù)據(jù)共享服務(wù)能力的技術(shù)平臺。區(qū)塊鏈可信數(shù)據(jù)共享平臺綜合了云和區(qū)塊鏈的優(yōu)勢，通過分層架構(gòu)設(shè)計(jì)為企業(yè)提供一體化的區(qū)塊鏈服務(wù)，幫助企業(yè)快速簡單地落地區(qū)塊鏈場景。

區(qū)塊鏈可信數(shù)據(jù)共享平臺通過把計(jì)算資源、通信資源、存儲資源，以及上層的區(qū)塊鏈可信數(shù)據(jù)存儲能力、區(qū)塊鏈配套設(shè)施能力、區(qū)塊鏈智能合約能力、區(qū)塊鏈應(yīng)用開發(fā)能力轉(zhuǎn)化為可編程接口，使應(yīng)用開發(fā)過程和應(yīng)用部署過程簡單而高效。同時(shí)通過標(biāo)準(zhǔn)化的能力建設(shè)，使上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)開發(fā)者只需要通過開放API進(jìn)行需求管理，僅需要專注業(yè)務(wù)系統(tǒng)本身。區(qū)塊鏈可信數(shù)據(jù)共享平臺主要包括API接口管理、可信數(shù)據(jù)共享能力平臺、區(qū)塊鏈服務(wù)治理平臺以及區(qū)塊鏈基礎(chǔ)技術(shù)平臺等4個(gè)主要部分。

3.2.3 中歐班列數(shù)據(jù)服務(wù)平臺層

中歐班列數(shù)據(jù)服務(wù)平臺層首先打通國鐵內(nèi)部系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過該平臺的數(shù)據(jù)采集模塊完成國鐵內(nèi)部數(shù)據(jù)采集，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)聯(lián)盟鏈共享數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量原則完成數(shù)據(jù)清洗與轉(zhuǎn)換后，在上鏈的同時(shí)完成確權(quán)，結(jié)合上鏈的hash摘要、資產(chǎn)ID、上鏈時(shí)間戳等信息整理輸出共享數(shù)據(jù)資產(chǎn)、數(shù)據(jù)目錄，再通過平臺的數(shù)據(jù)服務(wù)與分析模塊對外提供數(shù)據(jù)共享與數(shù)據(jù)分析服務(wù)。

3.2.4 中歐班列數(shù)據(jù)交換平臺層

中歐班列數(shù)據(jù)交換平臺層主要包含數(shù)據(jù)目錄、數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、可信服務(wù)四大類，向下通過聯(lián)盟鏈智能合約接口集成聯(lián)盟鏈可信數(shù)據(jù)，對外提供可信數(shù)據(jù)共享與交換，促進(jìn)業(yè)務(wù)協(xié)同，提供可信服務(wù)。

4 結(jié)束語

區(qū)塊鏈去中心化、開放性、不可篡改、可追溯的特點(diǎn)，十分適合構(gòu)建中歐班列區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)交換平臺，通過平臺建設(shè)可以解決跨國電子合同共信、集裝箱位置上鏈追蹤、單證流轉(zhuǎn)安全可信、多方數(shù)據(jù)隱私保護(hù)等問題。對中歐班列典型場景的描述是中歐班列區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)交換平臺建設(shè)的基礎(chǔ)，通過提出中歐班列典型場景概念，構(gòu)建了位置追蹤和單證流轉(zhuǎn)2個(gè)典型場景。針對中歐班列位置追蹤和單證流轉(zhuǎn)典型場景，基于區(qū)塊鏈技術(shù)，設(shè)計(jì)了符合中歐班列典型場景下中歐班列區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)交換平臺，闡述了中歐班列區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)交換平臺的總體架構(gòu)和邏輯架構(gòu)，為后續(xù)的工程可研和工程實(shí)施打下了良好的基礎(chǔ)。