区块链在高校仪器设备智能化管理中的应用

李 娜， 蒋林华

（华侨大学工商管理学院，福建泉州362021）

0 引 言

随着高校的不断发展，各类仪器设备的采购数量越来越多，而多个学院或研究中心采购的仪器设备不断积压在申购、论证或者审批、验收阶段，包括后期使用状况、维修维护甚至资产处置，资产管理员无法清楚地掌握整个过程。现有的高校资产从数量上积累了大量的贵重仪器设备分布在各学院和研究中心，并且还有很多仪器设备对校外共享，因此建立一个公开透明的仪器设备实时动态信息很有必要。传统资产状态从申购、采购到最后的资产处置都是手动模式，资产管理员要查询某个设备处于何种状态就必须打电话咨询或按流程查询，这种模式容易发生信息不透明、相互推诿，甚至管理秩序混乱、工作效率不高等一系列问题。

区块链技术已经改变了金融业，在过去10 年中创造了一个新的加密经济，并且有潜力影响更多行业，包括物联网［1］。物联网利用大数据和云计算等颠覆性技术来克服其概念的局限性，区块链将是下一个颠覆性技术之一，其在不需要权威的分布式环境中建立信任是一项技术进步，将改变共享信息的方式［2］。区块链是一种非常实用的技术，可以用于解决物联网中提到的安全和隐私等问题，因为它的主要功能包括分布式存储、匿名和不可篡改的信息安全性［3］。探讨区块链特有的分布式存储、透明管理、产品追溯等技术特点与高校资产管理相结合，能够显著提高资产管理员和监管部门的工作效率，全方位掌握仪器设备资产状态，使传统设备的管理变得透明和智能化。

在物联网共享信息化的时代背景下，通过阐述分析校园仪器设备管理信息化发展过程存在的一系列问题，包括仪器设备的信息共享、使用的简化以及设备状态的查询等问题，来探索如何运用区块链技术在实际操作层面，升级资产管理的信息化水平，以期不断提升校园资源的使用效率，从而完善校园仪器设备的智能化管理模式。

1 高校仪器设备管理现状

高校仪器设备的管理涵盖了是对其整个生命周期的管理与追踪，总体上分为3 个阶段：即资产采购阶段、资产使用阶段和资产处置阶段，对于不同的资产管理员，每个阶段互不透明［4］。目前资产管理模式过程烦琐，容易造成仪器设备管理滞后、处理过程时间长，如何科学有效、更快速管理好仪器设备生命周期，提高资产管理人员工作效率，建立公开透明的仪器设备使用机制，并有效做好风险控制成为高校资产管理员需要解决的重要问题［5］。

（1）资产采购阶段。高校资产采购依然有整套流程，学院及科研机构填报仪器设备立项申请书—仪器论证报告—设备处论证—领导签字—招标采购，这套流程牵涉到多个部门和不同领导参加或签字。申购单位提交纸质的采购申请计划书到相关单位，一直到采购招标，资产管理员都不能实时掌握过程状态［6］。如果发生审批不过关，或者缺乏某个材料等情况，单位采购员无法及时获知，造成采购流程处理停滞，降低了工作效率［7］。

（2）资产使用阶段。目前高校大型仪器平台要求对外共享，存在大型仪器设备多方使用、管理，仪器使用报告无法形成统一管理，仪器维修维护不透明，管理失误无法追责等缺点［8］，这种传统管理模式已不能满足仪器设备管理的现状，不能形成仪器设备开放共享、公开透明的管理机制。高校资产管理委员会对资产清查时，时常出现账物不符，以次充好等情况，甚至出现私自出售国有资产，这种管理过程不透明的问题就会对管理员与资产管理部门产生信任危机。

（3）资产处置阶段。高校国有资产处置有着严格的规范要求，整个过程涉及所处置资产评估、资产盘亏、毁坏等处置行为。学院实验设备和科研仪器设备管理员需要提出资产处置申请—单位审核—报资产管理处—资产处置论证—报省财政厅审核、批复—资产处置。整个资产处置过程都是提交纸质材料，资产管理员全程处于“瞎眼”状态，完全不知道流程处于何种阶段，这其中任何一个环节出现问题都得重新填写申请书，补充相关材料。高端精密仪器设备处置过程对于资产评估小组人的能力和素质有更高的要求，处置过程形成的仪器剩余价值报告和后续的安排日程表对于资产管理员来说就特别重要［9］。

2 区块链技术

区块链技术是当前信息社会发展的一个重要技术革命，是互联网应用发展的一个重要里程碑［10］。它是由多个独立节点共同记录数据信息的分散式账本技术，其特点是不易篡改、高透明性、可塑性强，它提供了一种安全、稳定、透明且高效的信息记录及信息交流模式［11］。区块链的透明性包括架构公开透明和数据公开透明，用户可以通过信息共享请求来获得信息，也可以通过区块高度来查询某个区块内包括的交易数据。区块链把数据分成不同的区块，通过时间记录机制将数据信息以区块形式存储，并对其加上时间标记。每个区块的时间标记将其前一个时间标记纳入哈希值中，每一个随后的时间标记都能对之前的时间标记进行增强，区块之间都会由上一区块的哈希值链接形成一个链条，形成追溯机制，保证所有存储在区块链上的资料都是可被确认与追踪的。

区块链主要的关键技术包括P2P网络、加密技术和共识机制。区块链采用P2P网络实现去中心化，节点之间直接交换信息，发生交易时，通过节点之间大量的计算建立信任，多个节点共同确认而达成交易，省去了中心权威机构，有效解决了交易双方的信任问题。在区块链中主要应用非对称加密算法，主要应用场景包括数字签名、信息加密和登录认证等［12］。区块链的共识机制节点之间达成一致所使用的方法，主要包括工作量证明（POW）、权益证明（POS）、股份授权证明（DPOS）和pool验证池。区块链通过完整透明地更新信息，来保证交易双方的信任，所有交易的可追溯。

区块链的结构如图1 所示，区块链的概念与链表的概念非常相似，每个区块都通过指针链接到下一个区块。每个区块由一个块头和一个数据块组成，数据块通常用于存储区块链用户之间的交易列表，而头段用于传递与区块相关的有用信息，例如其长度和内容。此外，头存储前一块的哈希值。这个哈希值有2 个作用：①每个块都与前一个块保持不变的链接；②第i个块的散列值将取决于块i -1 的散列值。这不仅使所有区块链的块互连在一起，还能防止这个链受到恶意攻击。

图1 区块链结构

区块链的运作流程大致如下：某个节点产生一次交易，每次交易都由数字签名加密并由hash函数得出一串代表此交易的唯一哈希值，该值被广播到整个区块链网络中给其他参与节点进行验证。首先参与节点收集当前未被验证的交易的集合，然后计算区块头的元素，包括哈希值，并将该值广播到区块链中；此时，区块链中各个节点就依靠自己的算力来求解这个数学难题来验证该交易，求解最快的获得记账权。获得记账权的节点将区块广播给所有节点，其他节点确认该区块的有效性，并将其链接在区块链上，验证通过的区块是无法篡改的，该过程不可逆。一旦接受该区块后，各个节点会重新将未被验证的交易创建一个新区块开始下一次的计算。

3 区块链技术在仪器设备智能化管理中应用

随着区块链在各个行业的巨大潜力被逐步发掘，区块链被用在除货币、金融市场以外的领域，包括用于社会管理、科学、医疗等领域［13-15］。区块链已经实现了公共／私有加密、哈希、共识和容错等多种机制，其安全性方面的有效性已经在许多网络场景中得到了广泛的调查和验证。因此，区块链被认为是设计安全可靠的物联网系统的关键技术。

区块链技术应用在校园仪器设备管理中的创新性特征有：

（1）资产信息透明度高。区块链网络为资产管理全生命周期提供了信息状态实时、可靠的视图，所有区块中的资产数据信息以代码的形式存储，根据现实时间进行实时更新，资产管理员随时可以查询相关信息。分布式账本解决了元数据存储的性能瓶颈和单点故障等问题，区块链中每一个区块都利用前一个区块的哈希加密信息对交易信息进行一致性验证，所有节点同时记账保证数据信息的同步性、透明性和安全性。

（2）数据安全性高。区块链应用了极难破解的哈希函数和非对称加密机制保证了区块链的交易安全性，此外链上的每个区块节点都存储同样信息，相互监督相互验证，改动任何交易信息必须改动记录该信息的全部区块。新增加的区块节点信息要获得认同，就必须同所有节点或绝大多数节点达成共识，每个节点信任依据源自自己的历史数据或某种区块共识机制。共识机制的应用有助于实现数据信息的即时传输、确认、纠偏及审查，共识机制的验证方相互独立，有效保障了数据资料的客观性、真实性、准确性及可信性。

（3）记录信息可信度高。区块链上的资料向所有使用者公开，区块链中的所有人可以通过开源的信息共享请求，审查全部账簿和交易信息，不需要权威来提供信用担保和信用背书。同时链上的每条信息资料均被加上时间标记，形成时间戳记，构建了强有力的时间追溯机制。区块链的可追溯机制、防篡改机制能保障数据资料信息的完整性且不能被篡改，将基本信息、应用专长等记录在区块链上，保证所有存储在区块链的资料均可被确认和追踪。

3.1 区块链在仪器设备管理中的运行机制

本文将区块链技术用来对资产状况记录进行保存和管理，可以理解为区块链上的仪器设备状态记录本。如果把仪器设备状态记录本当做成一个账本，这个账本是掌握在学校资产处手中，其他部门或者教师对整个校园资产并不了解，这就使资产管理无法公开透明，如果可以用区块链技术来保存这个仪器设备状态、检验数据，就有了整个仪器设备状态记录的完整数据库。通过应用区块链技术，教职工自己和资产管理机构都可以掌握资产信息，任何申请使用仪器设备的记录和使用时设备的状态等数据都能够被调查追踪，然后记录到区块链上。不管是对仪器设备使用或者进行维护，都有历史数据可循，而这些数据的掌握者是参与管理和使用的每个教职工，从而省去了中心权威机构。

图2 基于区块链的仪器设备管理示意图

如图2 所示，①校园资源设备可以通过创建一个覆盖网络，形成一个仪器设备物联网系统，来实现一个可公开访问的分布式区块链，以确保端到端的安全和隐私。覆盖网络可能包含大量节点，将这些节点的信息都加入区块链的数据库，这些覆盖节点生成的交易使用非对称加密、数字签名和加密哈希函数进行安全保护。②资产状态信息的查询和共享。根据资产业务情况分为账户区块链和交易区块链。账户区块链只存储账户信息和交易后的信息，但不执行交易；交易区块链仅存储对交易有用的信息且执行相关交易。③学院或研究中心资产管理员拥有账户区块链，用于查询资产状态，如论证审批、资产验收、维修维护、效益考核以及资产处置；交易区块链由学校资产管理小组掌握，拥有仪器设备的交易权，这样有利于划分职责，分工明确，共享资产状态信息，提高工作效率。基于区块链技术的资产管理不是对资产管理过程中发生的事件进行信息分享，而是在分享信息前就按照上述分工方式提前规划好资产信息状态，并共享到交易区块链上，每个资产管理员拥有访问区块链权限，可随时获取资产状态信息。④在链上新加区块。资产信息交换时会将当前发生的资产状态节点信息、其他业务线上相关的资产状态节点信息、未来发生的相关的计划资产状态节点信息一起发送给其他节点。各个资产管理员在收到这一次的信息后进行保存，同时也会在下一时刻收到后续发生的资产状态节点以及此时其他业务线上相关的资产状态节点信息和此时相关的计划资产状态节点信息，将2 次收到的信息进行比较以区别信息是否有变化，如有变化则大家都在链上新加一个已变的资产状态信息，从而完成了新区块的添加。

3.2 仪器设备的状态追踪方法

利用区块链技术建立资产设备状态追踪信息网络，这个网络包括资产设备全生命周期管理数据、代表资产管理链中主管单位的主节点、代表资产管理链中各学院的次节点，资产状态追踪方法如图3 所示。

图3 基于区块链技术的资产状态追踪方法

（1）学校主管部门作为主节点先对各个学院或研究中心的从节点进行身份验证，并为通过身份验证的，从节点分配一对私钥和访问权限；从节点通过身份验证后即可加入区块链网络中，构成资产管理链中的私有区块链，当需要信息交换可以上传信息和查询信息。

（2）获得访问授权的次节点资产管理员A 可向主节点发送资产状态信息共享请求，并将共享资产状态信息分发给资产管理员B；同时建立一个区块，将主节点对于该请求的反馈信息和资产管理员A 登记信息都写入区块链，登记信息包括身份信息和公钥。

（3）学院资产管理员A 根据所需的资产状态信息，如资产采购阶段所需要的采购信息、资产管理阶段所需要的资产管理信息、资产处置阶段所需要的资产处置信息等，利用私钥签名后发给相关管理部门的主节点；如果资产管理A要请求的信息为某一资产状态的信息，则资产管理员A需要将当前要发送的资产状态信息、未来发生的相关的计划资产状态信息同时上传到区块链中。

（4）根据区块链的共识机制，链上的其他从节点依据已存储的信息验证资产管理员A 的合法性，待身份验证合法后利用资产管理员A 的公钥验证管理部门主节点所接受的信息共享请求数据的真实性。所有信息验证合法后，本次资产状态信息请求过程产生的数据业务进行存储并生成相应的随机数，将随机数连同相应的时间戳写入区块链中。

（5）资产状态数据请求信息写入区块链后，学院资产管理员B就会在某个t时刻获取到资产管理员A上传的信息并保存，该信息包括了资产管理员A 代表学院或研究中心想要获取的资产状态，资产设备全生命周期所处的环节，及时提供相关的资产材料以保证资产设备的采购、使用和处置的状态信息。

（6）在t ＋1 时刻，资产管理员B收到资产管理员A中后续请求的资产状态信息、t ＋1 时刻管理部门主节点的反馈信息、t ＋1 时刻资产管理流程下一步的计划状态信息；资产管理员B 2 次收到的资产状态信息中存在相同的资产状态共享请求节点，此时资产管理员B根据相同共享请求节点上信息的异同来判断资产状态数据是否发生变化并根据结果与资产管理员A进行沟通。

与现有的资产管理模式相比，基于区块链技术的管理方案不仅可以增强高校资产管理参与者之间的信任度和透明度，将数据存储在区块链上，资产管理活动中的每次交易变化都被记录在区块链上，保证了数据的不可篡改性和追溯性。同时也不再需要进行人工审核和合作伙伴审查，有效缓解仪器设备共享和管理过程中效率低下的问题。

4 结 语

随着互联网的高速发展，社会信息化程度的提高，利用新技术解决传统的资产管理模式中的低效率已成为一种趋势，在校园仪器设备管理过程中加入区块链技术能实现设备管理的智能化、系统化、规范化和信息化的动态管理过程。无论是在采购管理阶段、资产使用阶段还是资产处置阶段，区块链技术能透明化管理全过程，既提高了工作效率又形成了及时的反馈机制。随着区块链技术的不断完善和发展，并与资产管理进行深入结合，将给资产管理工作带来新的契机。