張瀟元，王 鵬

（中國(guó)石油西南油氣田物資分公司，四川成都 610021）

我國(guó)石油物資的種類(lèi)繁多，油氣田區(qū)塊地質(zhì)以及生產(chǎn)情況不同所涉及的技術(shù)指標(biāo)、產(chǎn)品制造工藝等也都有所出入，且用戶(hù)個(gè)性化需求較多，因此很多石油物資無(wú)法事先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，只能根據(jù)需要量身定制，但不同生產(chǎn)廠(chǎng)家制造水平不一，其過(guò)程控制和標(biāo)準(zhǔn)也有所差異，物資的質(zhì)量性能不能僅僅聽(tīng)取廠(chǎng)家的一家之言，因此由管理部門(mén)、監(jiān)造單位、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)廠(chǎng)家共同組成的物資質(zhì)控體系應(yīng)運(yùn)而生。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，我國(guó)石油物資質(zhì)控體系已日趨完善，但仍存在生產(chǎn)信息真實(shí)性低、管理靈活性差等問(wèn)題，而這些問(wèn)題的最終答案可能就藏匿在區(qū)塊鏈中。區(qū)塊鏈作為一種具有分布式記賬功能的前沿技術(shù)［1］，一經(jīng)提出后便受到了各國(guó)金融監(jiān)管機(jī)構(gòu)和歐洲中央銀行、比利時(shí)歐洲清算銀行有限公司、交易金融服務(wù)公司（DTCC）等國(guó)際金融組織的高度重視。2019 年，習(xí)近平總書(shū)記在中共中央政治局就區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)的第十八次集體學(xué)習(xí)中強(qiáng)調(diào)，區(qū)塊鏈技術(shù)的集成應(yīng)用在新的技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)變革中起著重要作用，要把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新的重要突破口，加快推動(dòng)區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展［2］。目前區(qū)塊鏈技術(shù)已應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)：在金融方面，有學(xué)者從融資方式的選擇入手,構(gòu)建出了“區(qū)塊鏈+供應(yīng)鏈”融資平臺(tái)［3］；在農(nóng)業(yè)方面，有學(xué)者如鄭開(kāi)濤等［4］、楊信廷等［5］借助區(qū)塊鏈建立了能夠適應(yīng)我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全方法，還有學(xué)者同時(shí)結(jié)合Java 2 平臺(tái)企業(yè)版（J2EE）技術(shù)研究出了農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈柔性溯源模型［6］，為我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品的食品安全提供了可行方案；此外，在與石油物資相關(guān)聯(lián)的供應(yīng)鏈領(lǐng)域，也有學(xué)者如于凱［7］、建亨等［8］、梁雯等［9］也提出了用區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)信息共享披露模型以及“區(qū)塊鏈+物流”的新型供應(yīng)模式等創(chuàng)新成果。但目前，區(qū)塊鏈技術(shù)在石油物資質(zhì)量控制方面的研究仍是一片空白，經(jīng)梳理區(qū)塊鏈的原理和技術(shù)優(yōu)勢(shì)后發(fā)現(xiàn)，石油物資質(zhì)控體系與區(qū)塊鏈的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在多方面存在耦合，可用來(lái)解決石油物資在生產(chǎn)過(guò)程中存在的信息閉塞、扁平化管理、質(zhì)量追溯等管控痛點(diǎn)，對(duì)我國(guó)石油物資增強(qiáng)過(guò)程透明度、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低管控成本具有積極意義。

1 我國(guó)石油物資質(zhì)控體系運(yùn)行模式現(xiàn)況

目前，我國(guó)石油物資的質(zhì)控體系主要由質(zhì)控管理部門(mén)、生產(chǎn)廠(chǎng)家、監(jiān)造單位、檢測(cè)機(jī)構(gòu)共同參與。其中，生產(chǎn)廠(chǎng)家按產(chǎn)品的生產(chǎn)流程制定每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的質(zhì)控措施，實(shí)現(xiàn)初步控制；監(jiān)造單位安排監(jiān)造人員對(duì)整改生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)督，確保廠(chǎng)家使用的設(shè)備、工藝方法、人員資質(zhì)等符合合同或技術(shù)協(xié)議要求，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)施再控制；檢測(cè)機(jī)構(gòu)是質(zhì)控方式的補(bǔ)充，作為第三方對(duì)物資的重要理化性能進(jìn)行驗(yàn)證，如抗腐蝕試驗(yàn)、抗擠毀試驗(yàn)、無(wú)損探傷等；質(zhì)控管理部門(mén)則負(fù)責(zé)對(duì)產(chǎn)品整個(gè)質(zhì)控環(huán)節(jié)的全局把控，對(duì)生產(chǎn)廠(chǎng)家的產(chǎn)品質(zhì)量、監(jiān)造單位、檢測(cè)機(jī)構(gòu)的執(zhí)行情況開(kāi)展再監(jiān)督?？梢钥闯?，我國(guó)石油物資質(zhì)控體系呈現(xiàn)“一中心、多節(jié)點(diǎn)、全覆蓋”特點(diǎn)，質(zhì)控管理部門(mén)作為中心實(shí)施總體把控，生產(chǎn)單位、監(jiān)造單位和檢測(cè)機(jī)構(gòu)作為節(jié)點(diǎn)，共同保證產(chǎn)品的質(zhì)量。然而在這種模式下，各類(lèi)數(shù)據(jù)往往在同一單位內(nèi)部流通，跨單位信息傳遞時(shí)間長(zhǎng)且渠道不固定，難以保證發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題時(shí)信息傳遞的及時(shí)性和可靠性，“信息孤島”現(xiàn)象嚴(yán)重；同時(shí)也存在部分廠(chǎng)家、監(jiān)造單位等鉆社會(huì)誠(chéng)信體系漏洞的情況，如對(duì)外購(gòu)原材料低質(zhì)低價(jià)、把控不嚴(yán)，生產(chǎn)監(jiān)督不嚴(yán)格或故意選擇性“失明”等。以出廠(chǎng)后發(fā)現(xiàn)油套管抗腐性能不合格的案例來(lái)說(shuō)，根據(jù)已發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題為導(dǎo)向，通過(guò)魚(yú)骨圖分析法列出質(zhì)控各環(huán)節(jié)引起該問(wèn)題的所有可能（見(jiàn)圖1），但生產(chǎn)廠(chǎng)家、監(jiān)造單位、檢測(cè)機(jī)構(gòu)在應(yīng)對(duì)質(zhì)控管理部門(mén)的調(diào)查時(shí)，為了自保，可能翻新過(guò)程資料來(lái)應(yīng)付檢查，導(dǎo)致質(zhì)量事故追責(zé)走入“死胡同”。此外，質(zhì)量事件從發(fā)生到收集材料需要從多渠道提報(bào)，上報(bào)信息的準(zhǔn)確度和完整度受到人為的干擾因素較大，且上報(bào)時(shí)需要單位內(nèi)部逐級(jí)審核，透明性不足，應(yīng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量事件缺乏真實(shí)有效的信息共享且方法單一。

圖1 油套管抗腐蝕性能不合格的原因分析

總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)現(xiàn)階石油物資質(zhì)控體系運(yùn)行模式很難應(yīng)對(duì)質(zhì)量問(wèn)題事件，不能很好滿(mǎn)足信息的快速響應(yīng)，也很難實(shí)現(xiàn)跨單位之間的真實(shí)信息共享。因此，需要改變傳統(tǒng)的石油物資質(zhì)控體系，建立更加安全高效、資訊可信的石油物資質(zhì)控體系，打破各層級(jí)單位之間的信息壁壘，保證質(zhì)量問(wèn)題處理的效率及追責(zé)精確定位到責(zé)任人。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)與石油物資質(zhì)量控制融合的可行性分析

2.1 底層架構(gòu)搭建與推行的可行性

基于Bicakci 等［10］、Buterin［11］的研究，現(xiàn)有區(qū)塊鏈的應(yīng)用場(chǎng)景，按機(jī)制構(gòu)架可以將區(qū)塊鏈分為公有鏈、私有鏈、聯(lián)盟鏈。公有鏈可以完全實(shí)現(xiàn)去中心化，然而因其參與節(jié)點(diǎn)過(guò)多、網(wǎng)絡(luò)臃腫，數(shù)據(jù)傳遞速度過(guò)慢、存儲(chǔ)效率不高，不適合應(yīng)用在石油物資多級(jí)質(zhì)控體系這種涉及大量產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中；而私有鏈與聯(lián)盟鏈因其半開(kāi)放性或部分開(kāi)放性，可負(fù)荷的數(shù)據(jù)吞吐量大、讀寫(xiě)速度快，對(duì)數(shù)據(jù)量大的應(yīng)用場(chǎng)景的兼容性好，同時(shí)兼顧較高的安全性和隱私性，因此采取私有鏈及聯(lián)盟鏈結(jié)合的“雙鏈”模式作為石油物資多級(jí)質(zhì)控體系中的底層架構(gòu)在技術(shù)上具體可行性（見(jiàn)圖2）。另一方面，與傳統(tǒng)石油物資信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式不同，鏈上數(shù)據(jù)的維護(hù)更新舍棄了中心統(tǒng)一機(jī)構(gòu)執(zhí)行的傳統(tǒng)方式，改由區(qū)塊鏈所有參與主體協(xié)作完成。石油物資質(zhì)控領(lǐng)域是由質(zhì)量管理部門(mén)、生產(chǎn)廠(chǎng)家、監(jiān)造單位和檢測(cè)機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成，以往質(zhì)量管理部門(mén)推行信息共享系統(tǒng)遭到各方明面或私下的抵制，主要原因就是參與單位的互不信任，比如監(jiān)造單位負(fù)責(zé)上傳生產(chǎn)廠(chǎng)家、檢測(cè)機(jī)構(gòu)的工作日志，生產(chǎn)廠(chǎng)家、檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)監(jiān)造單位履職情況進(jìn)行反饋，各單位都擔(dān)心對(duì)方利用職權(quán)上傳不利于自身的信息。而區(qū)塊鏈具有去中心化特征，各主體對(duì)鏈上信息維護(hù)具有相同的權(quán)責(zé)，可共同參與石油物資質(zhì)控信息資源的分布式管理中，實(shí)現(xiàn)信息的公開(kāi)透明，消除彼此隔閡，也進(jìn)一步減小了“雙鏈”模式的底層區(qū)塊鏈架構(gòu)搭建推廣難度。

圖2 基于“雙鏈”模式的石油物資質(zhì)控體系底層架構(gòu)

2.2 區(qū)塊鏈上交易實(shí)現(xiàn)機(jī)制的可行性

質(zhì)量管理部門(mén)、生產(chǎn)廠(chǎng)家、監(jiān)造單位和檢測(cè)機(jī)構(gòu)在區(qū)塊鏈上設(shè)立分布式節(jié)點(diǎn)，可按照區(qū)塊的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)達(dá)成共識(shí)，進(jìn)而形成可存儲(chǔ)質(zhì)控信息并不斷延伸的鏈條，具有不可篡改性、高隱私性、高容錯(cuò)性等特點(diǎn)。

（1）不可篡改性。區(qū)塊鏈包含有隨機(jī)數(shù)、時(shí)間戳、哈希（Hash）值、Merkle 根等信息［12］，不同且孤立的區(qū)塊通過(guò)Hash 值串聯(lián)起來(lái)組成一條不穩(wěn)定且有序的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)［13］。隨著技術(shù)的發(fā)展，Bayer 等［14］、Haber 等［15-16］學(xué)者還通過(guò)密碼學(xué)算法實(shí)現(xiàn)了區(qū)塊間的快速鏈接。若有人對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，勢(shì)必會(huì)造成區(qū)塊Hash 值的改變［17］，從而導(dǎo)致整條鏈的崩潰，鏈條的不穩(wěn)定性恰恰可以讓任何的修改痕跡顯形。以往處理石油物資質(zhì)量事故時(shí)，經(jīng)常發(fā)生生產(chǎn)廠(chǎng)家、監(jiān)造單位和檢測(cè)機(jī)構(gòu)質(zhì)疑彼此提供的資料、數(shù)據(jù)，認(rèn)為對(duì)方出于自?；蚰承┰蛐薷牧藬?shù)據(jù)，而區(qū)塊鏈的不可篡改性剛好可以解決這個(gè)問(wèn)題。

（2）高隱私性。區(qū)塊鏈通常是通過(guò)不斷新生成隨機(jī)地址、環(huán)簽名技術(shù)等方法防止入侵者對(duì)用戶(hù)的交易行為進(jìn)行分析破解，避免對(duì)用戶(hù)進(jìn)行畫(huà)像，進(jìn)而隱藏用戶(hù)的個(gè)人信息，實(shí)現(xiàn)身份隱匿，如Liao等［18］、Bonneau 等［19］、Rivest 等［20］、Bergan 等［21］的研究，以及Monero［22］、Boolberry［23］、Bytecoin［24］等的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。用戶(hù)特別是監(jiān)造單位人員上傳監(jiān)督情況信息時(shí)，區(qū)塊鏈可隱藏保護(hù)用戶(hù)信息，生產(chǎn)廠(chǎng)家與檢測(cè)機(jī)構(gòu)無(wú)法得知具體操作人員，減少了后期生產(chǎn)廠(chǎng)家與檢測(cè)機(jī)構(gòu)介入監(jiān)督環(huán)節(jié)的可能性。

（3）高容錯(cuò)性。區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)依靠共識(shí)算法保證節(jié)點(diǎn)的信息優(yōu)勢(shì)一致，鏈上節(jié)點(diǎn)共同參與共識(shí)，任意節(jié)點(diǎn)都允許隨時(shí)加入或離開(kāi)，且都不會(huì)對(duì)區(qū)塊鏈的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，區(qū)塊鏈對(duì)單點(diǎn)故障具有較高的抵抗力。在“雙鏈”模式石油物資多級(jí)質(zhì)控體系建立后，質(zhì)量管理部門(mén)可以定期考核各單位參與節(jié)點(diǎn)，剔除運(yùn)行不穩(wěn)或故障頻發(fā)的節(jié)點(diǎn)，保證鏈上參與節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定可靠。另外在后期系統(tǒng)推廣期，新加入單位可以設(shè)置節(jié)點(diǎn)輕松接入“雙鏈”中，對(duì)新用戶(hù)具有較高的友好性，投入成本低，也有益于后期推廣。

針對(duì)石油物資質(zhì)量控制各參與主體間存在的多重復(fù)雜交易問(wèn)題，可借助區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化信任機(jī)制實(shí)現(xiàn)真實(shí)記賬和交易校驗(yàn)，并降低或消除質(zhì)量管理部門(mén)、生產(chǎn)廠(chǎng)家、監(jiān)造單位和檢測(cè)機(jī)構(gòu)間因缺乏信任導(dǎo)致的機(jī)會(huì)成本。由此可知，各參與主體在區(qū)塊鏈上的交易是可以實(shí)現(xiàn)的，如圖3 所示。

圖3 交易行為在區(qū)塊鏈上的實(shí)現(xiàn)機(jī)制

2.3 智能合約的可行性

石油物資質(zhì)控管理存在多方參與主體，涉及領(lǐng)域多且事務(wù)繁雜，而區(qū)塊鏈具有一個(gè)完備的狀態(tài)機(jī)，結(jié)合事件處理和保存機(jī)制，可及時(shí)處理鏈上多種智能合約，完成事務(wù)事件保存和狀態(tài)處理的銜接。有關(guān)石油物質(zhì)質(zhì)控信息上傳至智能合約后，管理者可修改合約信息庫(kù)中的資源狀態(tài)，更新?tīng)顟B(tài)機(jī)對(duì)智能合約的判斷機(jī)制，通過(guò)一系列的智能合約實(shí)現(xiàn)對(duì)石油物資質(zhì)控信息的自動(dòng)處理，還能避免干擾因素影響合約正常執(zhí)行，兼顧成本效率優(yōu)勢(shì)?？梢?jiàn)，區(qū)塊鏈的智能合約技術(shù)可以很好地應(yīng)用在石油物資質(zhì)控管理上，如圖4 所示。

圖4 智能合約自動(dòng)處理石油物資質(zhì)控信息的過(guò)程

3 “雙鏈”模式下石油物資多級(jí)質(zhì)控體系的信息共享

3.1 角色權(quán)限分配

針對(duì)現(xiàn)階段石油物資質(zhì)控體系中不同角色/單位之間生產(chǎn)信息無(wú)法共享、質(zhì)量問(wèn)題追溯效率低下的問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于“雙鏈”模式的石油物資多級(jí)質(zhì)控體系（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“多級(jí)質(zhì)控體系”），如圖5 所示，通過(guò)建立多層級(jí)的私有鏈（側(cè)鏈）共享模型，降低聯(lián)盟鏈（主鏈）的數(shù)據(jù)吞吐量，提高生產(chǎn)信息的共享效率。對(duì)負(fù)責(zé)質(zhì)量控制的管理部門(mén)而言，產(chǎn)品原材料信息、監(jiān)造報(bào)告、關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)涉及的生產(chǎn)環(huán)節(jié)證明資料、腐蝕和抗壓試驗(yàn)結(jié)果等是重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容，因此考慮將生產(chǎn)、監(jiān)造、檢測(cè)的關(guān)鍵質(zhì)控信息流存儲(chǔ)在主鏈上，用于產(chǎn)品過(guò)程信息共享和質(zhì)量問(wèn)題的追溯；生產(chǎn)廠(chǎng)家、監(jiān)造單位和檢測(cè)機(jī)構(gòu)各自的側(cè)鏈則用于收集和存儲(chǔ)各單位履職的過(guò)程信息，再通過(guò)哈希指針與主鏈相連，同時(shí)通過(guò)每一層級(jí)側(cè)鏈之間的數(shù)據(jù)交換，完成關(guān)鍵信息從各個(gè)單位上傳至主鏈。

圖5 基于“雙鏈”模式的石油物資多級(jí)質(zhì)控體系數(shù)據(jù)共享模型

在生產(chǎn)廠(chǎng)家私有鏈中，設(shè)置有操作節(jié)點(diǎn)（PC）和三級(jí)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)（P3）。操作節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)生產(chǎn)廠(chǎng)家自身的當(dāng)天生產(chǎn)信息、日常管理情況的錄入和上傳；驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)鏈中需上傳至監(jiān)造單位私有鏈的信息進(jìn)行審核背書(shū)，并兼有操作節(jié)點(diǎn)的功能。操作節(jié)點(diǎn)上傳的日常生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)在生產(chǎn)廠(chǎng)家私有鏈中儲(chǔ)存，僅向監(jiān)造單位私有鏈上傳生產(chǎn)的摘要信息。與生產(chǎn)廠(chǎng)家不同，檢測(cè)機(jī)構(gòu)僅在資質(zhì)審查、產(chǎn)品抽樣、最終檢測(cè)報(bào)告審核環(huán)節(jié)接受監(jiān)造單位的監(jiān)督，期間的試驗(yàn)過(guò)程可以不受其監(jiān)管。為保證信息的可追溯性，在檢測(cè)機(jī)構(gòu)私有鏈中設(shè)置操作節(jié)點(diǎn)（PC）、二級(jí)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)（P2）及一級(jí)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)（P1）。操作節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)在私有鏈中錄入從檢測(cè)機(jī)構(gòu)資質(zhì)審查到檢測(cè)報(bào)告全過(guò)程的信息；二級(jí)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)審核需要上傳至檢測(cè)機(jī)構(gòu)私有鏈及監(jiān)造單位私有鏈的信息，檢測(cè)單位可進(jìn)一步篩選出試驗(yàn)過(guò)程重要信息，再通過(guò)一級(jí)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)背書(shū)直接傳至聯(lián)盟鏈。與檢測(cè)機(jī)構(gòu)類(lèi)似，在監(jiān)造單位私有鏈中設(shè)置操作節(jié)點(diǎn)、二級(jí)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)和一級(jí)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)。不同生產(chǎn)廠(chǎng)家及檢測(cè)機(jī)構(gòu)上傳的履職過(guò)程信息都匯集到該側(cè)鏈中，監(jiān)造單位結(jié)合自身監(jiān)造過(guò)程記錄的信息，通過(guò)二級(jí)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)對(duì)生產(chǎn)廠(chǎng)家、檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及監(jiān)造單位內(nèi)部的運(yùn)作和管理信息進(jìn)行審核和背書(shū)，梳理整合各單位主要的生產(chǎn)情報(bào)信息，通過(guò)一級(jí)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)上傳至聯(lián)盟鏈。

在聯(lián)盟鏈中，設(shè)置有主驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)（P0）。經(jīng)私有鏈逐級(jí)傳遞的數(shù)據(jù)通過(guò)主驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)的最終審核上傳至聯(lián)盟鏈。除驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)具有的功能以外，聯(lián)盟鏈中主驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)還負(fù)責(zé)對(duì)私有鏈中驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)的身份進(jìn)行審核授權(quán)，通過(guò)智能合約賦予私有鏈中各節(jié)點(diǎn)的權(quán)限，驗(yàn)證通過(guò)的節(jié)點(diǎn)可以在聯(lián)盟鏈瀏覽、下載以及分析相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程信息。聯(lián)盟鏈的主驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)由質(zhì)控管理部門(mén)、采購(gòu)單位、業(yè)主單位構(gòu)成，整個(gè)聯(lián)盟鏈的日常維護(hù)工作也由主節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)完成。

區(qū)塊鏈?zhǔn)怯啥鄠€(gè)區(qū)塊按一定順序鏈接構(gòu)成，每個(gè)區(qū)塊作為數(shù)據(jù)的載體，承載了各類(lèi)生產(chǎn)信息，雖然區(qū)塊鏈可以防止數(shù)據(jù)篡改，但無(wú)法判斷初始數(shù)據(jù)的真實(shí)性，即無(wú)法防止生產(chǎn)廠(chǎng)家偽造原材料、生產(chǎn)過(guò)程、廠(chǎng)家內(nèi)部檢測(cè)等信息，因此通過(guò)多級(jí)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)對(duì)上傳資料信息進(jìn)行審核確認(rèn)，確保信息的真實(shí)性。

3.2 信息結(jié)構(gòu)

對(duì)于某石油物資，生產(chǎn)廠(chǎng)家所生成的生產(chǎn)制造信息包括但不限于產(chǎn)品名、產(chǎn)品編號(hào)、制造過(guò)程信息、自檢信息、負(fù)責(zé)人簽名及生產(chǎn)制造信息的Hash 值；檢測(cè)單位所生成的檢測(cè)信息包括但不限于抽樣時(shí)間、檢測(cè)項(xiàng)目、依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)結(jié)論、負(fù)責(zé)人簽名及檢測(cè)信息的Hash 值；監(jiān)造單位所生成的監(jiān)造信息包括但不限于監(jiān)造單位對(duì)生產(chǎn)廠(chǎng)家和檢測(cè)機(jī)構(gòu)提供信息的驗(yàn)證、監(jiān)造履職情況、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、負(fù)責(zé)人簽名及監(jiān)造信息的Hash 值。為了保證數(shù)據(jù)的可靠，上述3類(lèi)信息還要交由質(zhì)量管理部門(mén)進(jìn)行最終審核，審核無(wú)誤后得到審核人員簽名及審核意見(jiàn)，最終生產(chǎn)制造信息、檢測(cè)信息、監(jiān)造信息、審核信息構(gòu)成該質(zhì)控體系中的一筆完整交易。如果數(shù)據(jù)被惡意篡改，可以利用Hash 函數(shù)強(qiáng)敏感性以及區(qū)塊鏈易崩潰的特性迅速發(fā)現(xiàn)，各單位相關(guān)負(fù)責(zé)人可以通過(guò)快速簽名的方式阻止產(chǎn)品的繼續(xù)生產(chǎn)或發(fā)放。

3.3 信息的上傳與共享

石油物資多級(jí)質(zhì)控體系架構(gòu)由石油物資信息共享平臺(tái)、多級(jí)質(zhì)控體系聯(lián)盟鏈和各單位私有鏈3 個(gè)部分構(gòu)成。各級(jí)單位的本地操作平臺(tái)的應(yīng)用程序接口（API）向石油物資信息共享平臺(tái)提供質(zhì)控所需的產(chǎn)品制造過(guò)程原始數(shù)據(jù)，原始信息通過(guò)共享平臺(tái)上傳至私有鏈，這些單位之間的私有鏈關(guān)鍵信息驗(yàn)證后打包上傳至聯(lián)盟鏈。

用戶(hù)在本地平臺(tái)上發(fā)起交易，經(jīng)共享平臺(tái)處理后，由對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)向私有鏈網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請(qǐng)求，經(jīng)過(guò)背書(shū)、排序后生成一定順序的多個(gè)區(qū)塊進(jìn)行記賬。如圖6 所示，生產(chǎn)信息上傳至私有鏈之后，交易節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)起交易申請(qǐng)，之后交易節(jié)點(diǎn)進(jìn)入“休眠”。而背書(shū)節(jié)點(diǎn)在接收請(qǐng)求之后，將執(zhí)行模擬執(zhí)行交易的動(dòng)作，驗(yàn)證信息的合法性，如請(qǐng)求驗(yàn)證格式正確性、簽名有效性、請(qǐng)求發(fā)起者的讀寫(xiě)權(quán)限、請(qǐng)求次數(shù)等。驗(yàn)證合法性后，背書(shū)節(jié)點(diǎn)按照智能合約初始化時(shí)設(shè)置的背書(shū)策略生成讀寫(xiě)集并簽名，之后將智能合約運(yùn)行結(jié)果反饋給交易節(jié)點(diǎn)，在獲取到背書(shū)節(jié)點(diǎn)的反饋后，交易節(jié)點(diǎn)被激活，對(duì)來(lái)自背書(shū)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行簽名驗(yàn)證后開(kāi)始執(zhí)行正式交易，提交包含背書(shū)和執(zhí)行的結(jié)果至排序節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)經(jīng)排序節(jié)點(diǎn)排序后被打包生成區(qū)塊，并將區(qū)塊信息告知給主節(jié)點(diǎn)。主節(jié)點(diǎn)把共識(shí)后的信息廣播到本地超級(jí)賬本網(wǎng)絡(luò)中，而記賬節(jié)點(diǎn)主要用于維持本地賬本的數(shù)據(jù)完整，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在私有鏈上的存儲(chǔ)，每條私有鏈又可以將主要信息上傳至聯(lián)盟鏈，完成“雙鏈”模式下石油物資生產(chǎn)信息的上傳、共享。為了降低成本，本體系中的背書(shū)節(jié)點(diǎn)不進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置，而是通過(guò)記賬節(jié)點(diǎn)共享而來(lái)，當(dāng)?shù)玫浇灰渍?qǐng)求時(shí)，事先設(shè)定的智能合約被觸發(fā)，只有被智能合約指定的記賬節(jié)點(diǎn)才能進(jìn)行背書(shū)，完成背書(shū)行為后便又恢復(fù)成普通的記賬節(jié)點(diǎn)。

圖6 石油物資多級(jí)質(zhì)控體系的私有鏈數(shù)據(jù)儲(chǔ)存原理

4 多級(jí)質(zhì)控體系的質(zhì)量問(wèn)題追溯

私有鏈中數(shù)據(jù)量大，為提高工作效率，沒(méi)有必要在聯(lián)盟鏈中保存全部信息，只儲(chǔ)存主要的信息數(shù)據(jù)，但是依靠這些摘要信息可能無(wú)法完全滿(mǎn)足質(zhì)量問(wèn)題的追溯需要。為解決該問(wèn)題，除以上提到的主要制造過(guò)程信息外，將各單位私有鏈中每個(gè)區(qū)塊的區(qū)塊頭Hash 值也儲(chǔ)存在聯(lián)盟鏈中，當(dāng)區(qū)塊頭Hash值經(jīng)各級(jí)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)審核通過(guò)后，聯(lián)盟鏈中記賬節(jié)點(diǎn)將其儲(chǔ)存下來(lái)。這樣不僅能夠保證了傳輸共享的效率，同時(shí)借助Hash 函數(shù)與哈希樹(shù)（Hash tree）的特性，追溯過(guò)程中所需要的信息能夠?qū)崿F(xiàn)“一對(duì)一”地快速定位，不會(huì)發(fā)生信息定位偏差的情況。如圖7 所示，聯(lián)盟鏈中區(qū)塊的區(qū)塊頭包括前一級(jí)當(dāng)前區(qū)塊Hash 值、默克爾根（Merkle root）、時(shí)間戳等數(shù)據(jù)，區(qū)塊體僅儲(chǔ)存私有鏈中用于定位的頭部Hash 值。

圖7 “一對(duì)一”快速定位方式下的聯(lián)盟鏈與私有鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的石油物資質(zhì)量問(wèn)題追溯仍?xún)A向于“人對(duì)人”，要求生產(chǎn)廠(chǎng)家、監(jiān)造單位、檢測(cè)單位相關(guān)負(fù)責(zé)人提供資料，即使不談資料的可靠性、真實(shí)性，人員收集資料往往需要一天乃至數(shù)天時(shí)間，且由于人員業(yè)務(wù)能力參差不齊，提供的資料可能出現(xiàn)錯(cuò)誤、遺漏等情況。相比于傳統(tǒng)質(zhì)量問(wèn)題追溯方式，多級(jí)質(zhì)控體系在效率、便捷性等方面有了極大提升，在出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題后，管理部門(mén)可以快速調(diào)取儲(chǔ)存在聯(lián)盟鏈上的本地?cái)?shù)據(jù)，節(jié)約了大量查找資料的時(shí)間，且數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性得到了保證。若依靠?jī)?chǔ)存在聯(lián)盟鏈上主要生產(chǎn)制造信息無(wú)法還原整個(gè)質(zhì)量事故，便可以依靠存有的私有鏈中的區(qū)塊頭Hash 值，定位抓取生產(chǎn)廠(chǎng)家、監(jiān)造單位、檢測(cè)單位私有鏈中記錄的相關(guān)信息，幫助完成質(zhì)量問(wèn)題的追溯，對(duì)相關(guān)單位實(shí)施追責(zé)（見(jiàn)圖8）。

圖8 石油物資多級(jí)質(zhì)控體系下的質(zhì)量問(wèn)題追溯雙線(xiàn)路

5 結(jié)論與展望

5.1 研究結(jié)論

我國(guó)石油物資生產(chǎn)需求周期不固定且技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)個(gè)性化突出，廠(chǎng)家無(wú)法事先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，同時(shí)生產(chǎn)過(guò)程涉及多單位參與，存在多方參與協(xié)通、生產(chǎn)過(guò)程動(dòng)態(tài)變化、信息量龐大等復(fù)雜性特點(diǎn)，因此，保證生產(chǎn)信息的真實(shí)性、可追溯性以及共享的實(shí)時(shí)性是建立以區(qū)塊鏈為基礎(chǔ)的質(zhì)控體系關(guān)鍵支撐點(diǎn)。本研究設(shè)計(jì)的基于“雙鏈”模式多級(jí)質(zhì)控體系主要有以下作用：

（1）信息上傳和審核。操作節(jié)點(diǎn)是私有鏈所有關(guān)于生產(chǎn)制造過(guò)程的信息源頭，通過(guò)石油物資信息共享平臺(tái)收集相關(guān)信息，并提出上傳至私有鏈的申請(qǐng)，對(duì)應(yīng)私有鏈的驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)對(duì)信息的可靠性和來(lái)源進(jìn)行審核與背書(shū)。值得注意的是，各單位日常性、程序性的信息保存在私有鏈上，重要的生產(chǎn)信息則上傳至聯(lián)盟鏈。

（2）鏈上信息共享。聯(lián)盟鏈及私有鏈在存儲(chǔ)各操作節(jié)點(diǎn)的上傳信息后，再對(duì)網(wǎng)絡(luò)中有信息獲取權(quán)限的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行廣播，現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，任一取得權(quán)限的節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)石油物資信息共享平臺(tái)查詢(xún)到對(duì)應(yīng)的摘要信息。（3）質(zhì)量問(wèn)題追溯。管理部門(mén)可以快速調(diào)取儲(chǔ)存在聯(lián)盟鏈上的本地?cái)?shù)據(jù)，還可以依靠存儲(chǔ)在私有鏈中的區(qū)塊頭Hash 值，“一對(duì)一”地快速定位到儲(chǔ)存在私有鏈中的信息記錄，由于鏈上的每項(xiàng)信息都與Merkle tree 關(guān)聯(lián)綁定，管理部門(mén)可以驗(yàn)證溯源信息是否有被篡改。此外，由于區(qū)塊鏈技術(shù)無(wú)法避免人為的信息作假，因此在質(zhì)控體系中引入了第三方監(jiān)造單位的驗(yàn)證審核，大幅度提高了生產(chǎn)廠(chǎng)家的作假門(mén)檻；同時(shí)，利用區(qū)塊鏈的不可篡改性，質(zhì)量管理部門(mén)可以將實(shí)際生產(chǎn)情況真實(shí)還原，從深層次而言是幫助用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)到更優(yōu)質(zhì)可靠的產(chǎn)品，避免因?yàn)楫a(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致油氣田的生產(chǎn)受到影響。

5.2 未來(lái)展望

區(qū)塊鏈技術(shù)在石油物資質(zhì)控領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)會(huì)打破原有質(zhì)控管理模式，不僅需要多個(gè)行業(yè)相關(guān)單位的支持，還需要對(duì)實(shí)施過(guò)程進(jìn)行更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C。未來(lái)區(qū)塊鏈技術(shù)在石油物資質(zhì)控體系中的研究應(yīng)用還可以從以下幾方面開(kāi)展：

（1）處理效率。雖然聯(lián)盟鏈與私有鏈結(jié)合的方式可以減輕區(qū)塊鏈的負(fù)擔(dān)、提高處理效率，但隨著加入廠(chǎng)家數(shù)量、數(shù)據(jù)吞吐量和處理量的不斷增加，系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的硬件與寬帶承載能力的要求越來(lái)越高，加之區(qū)塊大小、產(chǎn)生間隔和工作量證明機(jī)制等諸多因素都會(huì)拖累區(qū)塊鏈的工作效率。最初的區(qū)塊鏈只能處理大約7 個(gè)交易數(shù)（TPS）［25］，在2017 年年底，比特幣用戶(hù)想要立即完成交易必須額外支付大約28美元［26］。雖然目前區(qū)塊鏈的處理效率取得了巨大提升，如開(kāi)源項(xiàng)目量子鏈聲稱(chēng)，他們的企業(yè)版區(qū)塊鏈“QtumX”每秒處理超過(guò)10 000 個(gè)TPS［27］，但也只有在延遲足夠低的理想狀態(tài)下才能實(shí)現(xiàn)，與實(shí)際有較大出入。因此，探索出適合實(shí)際應(yīng)用的區(qū)塊鏈信息快速處理方法是我國(guó)石油物資質(zhì)量管理與區(qū)塊鏈結(jié)合面臨的重要難題。

（2）成本問(wèn)題。石油物資質(zhì)控管理方式與其他行業(yè)不同，涉及不同層面的單位/部門(mén)，屬于一種新興框架，開(kāi)發(fā)技術(shù)難度大，且缺乏成熟的應(yīng)用實(shí)例可以借鑒，而生產(chǎn)廠(chǎng)家、建造單位等在初期建設(shè)中難免會(huì)遇到各類(lèi)不同問(wèn)題，雖然可以解決，但無(wú)疑增加了試錯(cuò)成本。

（3）儲(chǔ)存容量。隨著越來(lái)越多廠(chǎng)家、監(jiān)造單位、檢測(cè)機(jī)構(gòu)的并入，多級(jí)質(zhì)控體系網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，無(wú)論是聯(lián)盟鏈還是私有鏈錄入的信息也會(huì)無(wú)限增長(zhǎng)，臃腫的信息占用量將對(duì)整個(gè)區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)吞吐造成沉重負(fù)擔(dān)，如同公路上行駛的車(chē)輛越來(lái)越多，對(duì)處理效率會(huì)有負(fù)面影響，同時(shí)也會(huì)消耗新用戶(hù)較多的同步時(shí)間。

（4）利益分配。區(qū)塊鏈對(duì)石油物資生產(chǎn)廠(chǎng)商、監(jiān)造單位、檢測(cè)單位而言是一片未踏足的領(lǐng)域，他們可能會(huì)在心理上產(chǎn)生排斥，因此，管理部門(mén)未來(lái)可以將區(qū)塊鏈技術(shù)納入對(duì)這些單位的考核方法中，對(duì)融合區(qū)塊鏈開(kāi)展質(zhì)量管理后的石油物資成本及收益協(xié)調(diào)等進(jìn)行分析研究，對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)推廣過(guò)程中表現(xiàn)良好的單位給予獎(jiǎng)勵(lì)，如滿(mǎn)足合規(guī)的前提下，在次年采購(gòu)計(jì)劃中體現(xiàn)一定傾向性或增加采購(gòu)的份額。