基于區(qū)塊鏈的高速公路建設(shè)監(jiān)管平臺研究

李少榮

摘要 高速公路建設(shè)是評估一個國家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要指標(biāo)，對人民的出行成本和安全有著重要的影響，而監(jiān)管水平直接關(guān)系到高速公路建設(shè)的質(zhì)量。高速公路的建設(shè)是一個需要多方參與的復(fù)雜過程，需要做好對人、財、物的監(jiān)管，監(jiān)管過程中存在佐證難、溯源難、監(jiān)管難等問題。針對這一現(xiàn)狀，文章基于區(qū)塊鏈對高速公路建設(shè)監(jiān)管平臺進(jìn)行研究，利用區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式共享、去中心化、不可篡改、可溯源的技術(shù)特性，實(shí)現(xiàn)了對高速公路建設(shè)全過程的監(jiān)督管理，確保數(shù)據(jù)的安全性和可信性。

關(guān)鍵詞 區(qū)塊鏈；高速公路建設(shè)；監(jiān)管系統(tǒng)；去中心化

中圖分類號 TP311.13文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）08-0180-03

0 引言

高速公路是現(xiàn)代化標(biāo)志，對人民的幸福生活有著決定性的影響，是一個國家綜合國力的體現(xiàn)。高速公路的建設(shè)是一個需要多方參與的復(fù)雜過程，需要做好對人、財、物的監(jiān)管。傳統(tǒng)的高速公路監(jiān)管數(shù)據(jù)分散在多個系統(tǒng)中，以傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲，在監(jiān)管過程中存在佐證難、溯源難、監(jiān)管難等問題。

傳統(tǒng)監(jiān)管方式中，監(jiān)管數(shù)據(jù)通常分散在不同的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫中，由不同的機(jī)構(gòu)和部門進(jìn)行管理。這導(dǎo)致了數(shù)據(jù)一致性和準(zhǔn)確性的挑戰(zhàn)，因?yàn)椴煌到y(tǒng)之間的數(shù)據(jù)可能存在不一致或沖突。整合和核實(shí)這些數(shù)據(jù)變得復(fù)雜和耗時，導(dǎo)致監(jiān)管效率低下。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫通常由一個中央實(shí)體或組織進(jìn)行管理和控制，這使得數(shù)據(jù)的控制權(quán)和決策權(quán)集中在少數(shù)人手中。這種中心化的管理結(jié)構(gòu)容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)被濫用、篡改或操縱的風(fēng)險，同時也增加了數(shù)據(jù)的單點(diǎn)故障和風(fēng)險。

針對這一現(xiàn)狀，該文提出將區(qū)塊鏈技術(shù)引入高速公路建設(shè)的監(jiān)督管理中，構(gòu)建一套統(tǒng)一的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺，將高速公路建設(shè)過程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)上鏈至區(qū)塊鏈平臺，以滿足數(shù)據(jù)的防篡改、數(shù)據(jù)透明、數(shù)據(jù)共享、隱私保護(hù)等需求，利用區(qū)塊鏈技術(shù)還能大大提高作業(yè)效率。

1 相關(guān)技術(shù)

區(qū)塊鏈由中本聰在白皮書《比特幣：一種點(diǎn)對點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》中首次引入[1]，因其具有去中心化、分布式存儲、不可篡改性、透明性、安全性等特點(diǎn)而得到快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。區(qū)塊鏈的發(fā)展可以概括為三個階段：區(qū)塊鏈1.0階段，以數(shù)字貨幣為代表，主要用于解決交易中心化問題；區(qū)塊鏈2.0階段，以以太坊為代表，在加入智能合約后，用戶可以根據(jù)自己的具體需要開發(fā)應(yīng)用；區(qū)塊鏈3.0階段，作為底層技術(shù)與各行各業(yè)結(jié)合，解決各行各業(yè)存在的信任問題[2]。

區(qū)塊鏈的核心技術(shù)包括分布式存儲技術(shù)、密碼學(xué)技術(shù)、共識機(jī)制、智能合約[3]。分布式存儲技術(shù)是指將數(shù)據(jù)分散存儲在網(wǎng)絡(luò)中多個節(jié)點(diǎn)上的一種存儲方式，它具有去中心化、數(shù)據(jù)冗余、安全性等特點(diǎn)；密碼學(xué)技術(shù)，如哈希算法、Merkle樹、非對稱加密算法，保證了數(shù)據(jù)不可逆、不可篡改和可溯源；區(qū)塊鏈中的節(jié)點(diǎn)地位是平等的，需要一套高效合作的算法和機(jī)制，當(dāng)前主流區(qū)塊鏈平臺采用的公式機(jī)制有POW、POS、DPOS和PBFT；智能合約的執(zhí)行是由區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)共同驗(yàn)證和執(zhí)行的，一旦合約被部署到區(qū)塊鏈上，它的執(zhí)行過程是不可更改的，確保了合約執(zhí)行的可信度。

根據(jù)節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)是否需要許可將區(qū)塊鏈劃分為公有鏈和私有鏈兩類。公有鏈?zhǔn)菍查_放的，可自由加入或退出，無需身份審核，其優(yōu)點(diǎn)在于完全去中心化，即具有較高的安全性，缺點(diǎn)則是達(dá)成共識速度慢、網(wǎng)絡(luò)交易效率低。私有鏈需要結(jié)果組織授權(quán)才能加入?yún)^(qū)塊鏈，其特點(diǎn)與公有鏈相反，具有較快交易速度的優(yōu)點(diǎn)和不完全去中心化的缺陷，通常用于企業(yè)內(nèi)部[4]。

2 研究現(xiàn)狀

在發(fā)達(dá)國家中，高速公路建設(shè)監(jiān)管已經(jīng)非常成熟，相比之下國內(nèi)對此方面的研究起步較晚，在高速公路建設(shè)監(jiān)管過程中還存在很多問題。黃自良對現(xiàn)代管理思想和管理技術(shù)在高速公路建設(shè)質(zhì)量管理中的應(yīng)用進(jìn)行探討，并提出合理的對策建議[5]。劉永等在研究高速公路在整個路網(wǎng)體系中發(fā)揮的作用和弊端之后，總結(jié)出對于整個公路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全監(jiān)督管理的基本手段[6]。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，產(chǎn)生了區(qū)塊鏈技術(shù)，由于其具有布式共享、去中心化、不可篡改、可溯源的技術(shù)特性，被廣泛的用于各行業(yè)的監(jiān)管中。2021年劉晉等人將區(qū)塊鏈應(yīng)用于醫(yī)療廢物監(jiān)管領(lǐng)域[7]，2022年傅一旋將區(qū)塊鏈應(yīng)用于海關(guān)監(jiān)管[8]，2023年紀(jì)蓉等人將區(qū)塊鏈應(yīng)用于危險化學(xué)品的監(jiān)管[9]。

近些年來，區(qū)塊鏈技術(shù)也被大量應(yīng)用于高速公路建設(shè)的各個方面。2021年王若華等人提出了一種能記錄和共享高速公路通行數(shù)據(jù)的區(qū)塊鏈，為高速公路的稽查管理提供了新思路[10]；2022年杜漸等人針對取消省界收費(fèi)站后高速公路清分結(jié)算系統(tǒng)可能面臨的問題，提出一種基于區(qū)塊鏈的全新的解決方案[11]；2023年李政等人基于區(qū)塊鏈對公路原材料產(chǎn)品全鏈條質(zhì)量管控進(jìn)行研究，解決原材料產(chǎn)品運(yùn)輸配送和檢驗(yàn)工作中的一些“不信任”問題[12]。

3 基于區(qū)塊鏈的高速公路建設(shè)監(jiān)管平臺架構(gòu)

3.1 高速公路建設(shè)監(jiān)管平臺主體

高速公路建設(shè)監(jiān)管平臺的主體有三個：第一個是建設(shè)單位。第二個是行業(yè)監(jiān)管單位。第三個是紀(jì)檢監(jiān)察單位。

建設(shè)單位對監(jiān)管環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行填報、自審，將自審自查數(shù)據(jù)上報監(jiān)管平臺，并將數(shù)據(jù)上鏈，做到可溯源、可信任和不可更改。對于鏈上數(shù)據(jù)進(jìn)行自我風(fēng)險監(jiān)控、風(fēng)險申訴及核銷，并根據(jù)收到的上級督辦通知進(jìn)行整改回復(fù)，以期將數(shù)據(jù)填報、上鏈、風(fēng)險整改、回復(fù)進(jìn)行閉環(huán)。

行業(yè)監(jiān)管單位進(jìn)行數(shù)據(jù)審核、數(shù)據(jù)補(bǔ)充填報，同時對各建設(shè)項(xiàng)目申報、上鏈的數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)險監(jiān)控、風(fēng)險申述及核銷。通過平臺對發(fā)現(xiàn)風(fēng)險問題的建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)督檢查，緊盯未經(jīng)審批、核準(zhǔn)或者備案的高速公路工程建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行建設(shè)的問題，緊盯審批或者核準(zhǔn)違反有關(guān)規(guī)定的高速公路工程建設(shè)項(xiàng)目，緊盯違反技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)規(guī)定規(guī)劃設(shè)計項(xiàng)目方案的問題，下發(fā)督辦通知，對上級督辦事項(xiàng)整改進(jìn)行回復(fù)、對下級整改進(jìn)行復(fù)查。

紀(jì)檢監(jiān)察單位對各建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行風(fēng)險監(jiān)控、風(fēng)險申述及核銷，以平臺作為監(jiān)督監(jiān)管手段，對異常原因進(jìn)行鏈上溯源和研判分析，監(jiān)督監(jiān)管環(huán)節(jié)各項(xiàng)指標(biāo)，落實(shí)監(jiān)督檢查的責(zé)任、對風(fēng)險問題項(xiàng)目下發(fā)督辦通知，并對下級整改結(jié)果進(jìn)行復(fù)查。

3.2 高速公路建設(shè)監(jiān)管平臺總體架構(gòu)

為解決高速公路建設(shè)監(jiān)管過程中佐證難、溯源難、監(jiān)管難等問題，提出了一個基于區(qū)塊鏈的高速公路建設(shè)監(jiān)管平臺，平臺總體架構(gòu)如圖1所示。

高速公路建設(shè)監(jiān)管平臺由三部分組成，即高速公路建設(shè)監(jiān)管系統(tǒng)、區(qū)塊鏈和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。區(qū)塊鏈模塊提供數(shù)據(jù)上鏈接口和數(shù)據(jù)查詢接口，供高速公路建設(shè)監(jiān)管系統(tǒng)調(diào)用，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上鏈和數(shù)據(jù)溯源功能；高速公路建設(shè)監(jiān)管系統(tǒng)負(fù)責(zé)項(xiàng)目監(jiān)管的主要業(yè)務(wù)服務(wù)；傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫對一些非監(jiān)管關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。在監(jiān)管過程還需要財務(wù)數(shù)據(jù)、招投標(biāo)數(shù)據(jù)、信用數(shù)據(jù)，分別從交通財務(wù)綜合管理系統(tǒng)、公共資源交易中心、公路建設(shè)市場信用系統(tǒng)中獲取。

由于區(qū)塊鏈在性能、數(shù)據(jù)檢索等方面都不如傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，如果所有數(shù)據(jù)都保存到區(qū)塊鏈上，會對區(qū)塊鏈平臺造成過大的存儲負(fù)擔(dān)。故采用“區(qū)塊鏈+數(shù)據(jù)庫”的方式存儲數(shù)據(jù)，只將關(guān)鍵的、需要追溯的數(shù)據(jù)存儲到區(qū)塊鏈平臺上，其余數(shù)據(jù)則存儲在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中。

圖1 高速公路建設(shè)監(jiān)管平臺架構(gòu)圖

3.3 高速公路建設(shè)監(jiān)管平臺技術(shù)架構(gòu)

高速公路建設(shè)監(jiān)管平臺采用主流成熟的技術(shù)、分層解耦的體系結(jié)構(gòu)來構(gòu)建。整體技術(shù)架構(gòu)可分為基礎(chǔ)層、適配層、服務(wù)層、展示層四個層次，如圖2所示。

基礎(chǔ)層包括區(qū)塊鏈和Jakarta EE，支撐高速公路建設(shè)監(jiān)管平臺的整體架構(gòu)。Jakarta EE（原名Java EE）是一個用于構(gòu)建企業(yè)級Java應(yīng)用程序的平臺和規(guī)范集合。它提供了一組標(biāo)準(zhǔn)的API和服務(wù)，用于開發(fā)和部署分布式、可擴(kuò)展和可靠的企業(yè)應(yīng)用程序。適配層包括區(qū)塊鏈接口、區(qū)塊鏈智能合約、數(shù)據(jù)加密服務(wù)、數(shù)據(jù)集成服務(wù)等基礎(chǔ)支撐服務(wù)。服務(wù)層是平臺的主要業(yè)務(wù)服務(wù)功能，具體包括三塊服務(wù)：業(yè)務(wù)服務(wù)、區(qū)塊鏈服務(wù)、通用服務(wù)。為增加技術(shù)棧的靈活性、程序的可擴(kuò)展性，平臺采用前后端分離的B/S架構(gòu)，展示層即通過瀏覽器供用戶進(jìn)行交互。

3.4 高速公路建設(shè)監(jiān)管平臺功能架構(gòu)

根據(jù)3.1節(jié)對平臺主體職責(zé)和需求的描述，高速公路建設(shè)監(jiān)管平臺有兩部分核心功能：一是區(qū)塊鏈平臺提供的數(shù)據(jù)上鏈、數(shù)據(jù)溯源功能。二是面對三類主體的業(yè)務(wù)功能，包括數(shù)據(jù)填報、數(shù)據(jù)上報及審核、風(fēng)險管控、督辦通知、數(shù)據(jù)可視化五個核心功能。

數(shù)據(jù)上鏈功能：數(shù)據(jù)上鏈的過程包括創(chuàng)建交易、簽名交易、廣播交易、驗(yàn)證交易、打包交易進(jìn)區(qū)塊，最終將區(qū)塊添加到鏈上，并在網(wǎng)絡(luò)中復(fù)制和存儲數(shù)據(jù)。這個過程確保了數(shù)據(jù)的安全性、不可篡改性和去中心化特性，使得區(qū)塊鏈成為一種可信賴的分布式數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)溯源：數(shù)據(jù)溯源過程涉及記錄數(shù)據(jù)源、時間戳、數(shù)字簽名、不可篡改的哈希值、智能合約審計。記錄數(shù)據(jù)源，確保每個數(shù)據(jù)條目都附帶了相關(guān)的數(shù)據(jù)源信息，以標(biāo)識數(shù)據(jù)的來源；時間戳，每個數(shù)據(jù)記錄都應(yīng)包含時間戳，以標(biāo)識數(shù)據(jù)創(chuàng)建或修改的時間；數(shù)字簽名，用戶使用私鑰對交易和數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字簽名，以驗(yàn)證其真實(shí)性和完整性；不可篡改的哈希值，對每個數(shù)據(jù)記錄計算哈希值，將哈希值存儲在區(qū)塊鏈上。智能合約審計，利用智能合約來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)溯源規(guī)則，智能合約可以確保數(shù)據(jù)只能按照特定規(guī)則進(jìn)行更新和修改，同時記錄數(shù)據(jù)的歷史。

數(shù)據(jù)填報功能：該功能提供監(jiān)管環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的新增、導(dǎo)入、編輯、刪除功能，供建設(shè)單位對監(jiān)管環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行填報和自我審查。

數(shù)據(jù)上報及審核功能：數(shù)據(jù)上報及審核功能包括數(shù)據(jù)確認(rèn)、提交申報、數(shù)據(jù)撤回、數(shù)據(jù)審核四個子功能。數(shù)據(jù)確認(rèn)，建設(shè)單位在進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)新增編輯后，在提交申報前可對數(shù)據(jù)進(jìn)行二次檢查確認(rèn)，來確保提交申報的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。提交申報，在對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)后，可以提交申報，進(jìn)入數(shù)據(jù)審核階段。數(shù)據(jù)撤回，對審核流程中的數(shù)據(jù)，提供申報人可進(jìn)行數(shù)據(jù)撤回的功能。存在已提交到審核流程但發(fā)現(xiàn)需要修改部分內(nèi)容的數(shù)據(jù)時，申報人可進(jìn)行撤回修改后再申報，但不能撤回審批已結(jié)束的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)審核，為確保各單位填報數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，需對所填報的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)審核，包括建設(shè)單位自審、行業(yè)監(jiān)管部門及紀(jì)檢監(jiān)察部門的審核等。審核完成的數(shù)據(jù)將進(jìn)行上鏈存證，用于作為上級單位監(jiān)管及廉潔風(fēng)險識別的依據(jù)。最終目的是通過數(shù)據(jù)審核來確保溯源數(shù)據(jù)的可靠性。

風(fēng)險管控功能：建設(shè)單位可對風(fēng)險進(jìn)行掃描、監(jiān)控、認(rèn)定、忽略、撤銷忽略等操作；通過風(fēng)險掃描結(jié)果可生成風(fēng)險報告，實(shí)現(xiàn)報告在線瀏覽、下載等功能。

督辦通知功能：督辦通知板塊中，各建設(shè)單位部門可對各項(xiàng)目下發(fā)督辦通知，并對下級單位的回復(fù)進(jìn)行復(fù)查，即督辦通知功能包括督辦信息、督辦整改、督辦復(fù)查三個子功能

數(shù)據(jù)可視化：鏈上數(shù)據(jù)的綜合信息情況、工程項(xiàng)目整體情況匯總、信用賬戶評價總覽信息。鏈上數(shù)據(jù)的綜合信息情況包含區(qū)塊高度、上鏈交易總量、當(dāng)日出塊數(shù)、當(dāng)日上鏈交易量；工程項(xiàng)目整體情況匯總包含項(xiàng)目總數(shù)、項(xiàng)目階段統(tǒng)計、項(xiàng)目支付情況匯總、項(xiàng)目執(zhí)行狀態(tài)分析；信用賬戶評價總覽信息，不同類型企業(yè)的信用等級匯總數(shù)據(jù)、高風(fēng)險企業(yè)預(yù)警。

4 結(jié)束語

高速公路建設(shè)監(jiān)管是高速公路建設(shè)工作中不可缺少的一環(huán)，該文通過對傳統(tǒng)監(jiān)管存在的問題、區(qū)塊鏈的技術(shù)特性和相關(guān)研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析后，提出了基于區(qū)塊鏈的高速公路建設(shè)監(jiān)管平臺。該平臺可以幫助高速公路監(jiān)管單位匯聚監(jiān)管關(guān)鍵數(shù)據(jù)、提升數(shù)據(jù)安全水平、保證數(shù)據(jù)不被篡改，有效推動了高速公路建設(shè)監(jiān)管工作的實(shí)施。

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