區(qū)塊鏈在危化品安全管理中的應(yīng)用探討

阮環(huán)陽 張萬里

(1.浙江國際海運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)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

近十年我國石油化工生產(chǎn)安全事故總數(shù)和傷亡人數(shù)均呈下降趨勢，但近幾年重特大化工生產(chǎn)事故時(shí)有發(fā)生，如2015年“8·12天津港”、2019年“3·21江蘇響水”等爆炸事故，給國民經(jīng)濟(jì)造成了重大損失。隨著新媒體傳播技術(shù)的進(jìn)步，化工安全事故輿情影響逐漸增大，從業(yè)人員和生產(chǎn)主體的安全管理意識(shí)逐漸增強(qiáng)，企業(yè)在安全管理方面投入的成本也逐年增加。但是，技術(shù)手段的改進(jìn)仍只停留在生產(chǎn)現(xiàn)場安全監(jiān)督體系升級改造、增加HAZOP危險(xiǎn)性因素分析等傳統(tǒng)方法上[1-2]，對于先進(jìn)技術(shù)如大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等領(lǐng)域的關(guān)注與應(yīng)用尚處于起步階段。

1 危化品安全管理工作的形勢

危險(xiǎn)化學(xué)品(簡稱危化品)是指具有毒害、腐蝕、爆炸、燃燒和助燃等性質(zhì)，對人體、設(shè)施及環(huán)境具有危害的劇毒化學(xué)品和其他化學(xué)品。危化品安全管理涉及其生產(chǎn)、倉儲(chǔ)、使用、運(yùn)輸和經(jīng)營等各個(gè)環(huán)節(jié)。近十年我國在政府和企業(yè)兩個(gè)層面主要從以下幾個(gè)方面開展危化品的安全管理工作。

1.1 政府層面優(yōu)化頂層設(shè)計(jì)，完善安全管理制度

一是以法律政策保障危化品的安全生產(chǎn)、流通與使用，落實(shí)安全生產(chǎn)責(zé)任制，加強(qiáng)對從業(yè)主體的約束管理[3]。二是針對“化工圍城”等突出問題，通過優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，將分散的化工生產(chǎn)企業(yè)集中搬遷，進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃與指導(dǎo)，淘汰落后產(chǎn)能，推進(jìn)化工園區(qū)和綠色石化基地建設(shè)，對危化品進(jìn)行集中生產(chǎn)處理，減少中間流通環(huán)節(jié)[4]。三是針對危化品運(yùn)輸?shù)闹攸c(diǎn)環(huán)節(jié)，建立了有關(guān)車輛、人員、道路和物流等方面的針對性政策制度，如加強(qiáng)對危化品道路運(yùn)輸車輛的管理[5-6]，加強(qiáng)對危化品運(yùn)輸人員的安全培訓(xùn)，改進(jìn)車輛、包裝和安全設(shè)備設(shè)施的裝配水平[7]。

1.2 企業(yè)層面推進(jìn)科技強(qiáng)安，建立安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化體系

一是通過加強(qiáng)培訓(xùn)管理，提升崗位人員安全責(zé)任意識(shí)；貫徹安全教育制度，強(qiáng)化安全技術(shù)培訓(xùn)和考核，提升崗位人員專業(yè)素質(zhì)和知識(shí)水平；完善安全檢查制度，加大安全巡檢頻率并建立監(jiān)督機(jī)制，對違規(guī)作業(yè)進(jìn)行制約管理[8]。二是進(jìn)行技術(shù)改造和升級，對儀表控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，提升自動(dòng)化水平；增設(shè)預(yù)警報(bào)警系統(tǒng)裝置，減少危險(xiǎn)崗位作業(yè)人員；生產(chǎn)環(huán)節(jié)引進(jìn)如化工過程危害分析(HAZOP分析)、保護(hù)層分析(LOPA)及SIL定級分析等重要危化品安全風(fēng)險(xiǎn)分析工具[2,9]。近幾年，以中石化為代表的大型能源公司在流通環(huán)節(jié)發(fā)展了以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的危化品運(yùn)輸監(jiān)控管理系統(tǒng)，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，國務(wù)院調(diào)查組建議建立全國統(tǒng)一的危化品監(jiān)管信息平臺(tái)，利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)手段,對危化品的生產(chǎn)、經(jīng)營、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用及廢棄處置進(jìn)行全過程、全鏈條的信息化管理，實(shí)現(xiàn)危化品來源可循、去向可溯、狀態(tài)可控，實(shí)現(xiàn)企業(yè)、監(jiān)管部門、公安消防部門及專業(yè)應(yīng)急救援隊(duì)伍之間信息共享。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)概述

區(qū)塊鏈技術(shù)被認(rèn)為是第四次工業(yè)革命的重要驅(qū)動(dòng)力之一。區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N將數(shù)據(jù)區(qū)塊根據(jù)時(shí)間戳以鏈?zhǔn)较噙B并以密碼學(xué)方式保證不可篡改和不可偽造的分布式賬本技術(shù)[12-13]。隨著區(qū)塊鏈在數(shù)字加密貨幣中的成功應(yīng)用，它正在加速與各領(lǐng)域的融合，如金融、民生、政務(wù)、智慧城市和工業(yè)控制等領(lǐng)域。區(qū)塊鏈技術(shù)的集成應(yīng)用在技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)變革中起著重要作用，把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新的重要突破口，加快推動(dòng)區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新共同發(fā)展[14-15]。

現(xiàn)行的危化品安全管理辦法體系復(fù)雜，在生產(chǎn)和流通過程中多采用中心化模式進(jìn)行管理，即上下級負(fù)責(zé)制，同級部門之間不存在相互制約的關(guān)系，信息分享不暢通。例如，消防部門在面對易燃危化品事故時(shí)，不能在第一時(shí)間得知事故現(xiàn)場的危化品儲(chǔ)存數(shù)量、種類和處置方法，導(dǎo)致消防員在化學(xué)災(zāi)害事故救援時(shí)可能造成自身傷害。區(qū)塊鏈技術(shù)采用去中心化模式，即分布式賬本，將原來只有一個(gè)賬本的管理變成多個(gè)區(qū)塊的多賬本管理，這個(gè)賬本即“鏈塊”記錄著所有權(quán)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)和價(jià)值等信息，每個(gè)人都有權(quán)限訪問并參與其中。該賬本可以及時(shí)進(jìn)行更新，同時(shí)驗(yàn)證賬本各方是否達(dá)成共識(shí)。加入賬本中的數(shù)據(jù)不可隨意篡改，只有對每個(gè)人都有效才會(huì)允許更新，賬本數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)中不同的網(wǎng)址、位置或機(jī)構(gòu)進(jìn)行共享。網(wǎng)絡(luò)中所有參與者都有自己的賬本身份信息副本，賬本中任何改變都會(huì)反映到各方的副本中。區(qū)塊鏈技術(shù)使得同級部門之間建立起相互制約和信任的關(guān)系。將區(qū)塊鏈技術(shù)引入危化品安全管理，使危化品事故處理由被動(dòng)應(yīng)對轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極預(yù)防。

3 “區(qū)塊鏈+危化品安全管理”的應(yīng)用模型

目前區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于化學(xué)品物流的交易環(huán)節(jié)，針對危化品的生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用等其他環(huán)節(jié)的應(yīng)用尚停留在理論探索階段[16-18]。本文參照區(qū)塊鏈技術(shù)在金融、教育及工業(yè)控制等領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展情況[19-20]，結(jié)合危化品安全管理現(xiàn)狀與需求，構(gòu)建將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于危化品安全管理的模型。

3.1 構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的危化品數(shù)據(jù)管理網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

該危化品數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)由參與危化品生產(chǎn)、運(yùn)輸、經(jīng)營和消費(fèi)的企業(yè)，以及消防、公安和政府監(jiān)管部門等節(jié)點(diǎn)共同參與賬本建設(shè)。在網(wǎng)絡(luò)賬本中，由危化品生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)生第一組源頭數(shù)據(jù)，生產(chǎn)企業(yè)在危化品出廠之前發(fā)布其種類、數(shù)量、包裝等“創(chuàng)世”數(shù)據(jù)信息，并生成對應(yīng)的RFID數(shù)據(jù)標(biāo)簽。信息存入?yún)^(qū)塊鏈以后，由經(jīng)營和生產(chǎn)企業(yè)生成交易信息，轉(zhuǎn)交運(yùn)輸企業(yè)完成運(yùn)輸交易，各節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身實(shí)際職能參與維護(hù)更新危化品賬本數(shù)據(jù)，如圖1所示。節(jié)點(diǎn)之間相互信任的關(guān)系通過共識(shí)算法來實(shí)現(xiàn)共享數(shù)據(jù)，由于賬本數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中存在多個(gè)副本，即使某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生賬本遺失也不會(huì)影響數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。這樣的存儲(chǔ)邏輯關(guān)系成為構(gòu)建分布式網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，改變了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理中存在上下級制度的中心節(jié)點(diǎn)模式，實(shí)現(xiàn)了危化品數(shù)據(jù)的公開透明與共建維護(hù)。

圖1 分布式賬本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3.2 危化品數(shù)據(jù)賬本區(qū)塊鏈建設(shè)

危化品數(shù)據(jù)賬本區(qū)塊鏈建設(shè)的本質(zhì)是通過哈希函數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與交易共識(shí)。區(qū)塊鏈通常并不直接用來保存原始數(shù)據(jù)或存儲(chǔ)相關(guān)交易過程,而是直接用來保存其中的哈希函數(shù)值,即將原始數(shù)據(jù)編碼為特定時(shí)間長度的由數(shù)字和英文字母組成的字符串后記入其中的區(qū)塊鏈。充分利用哈希函數(shù)的特點(diǎn),有效保障區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)符合一定的邏輯常理,保證存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的有效性。每個(gè)區(qū)塊由當(dāng)前區(qū)塊頭和相鄰區(qū)塊體共同構(gòu)成,區(qū)塊頭由散列值、時(shí)間戳、當(dāng)前區(qū)塊頭對Pow計(jì)算問題的難度值、當(dāng)前區(qū)塊頭對Pow計(jì)算問題的解(以及滿足要求的隨機(jī)哈希函數(shù))及Merkle根組成；區(qū)塊體則包含了關(guān)于區(qū)塊的完整交易信息和Merkle樹。時(shí)間戳是通過在每一個(gè)前置區(qū)塊頭中直接封裝一個(gè)前置區(qū)塊頭哈希值的方式,將每個(gè)區(qū)塊相互進(jìn)行連接從而形成鏈?zhǔn)降慕Y(jié)構(gòu)。其工作原理主要是通過利用時(shí)間戳對區(qū)塊頭的前后排列哈希值對應(yīng)的每一個(gè)位置區(qū)塊進(jìn)行了標(biāo)記,時(shí)間戳Time對每一個(gè)區(qū)塊在鏈中的前后排列順序和時(shí)間進(jìn)行了確認(rèn),區(qū)塊的前后順序排列與時(shí)間戳進(jìn)行標(biāo)記的區(qū)塊歷史時(shí)間順序一致,當(dāng)區(qū)塊頭哈希函值發(fā)生變化時(shí),相鄰區(qū)塊頭的前后排列哈希值隨之發(fā)生變化,則區(qū)塊需重新計(jì)算哈希值以確定新的前置區(qū)塊順序和時(shí)間關(guān)系,由此形成了具有時(shí)間前后順序的鏈?zhǔn)絽^(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)，如圖2所示。編號為N的當(dāng)前區(qū)塊頭哈希值為Hash(N)，在交易流通中該區(qū)塊的危化品賬本數(shù)據(jù)發(fā)生變動(dòng)時(shí)，一定會(huì)引起 Hash(N)變化。而且由于該哈希值與編號為N+1的區(qū)塊頭哈希值Hash(N+1)存在聯(lián)動(dòng)效應(yīng)，即Hash(N)的變化會(huì)引起Hash(N+1)的變化，這種變化進(jìn)而沿著鏈生長方向傳遞下去，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的順序儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)。可以理解為當(dāng)區(qū)塊頭N哈希值發(fā)生變化時(shí)，在N之后的所有區(qū)塊頭哈希值均隨之發(fā)生變化，新的哈希值由服務(wù)器更新計(jì)算。區(qū)塊頭設(shè)計(jì)的優(yōu)勢是體積小，其數(shù)據(jù)容量通常占整個(gè)區(qū)塊鏈體積的千分之一以下，所以為輕型節(jié)點(diǎn)如智能手機(jī)、平板電腦、移動(dòng)計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)提供依據(jù)。

圖2 危化品區(qū)塊鏈模型

危化品數(shù)據(jù)賬本區(qū)塊鏈的使用可在以下方面起到重要作用：①縮減生產(chǎn)企業(yè)、運(yùn)輸單位、消防部門、監(jiān)管部門之間的溝通成本，提升危化品使用及調(diào)度過程的效率，解決危化品數(shù)據(jù)造假等漏洞問題；②企業(yè)用戶通過加密技術(shù)和匿名化處理，對自己的數(shù)據(jù)有選擇地進(jìn)行加密或者公開，保護(hù)了經(jīng)營者的商業(yè)秘密；③區(qū)塊鏈技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)危化品的生產(chǎn)、運(yùn)輸、消費(fèi)全供應(yīng)鏈信息共享。

4 區(qū)塊鏈應(yīng)用于危化品安全管理面臨的問題

4.1 數(shù)據(jù)的采集與真實(shí)性

區(qū)塊鏈技術(shù)本身具有相當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)防篡改安全特性，但是數(shù)據(jù)本身是由各節(jié)點(diǎn)參與生成的，這就需要保障數(shù)據(jù)錄入的真實(shí)性，而目前危化品數(shù)據(jù)的全維全時(shí)采集仍然發(fā)展滯后，主要是企業(yè)的信息化程度仍然不高。解決數(shù)據(jù)的采集與保障真實(shí)性等問題，需要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。首先需要將數(shù)據(jù)和設(shè)備聯(lián)網(wǎng)上鏈，危化品生產(chǎn)企業(yè)對即將流通的危化品發(fā)出“創(chuàng)世”信息，在后續(xù)流通中要求每個(gè)參與主體都依照相同的申請流程，對產(chǎn)生的交易數(shù)據(jù)包括危化品的儲(chǔ)存數(shù)量及地點(diǎn)、MSDS信息、主要用途、危險(xiǎn)特性、儲(chǔ)存使用和運(yùn)輸?shù)陌踩蟆⒊霈F(xiàn)危險(xiǎn)情況的應(yīng)急處置措施等內(nèi)容進(jìn)行合法錄入，以實(shí)現(xiàn)一定程度的信息共享，為監(jiān)管、公安等部門提供真實(shí)有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)和執(zhí)法依據(jù)。

4.2 數(shù)據(jù)安全與隱私

在區(qū)塊鏈上，采用非對稱加密技術(shù)通過一對公鑰和私鑰進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，只有對應(yīng)的公鑰和私鑰才能打開閱讀賬本數(shù)據(jù)。公鑰對全網(wǎng)用戶公開，所有信息公開透明，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一份完整的數(shù)據(jù)備份，保證各區(qū)塊數(shù)據(jù)的開放性和透明性；私鑰只對用戶本身或授權(quán)者開放，但數(shù)據(jù)安全完全由私鑰決定，私鑰一旦泄露或者丟失，將會(huì)有不可預(yù)知的風(fēng)險(xiǎn)。因此，“去中心化”的特點(diǎn)也可能會(huì)帶來一定的監(jiān)管難題。

5 結(jié)語

分析危化品導(dǎo)致的事故和人身傷害，發(fā)現(xiàn)根本原因是對危化品的管理不善。按照現(xiàn)行《危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理?xiàng)l例》的要求，監(jiān)管體系復(fù)雜，部門間信息交流不暢，數(shù)據(jù)共享程度不高，也使危化品安全監(jiān)管工作難上加難。

危化品安全管理領(lǐng)域與區(qū)塊鏈有著良好的應(yīng)用契合點(diǎn)，雖然目前還無法準(zhǔn)確預(yù)估區(qū)塊鏈技術(shù)對危化品安全管理領(lǐng)域?qū)?huì)產(chǎn)生多大影響，但是就區(qū)塊鏈技術(shù)的特點(diǎn)而言，區(qū)塊鏈技術(shù)有助于簡化復(fù)雜的流程，實(shí)現(xiàn)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還能對危化品數(shù)據(jù)進(jìn)行分散收集、精確分析與聯(lián)動(dòng)管理，讓各部門之間的信息溝通更便捷。區(qū)塊鏈技術(shù)有助于各部門進(jìn)行危化品的溯源管理，通過對化工廠中危化品的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)籌管理，能幫助化工廠更合理地進(jìn)行危化品的儲(chǔ)存和管理；區(qū)塊鏈技術(shù)還能將可穿戴設(shè)備上的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，通過與消防等部門互通互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對危化品的實(shí)時(shí)有效跟蹤，消除部門之間的溝通壁壘。將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用在危化品安全管理中，能豐富現(xiàn)行危化品管理的技術(shù)手段，減少石油化工行業(yè)事故發(fā)生的頻率，預(yù)防重特大事故的發(fā)生；能為消防、環(huán)保和安監(jiān)等部門迅速提供泄漏物質(zhì)的種類、性質(zhì)以及該物質(zhì)的分布情況，為事故發(fā)生后的處理方案提供最及時(shí)準(zhǔn)確的救援依據(jù)，最大程度降低次生災(zāi)害的發(fā)生。