区块链在危化品安全管理中的应用探讨

阮环阳 张万里

(1.浙江国际海运职业技术学院 浙江舟山316021； 2.浙江省化工研究院有限公司 杭州 310023)

0 引言

近十年我国石油化工生产安全事故总数和伤亡人数均呈下降趋势，但近几年重特大化工生产事故时有发生，如2015年“8·12天津港”、2019年“3·21江苏响水”等爆炸事故，给国民经济造成了重大损失。随着新媒体传播技术的进步，化工安全事故舆情影响逐渐增大，从业人员和生产主体的安全管理意识逐渐增强，企业在安全管理方面投入的成本也逐年增加。但是，技术手段的改进仍只停留在生产现场安全监督体系升级改造、增加HAZOP危险性因素分析等传统方法上[1-2]，对于先进技术如大数据、物联网、区块链等领域的关注与应用尚处于起步阶段。

1 危化品安全管理工作的形势

危险化学品(简称危化品)是指具有毒害、腐蚀、爆炸、燃烧和助燃等性质，对人体、设施及环境具有危害的剧毒化学品和其他化学品。危化品安全管理涉及其生产、仓储、使用、运输和经营等各个环节。近十年我国在政府和企业两个层面主要从以下几个方面开展危化品的安全管理工作。

1.1 政府层面优化顶层设计，完善安全管理制度

一是以法律政策保障危化品的安全生产、流通与使用，落实安全生产责任制，加强对从业主体的约束管理[3]。二是针对“化工围城”等突出问题，通过优化产业布局，将分散的化工生产企业集中搬迁，进行科学规划与指导，淘汰落后产能，推进化工园区和绿色石化基地建设，对危化品进行集中生产处理，减少中间流通环节[4]。三是针对危化品运输的重点环节，建立了有关车辆、人员、道路和物流等方面的针对性政策制度，如加强对危化品道路运输车辆的管理[5-6]，加强对危化品运输人员的安全培训，改进车辆、包装和安全设备设施的装配水平[7]。

1.2 企业层面推进科技强安，建立安全生产标准化体系

一是通过加强培训管理，提升岗位人员安全责任意识；贯彻安全教育制度，强化安全技术培训和考核，提升岗位人员专业素质和知识水平；完善安全检查制度，加大安全巡检频率并建立监督机制，对违规作业进行制约管理[8]。二是进行技术改造和升级，对仪表控制系统进行改造，提升自动化水平；增设预警报警系统装置，减少危险岗位作业人员；生产环节引进如化工过程危害分析(HAZOP分析)、保护层分析(LOPA)及SIL定级分析等重要危化品安全风险分析工具[2,9]。近几年，以中石化为代表的大型能源公司在流通环节发展了以大数据、物联网技术为基础的危化品运输监控管理系统，全面提升了危化品物流管理水平[10-11]。

在2015年“8·12天津港”爆炸事故之后，国务院调查组建议建立全国统一的危化品监管信息平台，利用大数据、物联网等信息技术手段,对危化品的生产、经营、运输、储存、使用及废弃处置进行全过程、全链条的信息化管理，实现危化品来源可循、去向可溯、状态可控，实现企业、监管部门、公安消防部门及专业应急救援队伍之间信息共享。

2 区块链技术概述

区块链技术被认为是第四次工业革命的重要驱动力之一。区块链是一种将数据区块根据时间戳以链式相连并以密码学方式保证不可篡改和不可伪造的分布式账本技术[12-13]。随着区块链在数字加密货币中的成功应用，它正在加速与各领域的融合，如金融、民生、政务、智慧城市和工业控制等领域。区块链技术的集成应用在技术革新和产业变革中起着重要作用，把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，加快推动区块链技术和产业创新共同发展[14-15]。

现行的危化品安全管理办法体系复杂，在生产和流通过程中多采用中心化模式进行管理，即上下级负责制，同级部门之间不存在相互制约的关系，信息分享不畅通。例如，消防部门在面对易燃危化品事故时，不能在第一时间得知事故现场的危化品储存数量、种类和处置方法，导致消防员在化学灾害事故救援时可能造成自身伤害。区块链技术采用去中心化模式，即分布式账本，将原来只有一个账本的管理变成多个区块的多账本管理，这个账本即“链块”记录着所有权、产品数据和价值等信息，每个人都有权限访问并参与其中。该账本可以及时进行更新，同时验证账本各方是否达成共识。加入账本中的数据不可随意篡改，只有对每个人都有效才会允许更新，账本数据可以通过网络中不同的网址、位置或机构进行共享。网络中所有参与者都有自己的账本身份信息副本，账本中任何改变都会反映到各方的副本中。区块链技术使得同级部门之间建立起相互制约和信任的关系。将区块链技术引入危化品安全管理，使危化品事故处理由被动应对转变为积极预防。

3 “区块链+危化品安全管理”的应用模型

目前区块链技术已经成功应用于化学品物流的交易环节，针对危化品的生产、运输和使用等其他环节的应用尚停留在理论探索阶段[16-18]。本文参照区块链技术在金融、教育及工业控制等领域的应用和发展情况[19-20]，结合危化品安全管理现状与需求，构建将区块链技术应用于危化品安全管理的模型。

3.1 构建基于区块链的危化品数据管理网络平台

该危化品数据网络平台由参与危化品生产、运输、经营和消费的企业，以及消防、公安和政府监管部门等节点共同参与账本建设。在网络账本中，由危化品生产企业产生第一组源头数据，生产企业在危化品出厂之前发布其种类、数量、包装等“创世”数据信息，并生成对应的RFID数据标签。信息存入区块链以后，由经营和生产企业生成交易信息，转交运输企业完成运输交易，各节点根据自身实际职能参与维护更新危化品账本数据，如图1所示。节点之间相互信任的关系通过共识算法来实现共享数据，由于账本数据在网络中存在多个副本，即使某个节点发生账本遗失也不会影响数据的存储。这样的存储逻辑关系成为构建分布式网络的基础，改变了传统数据管理中存在上下级制度的中心节点模式，实现了危化品数据的公开透明与共建维护。

图1 分布式账本数据结构

3.2 危化品数据账本区块链建设

危化品数据账本区块链建设的本质是通过哈希函数实现数据存储与交易共识。区块链通常并不直接用来保存原始数据或存储相关交易过程,而是直接用来保存其中的哈希函数值,即将原始数据编码为特定时间长度的由数字和英文字母组成的字符串后记入其中的区块链。充分利用哈希函数的特点,有效保障区块链的数据存储符合一定的逻辑常理,保证存储数据的有效性。每个区块由当前区块头和相邻区块体共同构成,区块头由散列值、时间戳、当前区块头对Pow计算问题的难度值、当前区块头对Pow计算问题的解(以及满足要求的随机哈希函数)及Merkle根组成；区块体则包含了关于区块的完整交易信息和Merkle树。时间戳是通过在每一个前置区块头中直接封装一个前置区块头哈希值的方式,将每个区块相互进行连接从而形成链式的结构。其工作原理主要是通过利用时间戳对区块头的前后排列哈希值对应的每一个位置区块进行了标记,时间戳Time对每一个区块在链中的前后排列顺序和时间进行了确认,区块的前后顺序排列与时间戳进行标记的区块历史时间顺序一致,当区块头哈希函值发生变化时,相邻区块头的前后排列哈希值随之发生变化,则区块需重新计算哈希值以确定新的前置区块顺序和时间关系,由此形成了具有时间前后顺序的链式区块链结构，如图2所示。编号为N的当前区块头哈希值为Hash(N)，在交易流通中该区块的危化品账本数据发生变动时，一定会引起 Hash(N)变化。而且由于该哈希值与编号为N+1的区块头哈希值Hash(N+1)存在联动效应，即Hash(N)的变化会引起Hash(N+1)的变化，这种变化进而沿着链生长方向传递下去，形成一个动态的顺序储存结构。可以理解为当区块头N哈希值发生变化时，在N之后的所有区块头哈希值均随之发生变化，新的哈希值由服务器更新计算。区块头设计的优势是体积小，其数据容量通常占整个区块链体积的千分之一以下，所以为轻型节点如智能手机、平板电脑、移动计算机的实现提供依据。

图2 危化品区块链模型

危化品数据账本区块链的使用可在以下方面起到重要作用：①缩减生产企业、运输单位、消防部门、监管部门之间的沟通成本，提升危化品使用及调度过程的效率，解决危化品数据造假等漏洞问题；②企业用户通过加密技术和匿名化处理，对自己的数据有选择地进行加密或者公开，保护了经营者的商业秘密；③区块链技术可以实现危化品的生产、运输、消费全供应链信息共享。

4 区块链应用于危化品安全管理面临的问题

4.1 数据的采集与真实性

区块链技术本身具有相当的数据防篡改安全特性，但是数据本身是由各节点参与生成的，这就需要保障数据录入的真实性，而目前危化品数据的全维全时采集仍然发展滞后，主要是企业的信息化程度仍然不高。解决数据的采集与保障真实性等问题，需要结合物联网等技术来实现。首先需要将数据和设备联网上链，危化品生产企业对即将流通的危化品发出“创世”信息，在后续流通中要求每个参与主体都依照相同的申请流程，对产生的交易数据包括危化品的储存数量及地点、MSDS信息、主要用途、危险特性、储存使用和运输的安全要求、出现危险情况的应急处置措施等内容进行合法录入，以实现一定程度的信息共享，为监管、公安等部门提供真实有效的监测数据和执法依据。

4.2 数据安全与隐私

在区块链上，采用非对称加密技术通过一对公钥和私钥进行数据加密，只有对应的公钥和私钥才能打开阅读账本数据。公钥对全网用户公开，所有信息公开透明，每个节点都有一份完整的数据备份，保证各区块数据的开放性和透明性；私钥只对用户本身或授权者开放，但数据安全完全由私钥决定，私钥一旦泄露或者丢失，将会有不可预知的风险。因此，“去中心化”的特点也可能会带来一定的监管难题。

5 结语

分析危化品导致的事故和人身伤害，发现根本原因是对危化品的管理不善。按照现行《危险化学品安全管理条例》的要求，监管体系复杂，部门间信息交流不畅，数据共享程度不高，也使危化品安全监管工作难上加难。

危化品安全管理领域与区块链有着良好的应用契合点，虽然目前还无法准确预估区块链技术对危化品安全管理领域将会产生多大影响，但是就区块链技术的特点而言，区块链技术有助于简化复杂的流程，实现作业标准化，结合物联网技术还能对危化品数据进行分散收集、精确分析与联动管理，让各部门之间的信息沟通更便捷。区块链技术有助于各部门进行危化品的溯源管理，通过对化工厂中危化品的数据信息进行统筹管理，能帮助化工厂更合理地进行危化品的储存和管理；区块链技术还能将可穿戴设备上的数据进行共享，通过与消防等部门互通互联，实现对危化品的实时有效跟踪，消除部门之间的沟通壁垒。将区块链技术应用在危化品安全管理中，能丰富现行危化品管理的技术手段，减少石油化工行业事故发生的频率，预防重特大事故的发生；能为消防、环保和安监等部门迅速提供泄漏物质的种类、性质以及该物质的分布情况，为事故发生后的处理方案提供最及时准确的救援依据，最大程度降低次生灾害的发生。