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摘 要：区块链是分布式数据存储、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，具有去中心化、开放性、自治性、信息不可篡改、匿名性等特点，本文解析区块链技术的内涵、特性、架构模型、核心技术，以传统航运发展概况为导向，浅谈区块链技术在港口应用过程中面临的挑战。
区块链是分布式数据存储、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。[1] 区块链（Blockchain），是比特币的一个重要概念，它本质上是一个去中心化的数据库，同时作为比特币的底层技术，是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一批次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的有效性（防伪）和生成下一个区块。[2]比特币白皮书英文原版[3]其实并未出现 blockchain 一词，而是使用的 chain of blocks。最早的比特币白皮书中文翻译版[4]中，将 chain of blocks 翻译成了区块链。这是“区块链”这一中文词最早的出现时间。国家互联网信息办公室2019年1月10日发布《区块链信息服务管理规定》，自2019年2月15日起施行。[5]
1 区块链的内涵
狭义来讲，区块链是一种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。
广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式[6]。
2 区块链的特点有以下五个
2.1 去中心化
由于使用分布式核算和存储，体系不存在中心化的硬件或管理机构，任意节点的权利和义务都是均等的，系统中的数据块由整个系统中具有维护功能的节点来共同维护。
2.2 开放性
系统是开放的，除了交易各方的私有信息被加密外，区块链的数据对所有人公开，任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用，因此整个系统信息高度透明。
2.3 自治性
区块链采用基于协商一致的规范和协议（比如一套公开透明的算法）使得整个系统中的所有节点能够在去信任的环境自由安全的交换数据，使得对“人”的信任改成了对机器的信任，任何人为的干预不起作用。
2.4 信息不可篡改
一旦信息经过验证并添加至区块链，就会永久的存储起来，除非能够同时控制住系统中超过51%的节点，否则单个节点上对数据库的修改是无效的，因此区块链的数据稳定性和可靠性极高。
2.5 匿名性
由于节点之间的交换遵循固定的算法，其数据交互是无需信任的（区块链中的程序规则会自行判断活动是否有效），因此交易对手无须通过公开身份的方式让对方对自己产生信任，对信用的累积非常有帮助。[1]
3 架构模型
区块链系统由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等基础数据和基本算法;网络层则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等;共识层主要封装网络节点的各类共识算法;激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来，主要包括经济激励的发行机制和分配机制等;合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础;应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。该模型中，基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识算力的经济激励和灵活可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新点[6]。
4 核心技术
区块链主要解决交易的信任和安全问题，有四个技术创新：
第一个叫分布式账本，就是交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成，而且每一个节点都记录的是完整的账目，因此它们都可以参与监督交易合法性，同时也可以共同为其作证。
第二个叫做非对称加密和授权技术，存储在区块链上的交易信息是公开的，但是账户身份信息是高度加密的，只有在数据拥有者授权的情况下才能访问到，从而保证了数据的安全和个人的隐私。
第三个叫做共识机制，就是所有记账节点之间怎么达成共识，去认定一个记录的有效性，这既是认定的手段，也是防止篡改的手段。
第四个叫做智能合约，智能合约是基于这些可信的不可篡改的数据，可以自动化的执行一些预先定义好的规则和条款。
5 区块链技术在港口的应用
5.1 智能单证
智能单证的核心是区块链智能合约技术，单证相关人员系统生成的汽运进港作业凭证上传到区块链各节点，系统自动对数据进行推演，运费及运输环节构成是透明的，货主可方便地查看费用详情。
5.2 智能监管
港口业务的核心是货物，上游客户通过商务合同将货物运输到港口进行装卸作业，随后运输到下游客户签收。在这个流程中，下游客户比较关注货物在运输途中以及港口的装卸情况，客户贷款时银行也比较关注是否有足够的货物进行质押，口岸查验单位比较关注货物在港口的情况。将货物在运输途中、港口装卸及确权信息进行上传到供应链的各个节点，可以满足各个货物相关人的需要，下游客户随时掌握货物的动态，银行实施关注质押货物及发运动态，口岸查验单位实现实时动态监管。由于区块链上的信息不可篡改，也有助于了解企业的经营状况。
6 区块链技术面临的挑战
区块链更广泛的应用于商业领域，虽然区块链被认为具有颠覆航运业的潜力，由于航运业具有节点多、流程复杂、原有运作模式较成熟且被广泛应用等特点，区块链现阶段还很难介入航运业，要让区块链更适合航运应用场景，以下几个问题需要得到解决。
（1）社会认可程度不高。区块链技术的痛点在于缺乏有权威的第三方监管的前提下，让区块链各相关人解决信任的问题。区块链技术应用于航运业除了提高社会公信力，还要加强国家、区块链企业和科研机构的深入合作。
（2）缺乏统一的标准和规范。目前区块链技术已经被运用于艺术行业、法律行业、开发行业、房地产行业、物联网、保险行业等多个领域。在各个领域的应用过程中，都是自行搭建节点，自行开发，自行测试，并未形成统一的标准，各个领域各自为战，除了在规范性存在问题外，在数据的通用性方面存在。
（3）国际、国内航运业数据壁垒严重。说到航运业不得不提到口岸查验单位，国内的海事、海关、边检都是各自建立软件系统，数据壁垒很难打通，国际方面的数据打通更是难上加难。因此，將航运领取的所有数据存放在区块链，并实现数据的共享，需要较长的时间，尤其是要改变政府的服务方式。
（4）航运业面临艰难和不可预测的未来。产能过剩、信托问题、利润下降、竞争日益激烈，这些挑战以及社会对物流供应链的透明度、问责机制和责任感的更高要求，将推动行业探索新的解决方案。
参考文献
[1]5分钟保证能看懂的区块链简史：解读这场技术革命的前世今生.新浪网.2018-1-12[引用日期2018-1-12]
[2]区块链：定义未来金融与经济新格局.百度百科[引用日期2017-01-19]
[3]Bitcoin：A Peer-to-Peer Electronic Cash System .Bitcoin.org[引用日期2019-01-05]
区块链是分布式数据存储、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。[1] 区块链（Blockchain），是比特币的一个重要概念，它本质上是一个去中心化的数据库，同时作为比特币的底层技术，是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一批次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的有效性（防伪）和生成下一个区块。[2]比特币白皮书英文原版[3]其实并未出现 blockchain 一词，而是使用的 chain of blocks。最早的比特币白皮书中文翻译版[4]中，将 chain of blocks 翻译成了区块链。这是“区块链”这一中文词最早的出现时间。国家互联网信息办公室2019年1月10日发布《区块链信息服务管理规定》，自2019年2月15日起施行。[5]
1 区块链的内涵
狭义来讲，区块链是一种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。
广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式[6]。
2 区块链的特点有以下五个
2.1 去中心化
由于使用分布式核算和存储，体系不存在中心化的硬件或管理机构，任意节点的权利和义务都是均等的，系统中的数据块由整个系统中具有维护功能的节点来共同维护。
2.2 开放性
系统是开放的，除了交易各方的私有信息被加密外，区块链的数据对所有人公开，任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用，因此整个系统信息高度透明。
2.3 自治性
区块链采用基于协商一致的规范和协议（比如一套公开透明的算法）使得整个系统中的所有节点能够在去信任的环境自由安全的交换数据，使得对“人”的信任改成了对机器的信任，任何人为的干预不起作用。
2.4 信息不可篡改
一旦信息经过验证并添加至区块链，就会永久的存储起来，除非能够同时控制住系统中超过51%的节点，否则单个节点上对数据库的修改是无效的，因此区块链的数据稳定性和可靠性极高。
2.5 匿名性
由于节点之间的交换遵循固定的算法，其数据交互是无需信任的（区块链中的程序规则会自行判断活动是否有效），因此交易对手无须通过公开身份的方式让对方对自己产生信任，对信用的累积非常有帮助。[1]
3 架构模型
区块链系统由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等基础数据和基本算法;网络层则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等;共识层主要封装网络节点的各类共识算法;激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来，主要包括经济激励的发行机制和分配机制等;合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础;应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。该模型中，基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识算力的经济激励和灵活可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新点[6]。
4 核心技术
区块链主要解决交易的信任和安全问题，有四个技术创新：
第一个叫分布式账本，就是交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成，而且每一个节点都记录的是完整的账目，因此它们都可以参与监督交易合法性，同时也可以共同为其作证。
第二个叫做非对称加密和授权技术，存储在区块链上的交易信息是公开的，但是账户身份信息是高度加密的，只有在数据拥有者授权的情况下才能访问到，从而保证了数据的安全和个人的隐私。
第三个叫做共识机制，就是所有记账节点之间怎么达成共识，去认定一个记录的有效性，这既是认定的手段，也是防止篡改的手段。
第四个叫做智能合约，智能合约是基于这些可信的不可篡改的数据，可以自动化的执行一些预先定义好的规则和条款。
5 区块链技术在港口的应用
5.1 智能单证
智能单证的核心是区块链智能合约技术，单证相关人员系统生成的汽运进港作业凭证上传到区块链各节点，系统自动对数据进行推演，运费及运输环节构成是透明的，货主可方便地查看费用详情。
5.2 智能监管
港口业务的核心是货物，上游客户通过商务合同将货物运输到港口进行装卸作业，随后运输到下游客户签收。在这个流程中，下游客户比较关注货物在运输途中以及港口的装卸情况，客户贷款时银行也比较关注是否有足够的货物进行质押，口岸查验单位比较关注货物在港口的情况。将货物在运输途中、港口装卸及确权信息进行上传到供应链的各个节点，可以满足各个货物相关人的需要，下游客户随时掌握货物的动态，银行实施关注质押货物及发运动态，口岸查验单位实现实时动态监管。由于区块链上的信息不可篡改，也有助于了解企业的经营状况。
6 区块链技术面临的挑战
区块链更广泛的应用于商业领域，虽然区块链被认为具有颠覆航运业的潜力，由于航运业具有节点多、流程复杂、原有运作模式较成熟且被广泛应用等特点，区块链现阶段还很难介入航运业，要让区块链更适合航运应用场景，以下几个问题需要得到解决。
（1）社会认可程度不高。区块链技术的痛点在于缺乏有权威的第三方监管的前提下，让区块链各相关人解决信任的问题。区块链技术应用于航运业除了提高社会公信力，还要加强国家、区块链企业和科研机构的深入合作。
（2）缺乏统一的标准和规范。目前区块链技术已经被运用于艺术行业、法律行业、开发行业、房地产行业、物联网、保险行业等多个领域。在各个领域的应用过程中，都是自行搭建节点，自行开发，自行测试，并未形成统一的标准，各个领域各自为战，除了在规范性存在问题外，在数据的通用性方面存在。
（3）国际、国内航运业数据壁垒严重。说到航运业不得不提到口岸查验单位，国内的海事、海关、边检都是各自建立软件系统，数据壁垒很难打通，国际方面的数据打通更是难上加难。因此，將航运领取的所有数据存放在区块链，并实现数据的共享，需要较长的时间，尤其是要改变政府的服务方式。
（4）航运业面临艰难和不可预测的未来。产能过剩、信托问题、利润下降、竞争日益激烈，这些挑战以及社会对物流供应链的透明度、问责机制和责任感的更高要求，将推动行业探索新的解决方案。
参考文献
[1]5分钟保证能看懂的区块链简史：解读这场技术革命的前世今生.新浪网.2018-1-12[引用日期2018-1-12]
[2]区块链：定义未来金融与经济新格局.百度百科[引用日期2017-01-19]
[3]Bitcoin：A Peer-to-Peer Electronic Cash System .Bitcoin.org[引用日期2019-01-05]