基于区块链的铁路电子档案管理技术研究

孔旸

(北京市地铁运营有限公司， 北京 100044)

0 引言

伴随着互联网相关技术的蓬勃发展，传统的纸质档案已逐渐被线上的电子档案所代替，档案涵盖了几乎所有领域的重要信息，对人们的日常生产生活与社会实践活动等，均会造成不同层次的多方影响[1]。在铁路电子档案的管理中，由于其数据信息具有多变性与实时性，且其数量巨大，因此在日常管理中存在一定的难度。Aste T等[2]认为区块链技术有着可预见的社会影响与工业影响，通过对其进行溯源与细致分析，并将其成功应用至比特币数字现金系统中。针对传统零售模式的改革，区块链技术可使得消费者在任意时间或地点享受商品的优质服务，并保证供应链的透明化与公开化，有效实现零售商与消费者之间的共赢[3]。因此，此次研究将当前区块链技术的弊端及关键技术等内容作为研究重点，并将其应用到铁路电子档案管理技术中，旨在促进其可持续发展。

1 区块链的关键技术及相关特点

区块链技术是一种集综合性与创新性于一体的优秀技术，具有较强的不可篡改性与去中心化等特点，能够为保障铁路电子档案的安全储存与高效管理提供辅助作用。该项技术是互联网之后的又一颗技术新星，区块链的新指的并不是它自身可作为一项单独的新兴技术，而是融合了多种相关技术而成的复杂新技术，具有较强的创新性[4]。就本质而言，区块链表示的是对数字货币等进行加密的去中心化基础架构，且其应用范围极为广泛，该项技术起源于众所周知的比特币技术，然而其应用领域却不仅仅局限于比特币之上[5-6]。将数字货币的交易作为例子可知，区块链上囊括了数量巨大的区块，每一个区块上均记录着交易中的所有相关信息，各区块之间互相关联，呈链式结构。在数字货币具体的交易过程中，每当一笔新交易产生，则同时会有一个新的区块随之而成，且各区块间存在链条将其互相进行关联。随着交易数量的不断增多，区块的数量也会持续有所增长，进而使得区块链形成且不断延长，则其建立与验证如图1所示。

图1 区块链的建立与验证研究

由图1可知，区块链最为重要的作用则是对信息安全的存储。由于所有需要得到储存的信息，均可以写入区块链中，同时外界也可以从区块链中读取到相应的存储信息，因此可将其看作为一个庞大的数据库，且其具有公开性、透明性、去中心化，以及较高的集体维护性等特点。区块链不将中心机构作为技术核心，摒除对中心机构的依赖，而利用网络点对点的相关技术，来对所有的信息文件进行合理的分布存储，使信息文件可以互相进行验证与传播[7]。基于此，区块链技术能够在诸多复杂条件的环境中实现信息交互，具有较高的公信力。在实际的区块链交易过程中，其各方面的特点明显，交易全景如图2所示。

图2 区块链交易全景示意

由图2可以清晰地看到区块链的交易全景，发现其作为多种技术进行融合与创新后产生的新技术，具有显著的公开性、透明性，以及交易可追溯性。就技术层面而言，区块链作为一种全新的数据存储技术，具有明显的分布式特点，以点对点的数据传输方式来进行信息的传递。就社会经济层面而言，将该技术广泛应用至社会的各行各业，覆盖各个领域，即可促进社会经济效益的产生，进一步实现信息的全面互通，构建共享型的经济发展领域。综上所述，从不同的发展层面看来，区块链的应用均具有较高的实际价值。

区块链技术具备较为全面的特点，囊括了去中心化、不可篡改、不可逆，以及匿名性等。其中去中心化指的是区块链将原有的中心化数据库进行分散处理，使每一个独立的节点均实时且同步地对档案中的信息进行复制，在经过限制比例的节点统一后，方可对相关信息进行修改，并将其加入到区块链之中，以此来保证档案信息的公开透明及确定性。不可篡改性指的是区块链中任一单独节点均对所有信息进行存储，需要拥有半数以上节点的控制权限才可对某个单一信息进行修改，可有效避免恶意修改。不可逆的特点则表现在当信息的修改与存储等相关操作得到确认以后，所有的相关记录均会得到保存，且不可逆转。匿名性指的是区块链中各个节点的身份信息是被隐藏起来且不可取的，信息的传递也是以匿名的方式进行，保障了信息及其归属的安全性。

2 区块链技术在铁路电子档案管理中的应用研究

2.1 区块链技术在电子档案管理中的弊端及解决措施

在区块链技术应用到铁路电子档案管理的实际过程中，由于种种客观原因，仍然存在一定的弊端亟需解决。弊端之一为区块链中的安全漏洞，该漏洞的表现形式包括代码逻辑上的问题与私钥保管不当。其二指的是区块链的容量不足以支撑整个电子档案管理系统的稳定运行，当前区块链的容量均值为47TB，与铁路电子档案管理所需的容量仍然相去甚远，这对区块链中各项交易的进行均有所影响，其中最为显著的是交易速度的减慢[8]。故而在未来的区块链应用中，需要对容量进行扩充，以优化相应的管理系统。

若区块链中出现安全漏洞，相应的信息管理平台被对手信息系统所掌控，为了有效防止信息数据的泄露，区块链技术将构建出稳定可靠的可信性保护框架。由于铁路电子档案文件的生命周期主要分为4个阶段，即创建收集、使用、修改移交以及销毁阶段，因此需要系统中所有的节点均进行信息确认，才可进行区块链中的相关操作[9]。无论是对铁路电子档案文件进行创建、查阅，还是修改，抑或是销毁等操作，系统均会发送相应的操作请求给所有节点，上述节点将对获取的电子信息进行存储并确认其真实性，在最终获取到管理员的同意以后，才会执行相关操作。该种机制确保了区块链应用的安全性与可靠性，使得即使信息管理平台被外界掌控，自身也可以及时进行阻拦与挽救，进而实现系统的安全维护[10]。除此以外，区块链技术的应用会导致系统计算的复杂度与成本均有所上升，但相较于对系统安全性的提升而言，这二者的提升无足挂齿。该项技术可以使得铁路电子档案文件的管理更加可靠，各软硬件提升的成本大约为原始成本的120%，小成本会带来更加喜人的大回报。

2.2 区块链技术在实际档案管理应用中的优势

在区块链技术中，集成了多层次多角度的各项综合性关键技术，囊括了智能合约、共识机制、非对称加密算法，以及分布式账本。其中智能合约指的是对数字资产进行有效控制的数字形式合约，该合约中包含了所有合约参与者的权利与义务，由技术系统自动运行。该合约的核心技术为时间戳与数字签名，即在运行过程中利用脚码来对相应的规则进行制定，随后赋予其上述两项核心技术，以保证所有的节点均遵守所制定的规则。据此则可在区块系统中对信息的实时更新与流通起到一定的保障作用，将其运用到铁路电子档案的管理中时，即可使所有环节实时且准确地进行信息的传递与处理。共识机制是指使区块链中的所有节点，在运行过程中达成一致的规范，从而避免铁路电子档案中的相关文件信息遭到恶意篡改。要达成共识机制需要满足2个先决条件，其一为预先设置好相应的工作准则，且使任一节点均遵循该准则；其二为保证每一个单一节点的平等性。通过上述操作即可成功引用共识机制，进而提供多方的信任。由于篇幅限制，在此不再对非对称加密算法，以及分布式账本的相关内容进行赘述，上述两点即为区块链技术的核心所在。

综合运用区块链技术中的智能合约与共识机制等特点，即可将该技术恰当应用到铁路电子档案的可信保护之中。要实现这一目标，需要构建出2.1中所述基于区块链技术的可信性保护框架，以保障相关铁路电子档案文件的准确性、真实性、有效性及可靠性，其中最为重要的就是真实性与可靠性。需要清楚地知悉并明确区块的各项概念，区块指的是区块头与区块体，前者中包含6个不同的字段，分别为哈希值、难度值、时间戳、版本号、随机数以及相应的描述信息；后者则覆盖了铁路电子档案文件的内容，以及相关的变动信息。核心应用模式如图3所示。

图3 区块链的核心应用模式

正如图3所示，区块链应用在项目中的关键在于加密算法的研发与运用，且该算法需与铁路电子档案中特定的文件格式相匹配。根据项目发展的需求，需要使用相关的神经网络技术来对所有的铁路电子文件进行学习。由于铁路电子文件属于不同的类型，且具有不同的属性，因此要以图像摄取的手段来对文件中的相关特征进行提取，最终研制出较为特殊的哈希值。通过该种方式，可以使铁路电子文件具有较强的独立性，不会为外界任何干扰因素所影响。

3 实验与分析

通过对区块链技术自身的特性进行研究，以及对将该技术应用至电子档案管理中的优势进行分析，可知基于区块链的电子档案管理具有较强的可行性。在具体的铁路电子档案管理中，由于其相关数据信息数量巨大，且时刻在进行不断的更新，因此需要建立相应的可信性保护框架，如图4所示。

在图4所示的框架之中，区块链技术的基础贯穿始终，覆盖了铁路电子档案文件管理的整个周期，有效利用区块链的真实性与可靠性，在一定程度上保证了铁路电子档案的所有相关操作均会被如实且完备地得到记录。不管是铁路电子档案文件的创建，抑或是对所有铁路电子档案文件的使用等相关操作，都在区块链技术的支撑下，与传统的档案服务有机结合，有效地维护了铁路电子档案生命周期的可信性。除此以外，还根据终端区块的工作量相关证明，结合铁路客票业务的实现，以铁路业务的交易量作为观察重点，来对铁路业务进行细致且随机的透彻分析。按照铁路车站售票的规模来对其进行了划分，分为一级至五级共5个等级，销售量依次递减。一级车站的售票情况如图5所示。

图5 一级车站售票量分布情况

如图5所示，一级车站指的是日均销售规模达到20 000张以上的相关车站，其中包括广州、北京西站、上海、郑州，以及沈阳。图5(a)指的是车站窗口的售票情况，图5(b)是代售点窗口的售票情况，图5(c)则为自动售票机上的售票情况。与其相似的是三级车站的售票量情况，如图6所示。

图6与图5类似，图6(a)、(b)、(c)分别代表着三级车站中售票量在车站窗口、代售点窗口，以及自动售票机上的分布情况，据图5、图6可知，一级车站与三级车站的售票高峰期在8点至17点之间，其中车站窗口在9点10分达到售票量的峰值；代售点的高峰期位于9点至15点，其余时刻均较低，且日起伏较大；自动售票机的售票峰值出现在11点左右。与此相反，售票规模最小的五级车站售票情况如图7所示。

图6 三级车站售票量分布情况

图7 五级车站售票量分布情况

通过图7可知，五级车站的日均销售量处于2000以下，该类车站以瑞安、海口、珲春、富宁，以及婺源为代表。图7中的(a)、(b)、(c)分别代表着车站窗口、代售点窗口，以及自动售票机上的售票情况。该级车站涵盖范围较广，具有多样化的铁路售票情况，未见明显的售票规律。区块链的相关技术可对上述各级车站的售票情况等内容存储到铁路电子档案之中，便于对各级车站的售票管理与档案管理等方式进行相应的改进与优化，使得各级车站能够从大数据的角度上透彻了解自身铁路车站运行的情况，进而为广大群众提供更优质的服务。综上所述，基于区块链的铁路电子档案管理技术具有较高的优越性与可行性。

4 总结

互联网各项技术的发展推动着各行各业的持续发展，改变了相关产业原有的管理方式等，其中档案管理技术的改变尤为显著，由纸质档案摇身一变成为了电子档案。为了实现对铁路电子档案的高效管理，对铁路电子档案管理技术进行一定的优化与改进，此次研究深入细致地分析了区块链技术的关键所在，且将其恰当地应用到铁路电子档案管理技术中。结果显示，区块链技术的不可篡改性、真实性与可靠性等，均能够有效地保证铁路电子档案管理技术得到优化，对相关档案文件的安全处理起到积极的影响作用。此次研究尽管有幸挖掘出了区块链技术应用到铁路电子档案管理中的核心问题，取得了一定的成果，然而仍然存在部分不足，如未对区块链中所有的关键技术进行细致的分析，希望在之后的研究中能够尽善尽美，实现透彻全面的研究。