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        基于區(qū)塊鏈技術(shù)的海事信息管理場景應(yīng)用

        2019-10-30 01:26:46關(guān)克平
        中國航海 2019年3期
        關(guān)鍵詞:哈希海事信息管理

        蔣 宇 , 關(guān)克平

        (上海海事大學(xué) a. 商船學(xué)院; b. 全球航行狀況研究中心, 上海 201306)

        如今政府和企業(yè)越來越依賴于信息系統(tǒng)的可靠運行,關(guān)鍵性行業(yè)數(shù)據(jù)成為最重要的社會資產(chǎn)。在過去的10 a里,Browser/Server 模式的海事信息查詢服務(wù)被廣泛采用,大多是基于中心化公鑰基礎(chǔ)設(shè)施認證中心(Public Key Infrastructure/Certificate Authority,PKI/CA)的認證架構(gòu)[1],潛在的安全風(fēng)險使數(shù)據(jù)的可信度面臨嚴峻的挑戰(zhàn)[2],利用海事局后臺漏洞,利益團體多次入侵、添加及篡改執(zhí)業(yè)認證;境外組織針對中國海事竊取敏感信息[3],嚴重侵害海事信息安全。

        由于海事管理的特殊性,依賴于港口終端之間的往返運輸,涉及復(fù)雜的信息交互,呈現(xiàn)點多、線長、面廣、錯綜交叉和各自分散的特點。數(shù)據(jù)在局部節(jié)點處堆積,產(chǎn)生行業(yè)、地區(qū)隔離,甚至形成信息孤島,為此需要現(xiàn)場走訪,工作時常難以推進,給從業(yè)人員、企業(yè)單位和管理部門帶來困擾。海事有大量的身份認證,而適任證書的登記、注冊及海事檢查等需通過紙質(zhì)文件進行驗核。管理上存在諸多不便,資歷偽造、套牌證和假證等時有發(fā)生。近幾年,特別是針對涉外檢查,造假查處的困難尤為突顯,比如懷疑外籍船員或船舶持假證,現(xiàn)場卻無法利用自有系統(tǒng)核查其真實性而須委托證書發(fā)放機關(guān)配合支持,常致使相關(guān)工作難以展開。針對這一情況,相關(guān)研究相對較少,比較有代表性的是彭國均等[4]引入歐盟MONALISA海事工程中船員身份遠程認證技術(shù),結(jié)合海事身份認證卡與船舶自動識別系統(tǒng)(Automatic Identification System,AIS)通過岸基數(shù)據(jù)校對,完成驗證,由于缺乏數(shù)據(jù)共享資源,難以廣泛實施。黃鵬飛等[5]利用射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)、指紋識別改進該系統(tǒng),后續(xù)設(shè)計開發(fā)查驗終端[6],而實施過程人工較多,不具備自適應(yīng)性,岸基數(shù)據(jù)共享尚未解決導(dǎo)致難以在跨區(qū)域、多部門信息協(xié)作中展開,以上現(xiàn)狀迫切需要新思路加以解決。

        為減少紙質(zhì)證書的管理負擔(dān),提高信息核對效率,國際海事組織第40屆會議對《電子證書使用導(dǎo)則》內(nèi)容和要求進行更新,鼓勵各海事成員國接受、使用電子證書[7];因為缺乏有效共識機制且驗證技術(shù)不統(tǒng)一,不同地區(qū)的海事部門常否認使用電子證書的有效性,阻礙涉及更廣泛的海事參與主體信息協(xié)作。區(qū)塊鏈技術(shù)的出現(xiàn)使得這類問題能夠得到較好的解決,聚合相關(guān)信息形成新的“航運護照”,實現(xiàn)“一個窗口”簡化操作。

        作為比特幣的底層技術(shù),區(qū)塊鏈廣泛的應(yīng)用前景引發(fā)了現(xiàn)象級關(guān)注。國內(nèi)研究聯(lián)盟相繼成立,同時政府肯定了區(qū)塊鏈的發(fā)展:2016年12月區(qū)塊鏈寫入《“十三五”國家信息化規(guī)劃》;2018年3月,工信部在《2018年信息化和軟件服務(wù)業(yè)標準化工作要點》中提出推動形成區(qū)塊鏈標準規(guī)范。集中在金融、能源、醫(yī)療和供應(yīng)鏈等沉淀了豐富的研究成果與實踐案例[8-9],LARIMER于2014年提出股份授權(quán)證明(Delegated Proof of Stake,DPoS)共識算法以解決權(quán)益證明(Proof of Stake,POS)中節(jié)點離線也能累積幣齡的安全缺陷,同時加快區(qū)塊同步速度。[10]為獲得更好的區(qū)塊鏈擴展性,蔡維德等[11]開發(fā)摒棄挖礦機制的北航鏈,采用信譽機制來決定投票節(jié)點,優(yōu)點是吞吐強度大、延遲低、出塊迅速和魯棒性好。FROMKNECHT等[12]提出以比特幣區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)為框架的去中心化 PKI 認證體系,使用Certcoin代替CA,數(shù)據(jù)記錄儲存在區(qū)塊鏈外部。

        針對現(xiàn)有海事管理中的難題,本文提出基于區(qū)塊鏈技術(shù)的海事信息管理模式,設(shè)計并應(yīng)用模型,以區(qū)塊鏈技術(shù)優(yōu)勢和原理為出發(fā)點,廣泛擴展海事信息管理的適用范圍,實現(xiàn)高效、平等和信任的多部門信息協(xié)同。

        1 區(qū)塊鏈技術(shù)

        區(qū)塊鏈是比特幣的底層技術(shù),首次定義區(qū)塊鏈是NAKAMOTO[13]發(fā)表的論文《比特幣:一種點對點的電子現(xiàn)金統(tǒng)》中提出的,劃時代地構(gòu)建無需第三方信任(公證)節(jié)點即可完成交易的點到點數(shù)字貨幣體系,具有去中心化、信息可追溯、不可篡改、公開透明兼具保護隱私的優(yōu)勢[14],解決困擾已久的“雙重支付問題[15]”和“拜占庭將軍問題[16]”兩大問題。2009年1月9日出現(xiàn)序號為1的區(qū)塊,與創(chuàng)世區(qū)塊相連接形成鏈,標志著世界第1條區(qū)塊鏈的誕生。區(qū)塊鏈技術(shù)具有以下特征:

        1) 去中心化:區(qū)塊鏈分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1。其最突出的特征是去中心化:通過分布式計算和存儲,不依賴第三方中心治理,容忍多節(jié)點崩潰而保持穩(wěn)定;基于協(xié)商一致的技術(shù)規(guī)范,由多方參與共同管理和維護,達成全網(wǎng)共識后,能實現(xiàn)自適應(yīng)地信息管理和價值傳遞,具有高容錯、抗攻擊和防合謀等優(yōu)點。

        a) 傳統(tǒng)中心化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

        b) 層級式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

        c) 區(qū)塊鏈分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

        2) 開放性:區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)各成員節(jié)點組成系統(tǒng)本身,數(shù)據(jù)高度冗余,除各方的敏感信息外,全局系統(tǒng)信息對外公開,高度透明。

        3) 不可篡改:按照時間線形順序成鏈,數(shù)據(jù)一旦被驗證就不可再逆轉(zhuǎn)。

        4) 可追溯:區(qū)塊鏈上存儲著自創(chuàng)始區(qū)塊誕生以來的所有事務(wù)記錄,可還原所有歷史操作包括信息查詢,便于事中監(jiān)督與事后審計。

        5) 數(shù)據(jù)冗余:區(qū)塊是具有聯(lián)系的前后指向存儲單元,冗余存儲保證全節(jié)點保持完整可靠的歷史事務(wù)記錄。

        6) 安全性:區(qū)塊鏈采取的是完全冗余、節(jié)點共同治理的策略。更改某一區(qū)塊的數(shù)據(jù)必須保證大多數(shù)全節(jié)點被同時修改形成最長鏈,這種情況近乎不可能,信息欺詐不再具有可實施性,使得鏈上數(shù)據(jù)更安全。區(qū)塊鏈能夠有效預(yù)防故障與攻擊,自2009年運營至今的比特幣網(wǎng)絡(luò)驗證其健壯性。針對著名“51%攻擊問題”[17]以比特幣網(wǎng)絡(luò)為例作簡短的安全分析。其攻擊原理是:最快地計算正確的解以造成區(qū)塊鏈分叉,形成最長鏈,所寫入的信息將被接受為真實信息,以達到篡改數(shù)據(jù)的目的。TOP 500 LISTS是始于1993年每半年發(fā)布已安裝的全球500強超級計算機排行榜,取2017年11月最新的TOP 500超算峰值速度數(shù)據(jù)[18]進行累計求和,累計浮點算力統(tǒng)計見圖2。

        圖2 TOP 500超算浮點運算峰值累計

        TOP 500超算集群單精度浮點運算峰值速度為1 339 339.1TFLOPS記Rpeak,而12 700次單精度浮點運算(12 700FLOPS)約等于1次SHA-256散列運算[19],因此,可換算得到超算散列率為105.46TH/s記為Hpeak(區(qū)塊鏈處理事務(wù)的能力)。2017年同時刻比特幣網(wǎng)絡(luò)散列率為10 309 520 TH/s,見圖3,記為Hbitnet。假設(shè)TOP 500超算組成算力集群加入比特幣區(qū)塊鏈,則占到整個網(wǎng)絡(luò)的算力占比為

        (1)

        由式(1)得散列率占比P為1.023×10-5,為整個區(qū)塊鏈算力的十萬分之一,以目前的比特幣全網(wǎng)積累的算力來看,超算集群為超越最長鏈,試圖篡改區(qū)塊數(shù)據(jù)而進行“51%攻擊”不具有可觀的實施性,并且操控51%算力所需的資源成本遠超可預(yù)計回報,人總是趨向有利的一面,在誠實勞動所能獲得的酬勞遠高于非法牟利時,很少有人會花費力氣進行欺騙;另外,篡改要經(jīng)受全網(wǎng)節(jié)點的高冗余檢驗,區(qū)塊鏈的時間戳技術(shù)與鏈式結(jié)構(gòu)的最長鏈原則,決定了制造欺騙出現(xiàn)前所未有的困難。因此,區(qū)塊鏈的全節(jié)點越多,系統(tǒng)的可靠與安全性越強,欺騙變得近乎不再可能。但是對小型公有鏈來說來自成規(guī)模的礦池“51%攻擊”威脅依舊存在。

        圖3 比特幣區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)散列率

        2 海事信息管理現(xiàn)狀

        2.1 國內(nèi)海事信息管理

        隨著我國海事信息化工作的建設(shè),以海事局為中心的管理部門建立了大量業(yè)務(wù)管理信息系統(tǒng),實現(xiàn)申請和查詢等業(yè)務(wù)辦理電子化來代替部分紙質(zhì)化辦公流程,覆蓋交通運輸部海事局直屬海事局以及分支局工作站。近期上海海事局海事系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)庫建設(shè)工程解決了業(yè)務(wù)系統(tǒng)異構(gòu)產(chǎn)生的通而不聯(lián)的難題,起到了極大的行政支持,但因早期復(fù)雜業(yè)務(wù)需要和軟件招標采購等原因,多級系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)相對分散,目前沒有完全實現(xiàn)內(nèi)外數(shù)據(jù)同步。多部門協(xié)同機制的差異且信息資源共享存在著分歧,通常數(shù)據(jù)交換需要人工核對,甚至現(xiàn)場走訪,如港口相關(guān)記錄、海關(guān)貨物信息、邊檢出入境信息和水利污染等,造成行政能力的浪費。[20]

        2.2 國外海事信息管理

        圍繞船員和船舶的身份認證貫穿海事多個環(huán)節(jié),冗雜的紙質(zhì)辦公耗費了管理資源,經(jīng)歐盟提議,2013年國際海事組織第39屆會議通過《電子證書使用導(dǎo)則》鼓勵各海事成員國認可并使用電子證書,彌補紙質(zhì)證書遇到未及時送船在港口國檢查中視作缺陷處理等困擾。避免過度依賴紙質(zhì)文件而在登記、鑒定和海事檢查中,消耗行政資源受理相關(guān)事務(wù),減少對港口國監(jiān)督檢查官(Port State Control Officer,PSCO)、在船人員和相關(guān)部門帶來人力消耗與額外負擔(dān)。

        丹麥海事局首先在2016年中旬宣布對船舶簽發(fā)電子證書,給一百多年來傳統(tǒng)的船舶紙質(zhì)證書認證的方式畫上句號。2016年11月新加坡海事管理部門宣布并通過電子證書以替代法定紙質(zhì)證書。隨后,新加坡、挪威和日本等國也陸續(xù)完成多種重要電子證書的核發(fā)。全球范圍內(nèi)船舶證書的電子化發(fā)展趨勢不可逆轉(zhuǎn),但限于未達成有效共識,驗證接口不一致,因此阻礙電子證書的進一步擴大應(yīng)用。同樣面臨挑戰(zhàn)的是安全問題,2017年馬士基航運集團曾遭受“NotPetya”網(wǎng)絡(luò)攻擊,服務(wù)器大面積宕機,電子貨單、符合證明等鎖死,無法追蹤貨物,造成數(shù)億美元損失。強健的中心化信息管理結(jié)構(gòu)也可能因此面臨安全威脅,所以如何保障網(wǎng)絡(luò)儲存安全、認證信息準確有效、廣泛認可是海事信息管理中亟待解決的問題。

        3 基于區(qū)塊鏈的海事信息管理應(yīng)用

        傳統(tǒng)的海事信息管理系統(tǒng)主要由單一機構(gòu)管理和維護,擁有絕對的控制權(quán),上下位機構(gòu)無法完整了解數(shù)據(jù)的更新過程。在多方參與橫向協(xié)作的場景中,由于缺乏有效信任機制,往往都會獨自構(gòu)建承載自己業(yè)務(wù)信息的數(shù)據(jù)系統(tǒng),技術(shù)標準不一致,信息在單個節(jié)點處堆積,造成通而不暢的信息孤島問題[21],系統(tǒng)對接引起繁瑣的人工校對和溝通爭議,信息流轉(zhuǎn)周期較長。區(qū)塊鏈用技術(shù)機制解決管理上很難平衡的信息協(xié)作和多方信任問題。為闡述區(qū)塊鏈的海事場景應(yīng)用,以船員信息管理為典型演示,并作有針對地展開。

        3.1 區(qū)塊鏈類型

        以太坊創(chuàng)始人提出區(qū)塊鏈從架構(gòu)上可劃分為公有鏈、聯(lián)盟鏈與私有鏈等3種類型[22],貼合于海事應(yīng)用場景的需要,聯(lián)盟鏈提供一種混合折中的模式,鏈上預(yù)選管理節(jié)點為特定海事相關(guān)機構(gòu)所組成,確保與實際海事行政機構(gòu)等主體對應(yīng),規(guī)則制定較公有鏈更為靈活。根據(jù)共識機制,預(yù)選管理節(jié)點可對全局網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)多方共同治理,例如區(qū)塊的生成可能需要20個預(yù)選節(jié)點中的11個來完成確認,未經(jīng)授權(quán)的節(jié)點僅能通過此區(qū)塊鏈對外開放的應(yīng)用程序編程接口(Application Programming Interface,API)接口進行查詢,但不參與共識過程。對于需要內(nèi)網(wǎng)物理隔離的保密數(shù)據(jù),私有鏈是更合適的選擇。

        3.2 體系基礎(chǔ)架構(gòu)

        海事信息管理體系區(qū)塊鏈基礎(chǔ)架構(gòu)見圖4,區(qū)塊鏈可分為:數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵層、合約層和應(yīng)用層。

        3.2.1數(shù)據(jù)層

        區(qū)塊鏈中的每一個區(qū)塊由區(qū)塊頭和區(qū)塊體組成。其中:區(qū)塊頭包含版本號、前一區(qū)塊哈希(Hash)、時間戳和隨機數(shù);區(qū)塊體包含數(shù)據(jù)信息和公私鑰的具體操作。大量運用密碼學(xué)和安全技術(shù)的研究成果以保護區(qū)塊中最長鏈的信息安全,涉及哈希函數(shù)、公私密鑰對、數(shù)字簽名(公私密鑰對解密,信息摘要與原始數(shù)據(jù)進行匹配),其中哈希函數(shù)將任意大小的數(shù)字、字符串或其他信息轉(zhuǎn)化成長度固定且唯一的安全散列算法碼(Secure Hash Algorithm,SHA),形成信息摘要以便統(tǒng)一儲存與識別,整個過程具有單向性和隱秘性,既不能反向解出原始信息又無法嘗試找到輸入值,在非對稱加密體系下,能夠保證海事信息的安全與隱私。

        圖4 海事信息管理體系區(qū)塊鏈基礎(chǔ)架構(gòu)

        數(shù)據(jù)層區(qū)塊結(jié)構(gòu)與成鏈方式見圖5。圖5中灰色區(qū)域箭頭指向組成鏈狀結(jié)構(gòu),前后相連的區(qū)塊哈希值保持一致,是一串表明數(shù)據(jù)存儲的地址,區(qū)塊頭內(nèi)哈希指針指向上一區(qū)塊頭哈希,從而為信息可溯源提供路徑。時間戳通常是一串?dāng)?shù)字序列,包含在區(qū)塊頭中,唯一能標識某一創(chuàng)建時間,區(qū)塊內(nèi)部的哈希指針形成Merkle樹(大多為二叉Merkle樹),數(shù)據(jù)被兩兩分裂成較小單位經(jīng)過哈希函數(shù)掛載在上一層的父節(jié)點,最終得到一個總的哈希值(即圖5中哈希123456)直至Merkle根,這種結(jié)構(gòu)極大地提高了區(qū)塊鏈的整體效率和可擴展性,使得區(qū)塊頭不必封裝所有底層元數(shù)據(jù),網(wǎng)絡(luò)中輕量節(jié)點如移動設(shè)備也能有效參與。

        區(qū)塊鏈形成演示見圖6,成鏈過程(不包括鏈變化)每個新的區(qū)塊都包含上一個區(qū)塊的哈希,前后指向關(guān)系,實現(xiàn)了防篡改,所有區(qū)塊按序相連就形成區(qū)塊鏈。

        為確保區(qū)塊鏈具有不可篡改性,任意部位的數(shù)據(jù)變更致使下一區(qū)塊的哈希指針錯誤,產(chǎn)生區(qū)塊鏈分叉,備用鏈成為新的最長鏈。另外,這種非循環(huán)排列的Merkle樹是區(qū)塊成鏈結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)方式,可提供簡潔的歸屬證明,使得區(qū)塊鏈上的信息能夠快速校驗同時可追溯。在實際運營中,每個區(qū)塊包含到目前為止的所有海事數(shù)據(jù)信息和區(qū)塊元數(shù)據(jù),一旦被海事管理節(jié)點共同確認出塊后就不可篡改。

        圖5 數(shù)據(jù)層區(qū)塊結(jié)構(gòu)與成鏈方式

        圖6 區(qū)塊鏈形成演示

        3.2.2網(wǎng)絡(luò)層

        包括去中心化的點對點組網(wǎng)機制,數(shù)據(jù)交換協(xié)議和驗證訪問機制,具有健壯性和高容錯。節(jié)點之間通過共同維護區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)以廣播的形式發(fā)送給其他節(jié)點來保持信息聯(lián)動與驗證。

        3.2.3共識層

        DPoS股份授權(quán)證明機制是實現(xiàn)去中心化的有效共識、共同治理的前提。首先預(yù)選的海事相關(guān)機構(gòu)成為鏈上管理節(jié)點,進行類似董事會投票,產(chǎn)生2n+1個管理節(jié)點清單,在每個維護周期內(nèi),清單重新隨機排序。如果管理節(jié)點由于算力不符或宕機故障不能在權(quán)限時間內(nèi)履行出塊職責(zé)時,則會跳過此節(jié)點且剔除出隊列,出塊權(quán)限輪轉(zhuǎn)給下一管理節(jié)點。與比特幣區(qū)塊鏈采用的共識機制工作量證明(Proof of Work,PoW)相比,本文所采用的DPoS有效地減少不必要的工作量,勝任記錄要求,很好地解決出塊速度和性能需求以及PoW能耗過大的平衡問題。

        3.2.4激勵層

        由于涉及行政推動和公共管理需求,弱化了激勵層的作用,DPoS股份授權(quán)證明機制補償這部分機制的內(nèi)容。

        3.2.5合約層

        能夠封裝服務(wù)于海事信息管理的各類腳本與可編程的智能合約[23],在海事區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)達到某個確定的約束條件的情況下自適應(yīng)執(zhí)行,是區(qū)塊鏈去信任的表達與實現(xiàn)層。

        3.2.6應(yīng)用層

        借助全網(wǎng)絡(luò)算力可封裝部署海事相關(guān)鏈上應(yīng)用,可編程海事體系也可搭建在應(yīng)用層,類似現(xiàn)有海事信息Web查詢與“口袋工程”等,可插拔設(shè)計,模塊化拓展方便,實現(xiàn)高內(nèi)聚低耦合。

        3.3 基于區(qū)塊鏈的海事信息的認證與驗核管理

        根據(jù)區(qū)塊鏈技術(shù)路徑,以證書為例,海事信息認證與驗核管理的實現(xiàn)流程見圖7。

        圖7 海事信息管理認證與驗核實現(xiàn)流程

        3.3.1海事信息認證

        證書持有者向海事相關(guān)機構(gòu)所組成的管理節(jié)點提交申請,如適任證書更新、注冊和注銷等操作,在確保證書信息有效和身份匹配核實后,反饋給證書持有者。全網(wǎng)廣播證書信息認證,證書持有者利用私鑰進行認領(lǐng),全網(wǎng)管理節(jié)點完成新區(qū)塊的同步。通過區(qū)塊同步信息,可追溯出具體到某一管理節(jié)點對認證信息的驗核情況,多節(jié)點冗余信息和時間戳來驗證證書本身的內(nèi)容。作為整合利用和補充,還可篩選收集原有數(shù)據(jù)庫信息(適任證書,服務(wù)簿號碼,培訓(xùn)合格證,簽發(fā)機關(guān)和簽發(fā)日期),服務(wù)資歷(任解職記錄,船名、航線、噸位、職務(wù)、時間)和廣義的職業(yè)信息(個人信息,職業(yè)與教育背景,海齡,曾供職的公司等)以規(guī)范格式提交記錄,打包成總的信息摘要,最終通過Merkle根錨定到海事信息區(qū)塊鏈中。尤其是鏈上認證信息應(yīng)當(dāng)符合《電子證書使用導(dǎo)則》要求,與本國認可的國際海事公約一致并遵守相應(yīng)海事法規(guī),存儲相關(guān)認證信息的節(jié)點可位于某一地區(qū)、國家,但鏈上信息摘要將是國際性的。

        3.3.2海事信息驗核

        證書持有者向應(yīng)用節(jié)點(跨域海事、主管機關(guān)、招聘企業(yè))提交區(qū)塊鏈賬戶地址,用于驗核信息。應(yīng)用節(jié)點通過聯(lián)盟鏈鏈上的智能合約與驗證應(yīng)用提交查詢請求,證書持有者用私鑰進行數(shù)字簽名,系統(tǒng)返回查詢結(jié)果,比對無誤后完成信息驗核。區(qū)塊鏈的不可篡改的特性和時間戳的存在,使得網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任何授權(quán)節(jié)點均能夠快速便利地驗證證書真?zhèn)危煤笈_漏洞篡改證書信息的信用欺詐似乎不再可能。

        3.4 可行性分析

        基于聯(lián)盟鏈架構(gòu),目前采用DPoS共識的行業(yè)落地應(yīng)用已經(jīng)達到秒級的共識驗證;在每秒事務(wù)處理量(Transaction Per Second,TPS)方面,能夠?qū)崿F(xiàn)并行處理事務(wù)數(shù)千甚至上萬次,從已經(jīng)落地的區(qū)塊鏈應(yīng)用來看,大多數(shù)TPS日常需求約在3 000,滿足功能需要,吞吐量已不再是主要瓶頸。

        不同于比特幣或以太坊等公有鏈,涉及頻繁的交易事務(wù),數(shù)據(jù)體積存在無止境膨脹的情況,本文針對的海事應(yīng)用,靜態(tài)信息大小是長期可預(yù)期的,區(qū)塊增長和網(wǎng)絡(luò)需求接近于線型,節(jié)點硬件和帶寬水平可以較好地在初期進行規(guī)劃。

        以中國為例,截至2017年底,注冊海船船員共計71萬人(不包括內(nèi)河)[24],假定每名海船船員的認證信息所需數(shù)據(jù)空間為100 KB單體配額(充裕),總計約67.7 GB,海員隊伍規(guī)模相對穩(wěn)定,故鏈上數(shù)據(jù)在此基礎(chǔ)上的增長有限。關(guān)鍵數(shù)據(jù)上鏈和非關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息指紋上鏈,可實現(xiàn)進一步壓縮。針對非關(guān)鍵數(shù)據(jù),利用SHA256 等算法,將任意長度的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為固定字節(jié)的哈希,通過上述 Merkle 樹的記錄方法,迭代解算出Merkle 根的哈希值,作為總哈希值掛載在區(qū)塊頭內(nèi),利用式(2)中實現(xiàn)方式能夠大幅縮減數(shù)據(jù)體積。

        HashFinal=Hash(Sha256,hash(SHA256,N))

        (2)

        式(2)中:N為迭代次數(shù)。

        在實際跨部門部署中,可不改變原有多方信任體系的認證方式,將各域的信任錨嵌入?yún)^(qū)塊鏈環(huán)境,以實現(xiàn)跨部門認證,系統(tǒng)的可擴展性強,形成海事相關(guān)部門信息聯(lián)動,解決現(xiàn)有海事信息管理的異構(gòu)劣勢。避免重復(fù)建設(shè)和浪費行政資源,鏈上信息不是從零開始,而是借助于既有的中心化數(shù)據(jù)庫將關(guān)鍵信息二次篩選適當(dāng)轉(zhuǎn)化,化零為整,作為區(qū)塊鏈的初始數(shù)據(jù)使用。

        4 結(jié)束語

        與現(xiàn)有的海事信息管理方式相比,引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)可涉及更廣泛的參與主體,擴大適用范圍,一系列新的成員節(jié)點諸如培訓(xùn)學(xué)校、航運公司、涉及水上交通的其他部門(如海警、海關(guān)、邊防、港口等)及跨國海事主管也都可加入其中。有效改進信息交互模式,解決因為核驗技術(shù)、標準不同妨礙電子證書認可的問題,有利于跨區(qū)域的信息協(xié)同。適應(yīng)簡政放權(quán)中“放管服”改革要求,推動相關(guān)海事部門集中投入到事中事后的引導(dǎo)監(jiān)管。

        區(qū)塊鏈的信任機制優(yōu)勢使得船員適任證書在廣泛區(qū)域有序流動成為可能。通過區(qū)塊鏈公證與技術(shù)背書,疏通國際求職通道,幫助本國船員“走出去”。鏈上數(shù)據(jù)的整合沉淀,可幫助跟蹤管理船員,建立職業(yè)信用機制,真實描繪船員群體畫像,輔助行政部門作出宏觀決策,從單一對象管理轉(zhuǎn)向生態(tài)級數(shù)據(jù)治理,最終賦能海事;同時為“21世紀海上絲綢之路”沿線國家的海事基礎(chǔ)信息協(xié)作保駕護航,是國家戰(zhàn)略下“海事作為”的實現(xiàn)路徑。

        作為國際海事組織A類理事國、航運大國和船員大國,盡早結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)進行海事應(yīng)用,搭建自主研控的底層區(qū)塊鏈,確保核心技術(shù)、必要標準不受制于傳統(tǒng)海事強國,結(jié)合智能合約,給未來無邊界的海事體系多元治理提供可用選項,實施廣泛規(guī)模的高效協(xié)作,以構(gòu)筑強有力的海事共同體。

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