基于区块链技术的检测信息链建设研究

刘 清 ，朱敖兰

(1.中国西安卫星测控中心,陕西 西安710000；2.四川省眉山市彭山区食品药品检验检测中心,四川 眉山 620860）

1 概述

在社会经济活动中，各检测中心形成了各种独立信用体系[1,2]，支撑经济社会运作，在获取产品可信度信息时通常极度依赖于各检测中心的产品检测报告[3,4]，在社会活动中也会产生很多产品投诉举报处理记录，但这些信息通常被分别存储于不同的检测中心，难于实时查阅共享。同时，当市场选择检测中心，或者检测中心与检测从业人员之间双向选择时，需要获取检测职业操守记录信息，目前缺少便捷的权威查询平台。可以考虑把分布在各个检测中心的产品检测信息和投诉举报处理记录整合到一个信息系统中，便于信息共享和为社会提供高效查询服务。区块链是一种特殊的互联网技术，能解决数字经济的基础设施问题，可通过新的信任机制大幅拓展人类协作的广度和深度[5,6]，在分销渠道管理、去中间交易平台、跟踪评价、产品溯源、大数据采集共享等方面都会有很好的应用[7-11]。基于区块链技术，以各检测中心为区块构建统一的产品检测信息链，利于检测中心运行模式的优化改进，更好服务于社会生产和经济运作。

2 检测中心建设中面临的问题

随着社会的发展进步，信息技术不断应用于社会生产各领域，为适应社会发展形势需要，检测中心建设将面临更高的要求。如今，虽然检测中心形成了各种信用体系，有力支撑经济社会运作，但检测中心的建设和发展还存在以下问题。

2.1 数据孤岛

在传统检测中心运行模式中，检测数据资源都分别存储于各检测中心，从而形成诸多信息孤岛。当需要共享信息时，要么各检测中心发布和分发[3]，要么是检测中心之间定时批量交换[4]，难以达到实时共享，彼此信任通信方式的缺失也会降低共享信息的可信度。数据孤岛的存在会严重阻碍检测中心的信息高效共享。

2.2 信息安全

各检测中心分别存储检测数据的传统方式，虽然在绝大多数时候系统是安全的，但安全性值得考量。一旦系统瘫痪将会导致十分严重的后果；中心数据库被黑客攻破，将会有产品检测记录被非法窃取和篡改的风险。

2.3 投诉举报查询

在社会活动中，产品可能会面临投诉举报的调查取证和处理问题[3,4]。这些投诉举报相关处理信息与检测记录一起支撑起产品的社会信誉，也利于企业对产品进行优化改进。但当前缺少一个高效查询某一产品在全国各地的投诉举报及处理情况的平台。可考虑可将民众投诉举报记录信息纳入到产品检测记录体系，利于形成产品“生产-检测-消费-评价-优化”的闭环。

2.4 检测记录电子存证

在信息社会，数据成为重要的社会生产活动要素。随着越来越多的产品检测记录信息以电子数据的形式进行保存，由于数据的可篡改、可删除、可复制的特征，以及对电子设备依赖性，导致电子数据作为检测记录证据时，极易被单方面破坏和篡改，从而影响到对事实的判断，极大冲击了社会原本的诚信体系、权益证明体系和追责体系，使得对于产品检测记录电子存证建设的需求愈发突出。

2.5 检测职业操守记录

缺少查询各检测中心及检测人员职业操守的高效途径。在产品的社会活动过程中，企业、社会有查询了解检测中心及其从业人员职业操守的需要；同时，随着检测市场的发展，检测中心与检验职业技术人员之间也有相互了解和选择的需求。检测结果的准确性和科学性是衡量检测中心及其从业人员业务能力水平和职业道德操守的重要依据。可基于对检测结果的评价构建检测中心及其从业人员征信记录，作为市场选择的重要参考。

随着区块链技术的发展，其优越的特性可以较好地解决上述问题。

3 区块链技术简介

区块链是一个分散数据库，主要涉及分布式账本、非对称加密、共识机制、智能合约四大技术领域，可分为公有链、私有链和联盟链这三大类[5,6]。区块链中每个节点数据都被其他人记录，按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本，是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。区块链上的数据都可以被追踪和还原，构建了一种去中心化、不可篡改、安全可验证的数据库，建立一种新的信任体系，这种信任体系表现为开放性、防篡改性、匿名性、去中心化和可追溯性这五个特征。

区块链技术随着比特币出现后，主要经历了3个不同的阶段：一是区块链1.0，比特币视作为数位货币应用；二是区块链2.0，开始出现如智慧资产、智慧契约等货币以外的应用；三是区块链3.0，是更复杂的智慧契约，将区块链用于政府、医疗、科学、文化艺术等领域。

区块链技术能够保证所有数据完整性、永久性和不可更改性，可以让人类无低于限制的、以信任的方式进行大规模的合作[7-9]。区块链技术在公共服务、教育、慈善公益等领域逐渐得到推广应用[10]；且在金融、政务、贸易等各行业的应用更加深入，并催生出一些原生性的全新产品，基于这些应用，有关区块链应用场景的理论也正在逐步构建中。据公开资料显示，刚过去的2019年里世界各国共落地845个区块链项目，涵盖12大应用领域共计100多个应用场景[11]，产生了巨大的社会经济效益。

4 基于区块链技术的检测信息链模型设计

4.1 检测信息链构建

区块链可以分为区块和链，在某种程度上看来，它只是由一系列的串起来的区块构成的链条,数字信息被划分成块并链接在一起。区块链中记录具有唯一性和不可重复性[10,11]，可采取区块链的技术思想，基于企业产品在不同检测中心产生的检测活动记录，构建关于企业产品检测记录信息链。这样，每个产品检测和投诉举报记录都可通过自身编码标识进行历史信息查询，便于溯源和查询。

在检测信息链构建时，每个区块代表一个检测中心，各区块里有诸多产品检测记录，如图1所示。

图1 检测信息链示意图

每个区块都包含一个被称为散列(Hash)的东西，散列是一组字符，来自于区块中所包含的信息。比如代表西部检测中心的区块有大牛公司牛肉干、美丽庄园猕猴桃和红火公司大龙虾等产品的检测信息，所以西部检测中心的散列就可以表示成“DnrgMmhtHdlx”；代表东部检测中心的区块有实惠公司皮鞋、诚实公司背包和爱婴公司奶粉等产品的检测信息，所以东部检测中心的散列就可以表示成“SpxCbbAnf”，如图 2 所示。

图2 检测信息链散列示意图

每个连续的区块将包含前面区块的散列，它们就这样串在了一起，可防止产品检测数据篡改。比如：如果有人在西部检测中心区块里又加入了大黄公司西瓜（Dxg）检测信息，那原西部检测中心的散列就变成了“DnrgMmhtHdlxDxg”，东部检测中心及后续区块已经将散列存储为“DnrgMmhtHdlx”，这样就将导致西部检测中心区块中散列与东部检测中心及后续区块散列的不匹配，从而破坏破坏链条。因此，可通过散列构造使得任何篡改活动都将会留下痕迹并被发现，实现确保记录不被篡改的目的。

4.2 检测链信息共享机制

区块链可以分为区块和链，是由一系列的串起来的区块构成的链条，数字信息被划分成块并链接在一起，区块链因其上的数据无法篡改而被作为其中一种较为可行的手段使用[12]，通过创造信任来创造价值，使得离散程度高、管理链条长、涉及环节多的多方主体能够有效合作，从而提高协同效率、降低沟通成本[13,14]。

区块链本身就是需要保持各个节点的数据一致性的[15,16]，可以说是自带信息共享功能；实时的问题通过区块链的P2P技术可实现；利用区块链的不可篡改和共识机制，可构建其一条安全可靠的信息共享通道。区块链在信息共享方面主要有精、准、快等优势。精，是指各方平等，多方核实，无法篡改，自主可控；准，是指查询信息在各检测中心共享，无须重复提交；快，是指信息实时更新，找回状态妙计同步。基于区块链技术构建产品检测信息链将比传统方式提高更加高效的信息共享，如图3所示。

图3 检测链信息共享示意图

利用区块链分布式的技术特点，整合各检测中心的信息资源平台，使之形成一个以检测中心为“区块”的检测信息链条。检测中心的所有节点上区块链后，产品从抽样到检测报告查询都有迹可循，可形成完整的信息链条，打通各检测中心之间的 “数据壁垒”，破除“数据孤岛”难题，实现数据信息共享，提升调取查询的效率。区块链开放、透明特性，保障数据信息可公开查询，伪造数据将会被发现，可以有效缓解信息不对称问题，十分使用于检测信息链的建设和发展。

通过区块链技术可对产品检测报告进行鉴权，证明产品、检测中心、检测技术人员和检测报告之间的相互联系，保证权属的真实性和唯一性。区块链为检测活动打上“身份证”，可交叉认证检测信息链上产品在各检测中心检测活动和投诉举报处理记录；去中心化、不可篡改、可追溯等特征，可以保障随时查看产品在各检测中心的检测记录和市场评价情况。产品及其检测记录检测活动在区块链上被确权后，将被检测链实时分布式记录，实现全生命周期管理和查询取证提。在区块链技术环境下，每一次检测活动都会产生不可逆的记录，利于追踪查询。

4.3 基于区块链的检测信息链系统架构设计

区块链因数据不可篡改、可追溯特征可提高数据真实性和可信度[17,18]，十分适用与产品检测信息链的建设。一是产品检测数据信息的安全需要。传统电子检测数据存储和传输使用过程中容易导致受损或篡改[19]。基于区块链存储检测数据，利用时间戳和不对称加密技术保障数据真实性和安全性。二是产品检测信息和投诉举报查询效率的需要。区块链以分布式存储为基础[20,21]，允许各检测中心节点间实现产品检测信息的互通互联，打破数据孤岛的限制，提高协作效率，也便于民众和企业的查询。

技术方案的主要逻辑是：电子证据生成时被赋予时间戳，电子证据存储固定时通过比对哈希值来验证数据完整性，在传输过程中采用不对称加密技术对电子证据进行加密保障传输安全，充分保障了证据真实性和安全性；规范产品检测数据存证格式、保障数据安全和数据追溯，通过各检测中心区块节点参与共识，实现产品检测信息和投书举报记录的真实性认定。

基于区块链的检测信息链系统架构主要分为4个层级和2个管理模块。4个层级从下至上依次是基础层、核心层、服务层和应用层；2个管理模块包括节点管理和运营管理，如图4所示。

应用层为检测中心、企业、社会民众提供相关服务功能。各检测中心将产品抽样、检测过程和结果等记录信息存贮在检测信息链中，可以实现跨检测中心的信息共享，查询其他检测中心相关产品的检测和投诉举报情况；企业可通过互联网接入方式，便捷的查处自己产品的相关检测记录和投诉举报情况，以便于产品的闭环优化改进；社会民众通过互联网接入方式，便捷的查询自己感兴趣产品在全国各检测中心的检测记录情况和社会投入举报情况选择适合自己的产品，便于促进消费的发展。同时，在检测信息链中，还可查询各检测中心及相关检测人员的职业操守记录，由于基于区块链的检测信息链中检测记录具备不可篡改的特性，检测中心及检测操作人员的每次检测活动都将被检测信息链记录下来，并以此为依据形成检测检测职业操守记录，便于企业、检测中心、检测职业人员和社会民众之间的相互信任和选择。

服务层主要提供区块链存证、信息审计、记录固化、查询追溯等服务。通过将检测记录、投诉举报等数据信息的Hash信息存储在全国各地检测中心构成的分布式账本中，以便支持检测记录和投诉举报的存证、示证和质证。

核心层是构成区块链存证系统的核心技术层，涵盖了区块链的全部重要的功能模块和组件，包括数字签名、密码算法、隐私保护、时间戳、共识算法、智能合约等技术。

基础层利用当今IT领域的最新自主可控研究成果，基于云计算技术层提供灵活和弹性的计算、存储和网络资源。

5 问题讨论与分析

区块链技术的理论基础、应用场景、技术安全、标准监管等还有待进一步完善。区块链作为一种新兴技术应用于检测中心之间构建检测信息链仍有以下问题无法回避，需要进一步讨论与分析。

5.1 检测节点可信度问题

检测信息链中的上链数据由各检测中心提供，虽根据共识机制信息会自动上链，而非人工处理后主动上报，但仍存在虚假数据、人为错误数据等隐患。区块链最终是解决“技术可信”而非“世界可信”[22,23]，一旦甄别出虚假数据，整个区块链需要整体更新，从而影响区块链的工作效率。为解决这一问题，可采取基于物联网在各环节自动采集数据的方式，从而避免人为因素对原始数据的干扰。

5.2 应用系统开发问题

区块链技术要求数据一旦上链不可更改，应用系统中的数据变更、后台修改等都不被允许。产品检测信息链网络中将会链接诸多应用主体，传统IT架构模式下各应用主体使用独立的应用系统，应用主体可以自主决定哪些数据可以交换，交换前是否做哪些处理，甚至交换后仍可重新交换覆盖前面的数据。应用区块链架构后，将对原有应用系统的开发、日常使用、维护等都是新的挑战。

5.3 跨链信息共享问题

随着发展的需要会面临更多信息共享的需求，相对独立的现有产品检测信息链网络与其他区块链网络之间的互联互通问题不可避免。不同区块链由于链结构、共识机制、智能合约等底层技术的不同，跨链协作的难度巨大，可通过引入第三方中介基于公证人、侧链中继、哈希锁定等技术机制实现，但还有待进一步突破，在当前情况下还无法应用于产品检测链体系中。

5.4 存储资源额外消耗问题

检测链中数据信息的增加会逐渐消耗大量额外存储资源。比如，要覆盖1000个检测中心，理论上检测链应该建立1000个节点，当某一检测中心产生了一项产品检测记录时，在传统运行体系中只改变一个检测中心的存储信息，但现在需要1000次信息修改和存储，存储空间、存储时间、能源消费将提升1000倍，导致巨大的额外存储资源消耗。

5.5 去中心化的相对性问题

在检测信息链中，只要每个检测中心都记录所有数据，那每个检测中心都可能成为一个中心，所以在某种程度上可将区块链“去中心化”理解为“多中心化”。同时，制定检测链规则和维护检测链运行的“群主”可能就扮演了中心的角色，在一定程度上“去中心化”可演变为“去化别人的、传统的中心，而确立自己为中心”。

6 结束语

本文基于区块链技术构建了产品检测信息链原型系统，首先，分析当前检测中心建设面临问题和调研区块链技术及应用情况；然后，探讨了检测信息链的构建模型和共享机制，为解决产品检测信息及投诉举报查询共享、数字检测版权保护和检测职业操守记录等问题，基于区块链的技术使用，以云计算环境为基础，分析了检测信息链的技术方案逻辑，设计了检测信息链的系统架构；最后结合区块链的技术特点和远景发展，分析了本文设计产品检测信息链将来可能面临的5大问题。本文设计的产品检测信息链系统能够实现产品检测信息、投诉举报记录和检测职业操守的共享和互通，并保证信息存储和传输的安全可靠，防止信息孤岛和恶意篡改，为产品生产企业、消费者、市场监管部门提供了可信的产品检测链信息来源，同时也为检测中心及其从业人员职业操守评估提供了完备的数据基础。