區(qū)塊鏈技術在現(xiàn)代公路管理中的應用研究

祝憶春 徐培哲 中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司江西省分公司 南昌市 0029

馬世霞2 中國公路工程咨詢集團有限公司 北京市 100000

0 引言

目前，我國交通運輸基礎設施建設已取得顯著成效，全國公路總里程約500萬公里，高速公路總里程16萬公里，建成了全球最大的高速公路網(wǎng)絡，但是依然存在數(shù)字化程度不足、綜合管理手段單一、行業(yè)協(xié)同治理能力有待提升等問題［1］。為了滿足人民日益增長的出行需求，尤其是對出行服務質(zhì)量的高要求，使得數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化提升成為交通管理的重要發(fā)展方向。隨著公路的新型基礎設施建設進度加快，公路的服務功能不斷豐富，公路的驛站、停車區(qū)、觀景臺等沿線設施，以及沿線的酒店、餐飲、購物、娛樂等各類商業(yè)聚集，各類運營管理數(shù)據(jù)不斷被積累。數(shù)據(jù)即資源，數(shù)據(jù)的價值是有目共睹的，但因為數(shù)據(jù)的所有方不一樣，數(shù)據(jù)流動成為一個難題，數(shù)據(jù)互信共享問題亟須解決。

區(qū)塊鏈技術是一種新興技術，是一種由多方共同維護，運用密碼學來保證傳輸和訪問過程的安全，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)一致存儲、難以篡改、防止抵賴的分布式賬本記賬技術。常見的數(shù)據(jù)共享阻礙因素包括技術、成本、法律等方面，而區(qū)塊鏈技術提供了一種在缺乏信任主體場景下的技術信任，為進一步解決互聯(lián)網(wǎng)中的安全問題、信任問題和效率問題提供了新的解決方案［2］。區(qū)塊鏈作為我國核心技術自主創(chuàng)新的重要突破口，各地積極推進區(qū)塊鏈技術運用，提升區(qū)塊鏈管理能力。例如，海南省為培育區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)生態(tài)，采取了加快區(qū)塊鏈基礎設施建設，推廣旅游消費區(qū)塊鏈技術，推動電子政務項目鏈改等一系列措施。公路運輸?shù)臉I(yè)務場景涉及政府部門、公路運營企業(yè)、商業(yè)企業(yè)等，建立一個高可信度的區(qū)塊鏈平臺，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，支持公路的管控、服務、旅游、商業(yè)、新能源等業(yè)務需求。因此，本文在分析了區(qū)塊鏈技術的特征和應用現(xiàn)狀的基礎上，設計了基于區(qū)塊鏈技術的應用平臺架構(gòu)，探索分析了利用該平臺可實現(xiàn)的公路管理應用場景。

1 區(qū)塊鏈技術應用現(xiàn)狀

1.1 區(qū)塊鏈技術為數(shù)字經(jīng)濟帶來新機遇

數(shù)字化時代全面到來，物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和區(qū)塊鏈三項前沿技術分別降低了信息采集、信息處理、和信息信任的成本，推動了產(chǎn)品從實物形態(tài)向數(shù)字形態(tài)的轉(zhuǎn)化。數(shù)字貨幣是市場需求和技術推動下的產(chǎn)物之一，2014年中國人民銀行成立專門的技術團隊研發(fā)數(shù)字人民幣，目前深圳、蘇州、北京等城市已相繼開展了試點測試工作。數(shù)字貨幣不同于比特幣、以太坊等虛擬貨幣完全基于區(qū)塊鏈技術實現(xiàn)，但借鑒區(qū)塊鏈技術分布式結(jié)構(gòu)和加密等特性，能夠?qū)崿F(xiàn)點對點支付。未來數(shù)字人民幣的應用場景將會更加豐富，區(qū)塊鏈技術隨之會得到更廣泛的關注，其核心技術的研發(fā)創(chuàng)新將加速推進。2019年10月，習近平總書記提出要推動區(qū)塊鏈底層技術與智慧城市建設的結(jié)合，探索區(qū)塊鏈在信息基礎設施、智慧交通等領域的推廣應用，提升城市管理的智能化、精準化水平。2020年5月交通運輸部提出要在公路工程信息管理、災害預防、應急救援等方面推動區(qū)塊鏈技術應用。區(qū)塊鏈讓數(shù)據(jù)成為了關鍵生產(chǎn)要素，應充分釋放區(qū)塊鏈技術的應用潛力，搶占區(qū)塊鏈技術產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新制高點，進行更加廣泛的區(qū)塊鏈技術實踐創(chuàng)新，推進數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展。

1.2 區(qū)塊鏈技術優(yōu)化了信息共享解決方案

區(qū)塊鏈技術伴隨著比特幣出現(xiàn)，其具有去中心化、共識機制、可追溯性和高度信任四大特征，解決了傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享遇到的阻礙［3］。它的出現(xiàn)標志著人類開始構(gòu)建真正的信任互聯(lián)網(wǎng)，針對高成本、低效率的信息共享提供了一種可行的解決方案，因此區(qū)塊鏈應用于信息共享的技術路徑成為研究熱點?；趨^(qū)塊鏈技術的ETC管理系統(tǒng)，能夠?qū)TC通行交易記錄的數(shù)據(jù)處理、存儲、整合等過程放在區(qū)塊鏈上進行，在解決了ETC數(shù)據(jù)存儲安全問題的同時，降低了成本，提高了效率［4-5］。區(qū)塊鏈具備點對點傳輸、分布式存儲、安全可信、開源可變編程等技術特性，利用區(qū)塊鏈技術的個人信用信息共享平臺［6］適合解決個人征信中的信息共享問題。區(qū)塊鏈技術在醫(yī)藥行業(yè)的信息共享中也具有優(yōu)勢，設計基于區(qū)塊鏈的醫(yī)藥行業(yè)供應鏈架構(gòu)體系、供應鏈信息共享機制與管理模式的區(qū)塊鏈技術方案，為區(qū)塊鏈在供應鏈信息共享中的應用提供了具體模式和方法［7］。

1.3 區(qū)塊鏈技術被延伸應用于多個領域

一直以來，金融機構(gòu)對于區(qū)塊鏈技術的潛力和作用高度認可［8］，在區(qū)塊鏈技術應用于虛擬貨幣、國際支付［9］、全球一體化清算等方面廣泛關注，尤其在銀行和支付系統(tǒng)方面，區(qū)塊鏈技術使得傳統(tǒng)銀行變?yōu)閿?shù)字銀行［10］，可以為全球人類提供金融服務。除了金融行業(yè)，醫(yī)療服務、能源管理、零售業(yè)、制造業(yè)等其他行業(yè)也逐漸認識到區(qū)塊鏈技術的應用優(yōu)勢。例如網(wǎng)絡安全行業(yè)，通過區(qū)塊鏈技術消除了傳統(tǒng)系統(tǒng)和網(wǎng)絡的中間過程，有效防止篡改和攻擊。在供應鏈管理中，交易可以被區(qū)塊鏈技術記錄為永久的分布式數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)一種安全、透明的監(jiān)管方式，特別是用于產(chǎn)品追蹤，從源頭驗證產(chǎn)品的真實性。在保險行業(yè)，基于區(qū)塊鏈技術形成一種全新的信用管理方式，可用于驗證保險合同中的多種數(shù)據(jù)。在能源管理方面，區(qū)塊鏈在能源系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)度、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)安全、交易效率、需求響應等方向的應用研究也逐步展開，為能源系統(tǒng)協(xié)同化、低碳化、智能化和數(shù)字化提供解決方案［11］。作為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)智慧化是一個重要發(fā)展方向，利用區(qū)塊鏈技術可以實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品信息溯源和農(nóng)產(chǎn)品市場信息透明化［12］。慈善領域經(jīng)常會出現(xiàn)效率低下和腐敗的問題，導致籌集的基金不能及時到達需要幫助的人手中，區(qū)塊鏈技術的應用可以追蹤籌集的物資或錢款，保證資金和物資的透明化［13］。區(qū)塊鏈也已應用在個人出行和共享出行中，創(chuàng)建基于區(qū)塊鏈的分布式的、點對點式的共享出行應用，讓車主和乘客以安全的方式同第三方供應商協(xié)商各自的條款和條件。例如使用電子錢包讓車主自動支付停車費［14］、高速過路費［15］、車輛充電費等。

整體而言，區(qū)塊鏈技術優(yōu)化了數(shù)據(jù)共享方案，有望解決數(shù)據(jù)孤島問題，實現(xiàn)數(shù)據(jù)價值流通，能夠為各個行業(yè)帶來技術變革，但實際應用目前尚處于探索階段，需要更進一步的研究和實踐來驗證其應用效果。

2 區(qū)塊鏈應用平臺架構(gòu)

數(shù)據(jù)價值的流動是數(shù)字經(jīng)濟的核心動能?，F(xiàn)在交通運輸市場存在數(shù)據(jù)的違法、違規(guī)使用和交易都是因為沒有一套完整且有效的數(shù)據(jù)價值體系的支撐?；趨^(qū)塊鏈打造高性能應用平臺，構(gòu)建圍繞公路管理的分布式數(shù)據(jù)交互網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)共享交易體系，融合區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等先進技術，有助于推動公路基礎設施智能化、數(shù)字化改造。本文提出適用于公路管理場景需求的區(qū)塊鏈應用平臺架構(gòu)，具體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 區(qū)塊鏈應用平臺架構(gòu)圖

從數(shù)據(jù)收集到面向用戶，將應用平臺劃分為4個層次，分別是數(shù)據(jù)層、基礎層、支撐層和應用層。

（1）數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層包含與旅游公路相關的數(shù)據(jù)資源，為上層應用提供基礎支撐，基于區(qū)塊鏈打造數(shù)據(jù)價值流通網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)安全共享體系，平臺可邀請政府部門、數(shù)據(jù)中心、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)等共同參與數(shù)據(jù)共享、交易。數(shù)據(jù)安全共享，是全新的數(shù)據(jù)流通機制，原始數(shù)據(jù)存儲在企業(yè)自己的數(shù)據(jù)庫，通過哈希存證、數(shù)字身份、可信計算、點對點傳輸?shù)燃夹g實現(xiàn)數(shù)據(jù)的確權、授權與可信共享或交易過程，既保護了數(shù)據(jù)隱私，又確保數(shù)據(jù)的真實性。

（2）基礎層

基礎層是指區(qū)塊鏈底層系統(tǒng)，主要目的是構(gòu)建自主可控的、安全的、高性能的區(qū)塊鏈底層網(wǎng)絡，為區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)開放平臺以及其他需要可信數(shù)據(jù)的各類外部應用提供區(qū)塊鏈底層支持。區(qū)塊鏈技術作為一項前沿科學技術，其架構(gòu)體系一直在不斷地探索改進中，但在不同的區(qū)塊鏈項目中，數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡層和共識層都是不可或缺的部分。其中，數(shù)據(jù)層主要的功能為數(shù)據(jù)存儲、賬戶和交易的實現(xiàn)與安全；網(wǎng)絡層用于實現(xiàn)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡節(jié)點之間的信息交互；共識層的核心是通過共識算法形成共識，實現(xiàn)去中心化和性能的有效平衡。

（3）支撐層

支撐層是指區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)開放平臺，主要目的是為各類應用的接入提供通用模塊及便利性工具，降低開發(fā)成本。數(shù)字身份是通過在數(shù)字世界建立基于區(qū)塊鏈的數(shù)字身份體系，實現(xiàn)個人或企業(yè)等實體的行為在數(shù)字世界的映射，并通過密碼學技術保證了用戶對身份的控制權、數(shù)據(jù)的所有權?？尚沤粨Q模塊提供數(shù)據(jù)目錄上鏈、鏈上數(shù)據(jù)目錄變更、數(shù)據(jù)目錄下鏈、存證等服務?？尚庞嬎闶窃诳尚庞布?zhí)行環(huán)境中，實現(xiàn)基于多方數(shù)據(jù)的協(xié)同計算。智能合約倉庫可內(nèi)置常用的智能合約模板，支持合約模板瀏覽、模板管理、合約導出等功能，以便于上層區(qū)塊鏈應用進行快速集成使用。數(shù)據(jù)網(wǎng)關服務是應用軟件和區(qū)塊鏈底層系統(tǒng)的連接工具，提供滿足規(guī)范的通用API接口，降低應用軟件接入?yún)^(qū)塊鏈的成本。

圖2 區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)開放平臺智能合約

（4）應用層

應用層是指接入?yún)^(qū)塊鏈平臺的各類創(chuàng)新應用，這些應用將以APP、電腦端等形式最終呈現(xiàn)給用戶，基于大量、多維度的可信數(shù)據(jù)資源，無論是對政府、企業(yè)還是個人，都將獲得更加豐富、高效、便捷的服務。

3 公路管理中的應用場景

目前，區(qū)塊鏈技術的應用場景處于不斷探索與改進的過程中，對于公路管理而言，基于區(qū)塊鏈應用平臺架構(gòu)，可以從以下幾個方面探索其實踐應用。

（1）規(guī)范數(shù)據(jù)交易行為

數(shù)據(jù)交易是區(qū)塊鏈技術的核心應用之一。公路服務貫穿于交通、景區(qū)、住宿、餐飲、消費等各個場景，所有與公路相關的經(jīng)營企業(yè)若是可以及時共享可信數(shù)據(jù)，對于各個企業(yè)的經(jīng)營管理、服務整合具有重要作用。事實上，企業(yè)已逐漸具有數(shù)據(jù)意識，但目前的數(shù)據(jù)交易中存在數(shù)據(jù)造假、數(shù)據(jù)泄露、交易成本高等問題，導致數(shù)據(jù)從源頭到應用的流通動能不足。區(qū)塊鏈技術可以實現(xiàn)不依賴于數(shù)據(jù)中介的可信數(shù)據(jù)交易，如圖3所示，利用區(qū)塊鏈應用平臺，數(shù)據(jù)提供方僅上傳存證數(shù)據(jù)的索引，原始數(shù)據(jù)仍存儲在企業(yè)自己的數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)的安全性和隱私性得到了保障。其他企業(yè)根據(jù)自身業(yè)務需要，在平臺上檢索對應數(shù)據(jù)的索引信息，如果檢索到需要的索引信息，可以進行數(shù)據(jù)購買交易。數(shù)據(jù)提供方收到其他企業(yè)的數(shù)據(jù)獲取請求后，在平臺上確認請求數(shù)據(jù)的企業(yè)是否已經(jīng)購買了數(shù)據(jù)，如果已經(jīng)購買則需要在企業(yè)內(nèi)部從原始數(shù)據(jù)中提取數(shù)據(jù)打包后發(fā)送給請求方，購買企業(yè)收到數(shù)據(jù)后可以根據(jù)索引信息對原始數(shù)據(jù)再次驗證，確保獲取的數(shù)據(jù)是真實可靠數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)交易過程也會被存證在區(qū)塊鏈上。因此通過區(qū)塊鏈技術實現(xiàn)的數(shù)據(jù)交易，能夠保證數(shù)據(jù)不被篡改、真實可靠，實現(xiàn)各企業(yè)對數(shù)據(jù)交易過程的信任。

圖3 數(shù)據(jù)共享與交易示意圖

（2）優(yōu)化資產(chǎn)監(jiān)管方式

公路基礎設施投資多元化，所有權與經(jīng)營權分離現(xiàn)象增多，透明化的資產(chǎn)監(jiān)管有利于企業(yè)互信，降低管理成本，提高管理效率。以公共充電樁為例，充電樁的建設運營過程中，往往涉及多方參與，在充電樁托管業(yè)務中，場地提供方、電站運營方、投資機構(gòu)等多方互信困難，存在對賬成本高，企業(yè)融資難等問題，利用區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)存證、可溯源特性，同時結(jié)合鏈上審計與分賬合約，可以實現(xiàn)托管業(yè)務的可靠監(jiān)控和可信分賬，基本可以打消托管企業(yè)顧慮，減輕對賬工作量，提升分賬效率。

（3）提升政務協(xié)同能力

隨著我國公路基礎設施建設水平不斷提升，出行需求不斷豐富，在公路上布設了大量交通管控、運營監(jiān)測、出行服務等相關設備，在公路的驛站、停車區(qū)、房車營地等沿線設施中有各種各樣的商業(yè)設施。這些基礎設施的建設、運營、養(yǎng)護、監(jiān)管過程中往往涉及到多個部門或多家單位參與，業(yè)務環(huán)節(jié)繁多，因為數(shù)據(jù)不一致、信息不互通、共享不及時等問題，導致政務部門在政務管理中辦事流程繁雜，辦事效率低。因此，基于區(qū)塊鏈的分布式技術，可以將相關管理部門集中到一條鏈上，實現(xiàn)信息共享，通過智能合約實現(xiàn)政務管理一網(wǎng)通辦，提升工作流程智能化，降低過程成本，改善政府部門審核效率，提高政務辦公的公信力和透明度。對于需要監(jiān)管的設施設備，資產(chǎn)所有方或運營方將資產(chǎn)信息進行鏈上存證，并共享給相關監(jiān)管部門。政府監(jiān)管機構(gòu)作為一種特殊的企業(yè)，作為聯(lián)盟節(jié)點加入，在交易索引信息時可以不需要支付任何積分，直接從企業(yè)端獲取到所需的原始數(shù)據(jù)，獲得穿透式的資產(chǎn)監(jiān)管能力。政府訪問數(shù)據(jù)的相關行為，在區(qū)塊鏈上都會留下記錄，公開透明，有效降低信息獲取和持續(xù)披露的成本。

（4）降低融資管理成本

公路主體、配套設施及沿線設施建設需要投入大量的資金，通常除了財政投入外，需要引入大量的社會資本共同參與建設。傳統(tǒng)的投融資過程需要大量的人力進行前期盡職調(diào)查和投后管理，且公路資產(chǎn)往往量大且分散，使得投前盡調(diào)和投后管理成本增加，不利于投融資的達成。區(qū)塊鏈應用平臺為企業(yè)和金融機構(gòu)搭建信息“橋梁”，經(jīng)過區(qū)塊鏈存證的可信數(shù)據(jù)根據(jù)授權，直接提供給金融機構(gòu)，大大提升融資效率，降低融資成本。以充電樁運營企業(yè)融資為例，區(qū)塊鏈平臺可以為以融資租賃公司為代表的金融機構(gòu)提供穿透資產(chǎn)的可信數(shù)據(jù)，幫助融資租賃公司判斷資產(chǎn)質(zhì)量，高效做出投資決策。區(qū)塊鏈平臺除了解決的是設備運營企業(yè)的融資問題，對于以融資租賃公司為代表的金融機構(gòu)，同樣可以通過區(qū)塊鏈應用平臺獲得底層資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)，大大降低投前盡調(diào)、投后管理成本。

（5）助力消費生態(tài)圈構(gòu)建

為了培養(yǎng)忠實的顧客群體，建立長期穩(wěn)定的市場，獲得經(jīng)營盈利，眾多企業(yè)采取會員制的營銷方式，建立會員積分獎勵規(guī)則，但目前多數(shù)商家發(fā)行的積分價值低、使用限制多、兌換環(huán)節(jié)復雜，而且不可轉(zhuǎn)讓、流通性差，導致用戶不關注也不愿意兌換，難以達到增加用戶黏性的作用。因此，以公路為紐帶，特別是針對具有旅游功能的公路，建立區(qū)塊鏈開放平臺，將交通、酒店、餐飲、購物、娛樂等眾多商家形成統(tǒng)一的賬戶體系、積分體系以及支付體系等，通過已經(jīng)完成的交易行為形成積分，將其作為消費者的數(shù)字資產(chǎn)，再經(jīng)區(qū)塊鏈的信息傳播，便可形成自由流通。不同商家消費積分的互通互兌，一方面提升了用戶體驗，另一方面推動了商家之間的用戶共享、營銷共推、服務互動。商家通過可信、高效協(xié)同的區(qū)塊鏈平臺，為用戶提供合適的服務，并開展宣傳、銷售等一系列活動，打造圍繞公路運輸?shù)纳虡I(yè)生態(tài)圈，有助于盤活公路存量，提升公路建設的經(jīng)濟效益和社會效益。

4 結(jié)束語

為適應數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展，滿足公眾多層次出行需求，深化公路管理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，各地積極推進新技術、新產(chǎn)品的示范應用，有序打通科技與社會融合發(fā)展的通道。區(qū)塊鏈是在缺乏信任主體的場景下提供技術信任，因此區(qū)塊鏈的應用極度依賴業(yè)務場景驅(qū)動。對于公路管理中涉及到的多層級、多部門、跨區(qū)域、跨專業(yè)的業(yè)務場景，區(qū)塊鏈技術能夠提供開放、可信、公正、高效協(xié)同環(huán)境，有助于建立信息共享機制，實現(xiàn)協(xié)同管理、統(tǒng)一指揮。打造區(qū)塊鏈應用平臺，開展數(shù)據(jù)交易、資產(chǎn)監(jiān)管、政務協(xié)同、數(shù)字金融和公路積分等業(yè)務，對于打破公路管理中的數(shù)據(jù)孤島，促進數(shù)據(jù)規(guī)?；?，促進多元數(shù)據(jù)融合，以更低的成本實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提升數(shù)據(jù)綜合應用能力具有重要意義，同時能切實推動治理轉(zhuǎn)型升級，提升公路運輸數(shù)字化運營能力，降低監(jiān)管成本，高效轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)價值，促進公路融合應用與服務體系建設。

區(qū)塊鏈技術在現(xiàn)代公路管理中具有較為良好的應用前景，但在落地過程中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，將長期維持在探索與改進的狀態(tài)。未來應進一步提升區(qū)塊鏈技術應用的行業(yè)共識，增加相關人才儲備，有效集中研發(fā)力量，讓區(qū)塊鏈技術滿足現(xiàn)代公路管理的應用需求，制定統(tǒng)一完善的標準體系，規(guī)范行業(yè)秩序，提升法律和監(jiān)管政策，加強協(xié)作，建立行業(yè)內(nèi)持續(xù)、深入的合作機制。