區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)村智慧水利建設(shè)中的應(yīng)用

李俊杰 劉亞茹 吳 霞

（河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

0 引言

水利是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展及社會(huì)進(jìn)步的重要條件之一，是社會(huì)大眾賴以生存的基礎(chǔ)條件。現(xiàn)階段，區(qū)塊鏈技術(shù)逐漸影響和改變?nèi)藗兊纳詈蜕a(chǎn)方式，使水利現(xiàn)代化建設(shè)也不再局限于工程建設(shè)，而是轉(zhuǎn)向智慧水利建設(shè)。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)概論

區(qū)塊鏈技術(shù)起源于20世紀(jì)80年代，是利用塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)驗(yàn)證與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點(diǎn)共識(shí)算法來(lái)生成和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學(xué)的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問(wèn)安全、利用由自動(dòng)化腳本代碼組成的智能合約來(lái)編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計(jì)算范式。用區(qū)塊鏈技術(shù)所串接的分布式賬本能讓兩方有效紀(jì)錄交易，且可永久查驗(yàn)此交易。當(dāng)前，區(qū)塊鏈技術(shù)最大的應(yīng)用是數(shù)字貨幣。對(duì)于農(nóng)村智慧水利建設(shè)工程，區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用能保證工程施工質(zhì)量與準(zhǔn)確性，實(shí)際應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)

2 區(qū)塊鏈技術(shù)特點(diǎn)

2.1 去中心化

在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，任意節(jié)點(diǎn)的權(quán)利和義務(wù)都是均等的，所有的節(jié)點(diǎn)都有能力用計(jì)算能力投票，從而保證得到承認(rèn)的結(jié)果是過(guò)半數(shù)節(jié)點(diǎn)公認(rèn)的結(jié)果。加之該技術(shù)所具備的密碼學(xué)和共識(shí)機(jī)制能夠確保各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間直接交換數(shù)據(jù)和信息，無(wú)須第三方再次認(rèn)證，因此，在日常數(shù)據(jù)管理環(huán)節(jié)，任何一節(jié)點(diǎn)的缺少都不會(huì)影響區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)揮作用。

2.2 公開性

區(qū)塊鏈技術(shù)通過(guò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)所達(dá)成的共識(shí)管理制度具有顯著優(yōu)勢(shì)。由于區(qū)塊鏈技術(shù)中的信息和數(shù)據(jù)主要以副本的形式儲(chǔ)存在各個(gè)節(jié)點(diǎn)，因而每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以通過(guò)公鑰管理信息的精準(zhǔn)程度，不僅能確保系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)則及數(shù)據(jù)內(nèi)容的公開性與透明性，還能保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性與安全性。

2.3 無(wú)法更改

區(qū)塊鏈技術(shù)中的共識(shí)區(qū)域可以確保所有節(jié)點(diǎn)達(dá)成一致性，在同步修改各自副本的同時(shí)，讓所有節(jié)點(diǎn)中內(nèi)容相同。但是為了保證副本內(nèi)容的精準(zhǔn)性，其節(jié)點(diǎn)更改率只有大于50%才能從根本上更改區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)與信息。

2.4 可追溯

區(qū)塊鏈在實(shí)施過(guò)程中，需要按照時(shí)間順序和流程連接成數(shù)據(jù)鏈，并且一旦形成數(shù)據(jù)鏈，將不能輕易修改。因此，該技術(shù)具有較強(qiáng)的追溯性。

2.5 安全穩(wěn)定

在共同保護(hù)機(jī)制中，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)之間應(yīng)相互信任，所以無(wú)須公開身份信息就能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)之間的交流與溝通，并且節(jié)點(diǎn)信息隱私受到基礎(chǔ)保護(hù)。除此之外，區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)施過(guò)程中，非對(duì)稱加密計(jì)算方式中的數(shù)據(jù)與信息加密功能、共識(shí)機(jī)制所形成的強(qiáng)大計(jì)算能力都能夠有效防止和避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)泄露問(wèn)題。

3 農(nóng)村智慧水利建設(shè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

3.1 機(jī)遇

農(nóng)村智慧水利主要指的是在水利工程實(shí)際建設(shè)中，綜合應(yīng)用大數(shù)據(jù)系統(tǒng)、云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)及人工智能等全新技術(shù)，以此完成水利數(shù)據(jù)的全收集、全觀察，最大限度地增強(qiáng)水利工程預(yù)防自然災(zāi)害的基礎(chǔ)能力。現(xiàn)階段，我國(guó)農(nóng)村智慧水利發(fā)展過(guò)程中所使用的全新技術(shù)主要包含大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等。以上技術(shù)的綜合使用可以有效轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)工程建設(shè)模式，從根本上增加農(nóng)村水利建設(shè)與經(jīng)營(yíng)的科學(xué)技術(shù)含量。

開展農(nóng)村智慧水利建設(shè)能夠有效解決我國(guó)農(nóng)村水利工程落后局面，積極引進(jìn)全新技術(shù)，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模化水平，達(dá)到減少經(jīng)濟(jì)成本、提升社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)展目標(biāo)。其中，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用可以讓農(nóng)村智慧水利工程獲得更多類型和數(shù)量的信息數(shù)據(jù)，極大提升數(shù)據(jù)分析和處理的精準(zhǔn)程度與效率，完成水利工程建設(shè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收集與詳細(xì)分析，更好地為水利工程決策提供理論支持。人工智能技術(shù)的使用能夠更好地代替人力資源，只需少數(shù)技術(shù)人員就能夠進(jìn)行水利工程的全流程管理和技術(shù)操作，有效解決農(nóng)村水利工程建設(shè)時(shí)勞動(dòng)力短缺等問(wèn)題，確保工程項(xiàng)目建設(shè)能按照規(guī)劃方案更科學(xué)、合理且精準(zhǔn)地開展，確保能實(shí)時(shí)觀察、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工程建設(shè)情況。

3.2 挑戰(zhàn)

第一，我國(guó)現(xiàn)有的水利工程建設(shè)范圍較小，施工技術(shù)相對(duì)比較落后，施工人員素質(zhì)較低，致使農(nóng)業(yè)高新技術(shù)無(wú)法正常應(yīng)用，長(zhǎng)此以往導(dǎo)致水利工程建設(shè)無(wú)法正常推進(jìn)。

第二，由于農(nóng)村交通不便，一旦需要開展水利工程建設(shè)，會(huì)導(dǎo)致施工材料流通成本增加。

第三，在目前我國(guó)水利工程建設(shè)中，信息技術(shù)應(yīng)用程度明顯不高，信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)十分薄弱。加之水利工程建設(shè)所產(chǎn)生的信息和數(shù)據(jù)普遍具有量大、處理時(shí)間長(zhǎng)等，對(duì)于計(jì)算能力、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存等提出了較高的要求。

4 區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)村智慧水利建設(shè)中的應(yīng)用策略

4.1 數(shù)據(jù)安全

水利數(shù)據(jù)和信息的來(lái)源十分廣泛，其中包含水文資源、水利水電工廠、水土保持等重點(diǎn)業(yè)務(wù)和項(xiàng)目建設(shè)領(lǐng)域。目前，各部門之間數(shù)據(jù)和信息相互不流通，導(dǎo)致部門之間的“信息孤島”現(xiàn)象突出。區(qū)塊鏈技術(shù)從本質(zhì)上來(lái)看是一個(gè)分享式的共享信息和數(shù)據(jù)庫(kù)，所以利用該技術(shù)能夠解決數(shù)據(jù)與信息流通過(guò)程中信息認(rèn)證、更改及追溯源頭等核心問(wèn)題，且為解決水利工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)管理時(shí)可能存在的安全性及數(shù)據(jù)壁壘問(wèn)題提供可能。

在農(nóng)村智慧水利建設(shè)環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)管理模式無(wú)法有效且實(shí)時(shí)驗(yàn)證數(shù)據(jù)授權(quán)的有效性，不能對(duì)數(shù)據(jù)流通開展合理化控制與信息審核。相較于傳統(tǒng)的管理模式，采用區(qū)塊鏈技術(shù)時(shí)所有節(jié)點(diǎn)都可以參與信息與數(shù)據(jù)的計(jì)算和記錄，全流程數(shù)據(jù)不能隨意更改，并且可以實(shí)時(shí)共享信息授權(quán)記錄，因此該技術(shù)查詢效率較高。除此之外，該技術(shù)將每個(gè)管理區(qū)域的交易信息相互結(jié)合，有效構(gòu)建出一個(gè)完整的交易列表，而列表不可隨意改變，需要通過(guò)驗(yàn)證其他信息的可行性與安全性完成信息路徑的追溯。由此可見(jiàn)，區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)村智慧水利建設(shè)中的應(yīng)用具有安全性與共享性。

4.2 供水管理

傳統(tǒng)模式下，農(nóng)村水利供水設(shè)備的日常操作、維護(hù)及供水等數(shù)據(jù)和信息缺少備份和監(jiān)督管理，則無(wú)法保證信息記錄的真實(shí)性與系統(tǒng)性。而使用區(qū)塊鏈技術(shù)能夠?qū)⒐┧W(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、信息傳感器、信息儲(chǔ)存和中央控制模塊統(tǒng)一整合，利用分布式賬本，確保水利工程項(xiàng)目供水過(guò)程中各個(gè)施工環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)和信息的安全。與此同時(shí)，區(qū)塊鏈技術(shù)自身所具備的可追溯性及信息不可篡改性同樣有利于管理人員對(duì)于供水流程開展全面監(jiān)督，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，可以溯源，極大地提升水利工程供水流程管理的智能化程度。

4.3 用水管理

在用水管理環(huán)節(jié)，要求實(shí)時(shí)且精準(zhǔn)地針對(duì)水資源全流程開展系統(tǒng)化管理，但是實(shí)際工作中，受技術(shù)人員素質(zhì)、資金投入及設(shè)備等因素的影響，經(jīng)常出現(xiàn)用戶違規(guī)用水、數(shù)據(jù)造假等問(wèn)題。因此，在用水管理過(guò)程中，使用區(qū)塊鏈技術(shù)將各環(huán)節(jié)信息上鏈處理，讓所收集的信息數(shù)據(jù)不能輕易被更改，不僅可以確保水資源管理流程數(shù)據(jù)和信息的真實(shí)性，還可以有效減少數(shù)據(jù)在審核及匯總環(huán)節(jié)的人力支出成本。

4.4 項(xiàng)目建設(shè)管理

農(nóng)村智慧水利工程建設(shè)涉及施工、質(zhì)量監(jiān)理及材料供應(yīng)等多個(gè)部門。若采取傳統(tǒng)工程建設(shè)方式，需要施工方嚴(yán)格把控施工進(jìn)度，實(shí)時(shí)獲得方案設(shè)計(jì)、項(xiàng)目施工及質(zhì)量監(jiān)理等各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，因此，項(xiàng)目建設(shè)管理不僅十分復(fù)雜，而且難度大。

針對(duì)此種現(xiàn)狀，技術(shù)人員應(yīng)基于區(qū)塊鏈分布式賬目管理技術(shù)及共享施工原則，科學(xué)、有效地建設(shè)與管理水利工程項(xiàng)目。這不僅可以縮短對(duì)施工文件和項(xiàng)目數(shù)據(jù)真實(shí)性的明確時(shí)間，簡(jiǎn)化簽字與蓋章等施工流程，而且能方便各項(xiàng)工程數(shù)據(jù)的收集、分析及儲(chǔ)存，確保水利工程項(xiàng)目施工進(jìn)度，提升水利工程建設(shè)水平。

4.5 飲水安全

保障農(nóng)村飲水安全是實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的一個(gè)關(guān)鍵任務(wù)，現(xiàn)階段，我國(guó)已經(jīng)建成較為完整的鄉(xiāng)村供水工程體系，農(nóng)村集中供水率達(dá)到了88%，農(nóng)民自來(lái)水普及率達(dá)到了83%，整體農(nóng)村供水水平得到了明顯提高。

雖然多數(shù)農(nóng)村供水工程建設(shè)了水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，但是還未有效構(gòu)建水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)體系，水質(zhì)檢測(cè)能力明顯不足，對(duì)于水資源運(yùn)輸、水資源凈化等全流程水質(zhì)檢測(cè)能力較差，無(wú)法及時(shí)、全面地了解農(nóng)村安全供水實(shí)際情況。而利用區(qū)塊鏈技術(shù)能夠?qū)⑥r(nóng)村飲用水水質(zhì)及水源信息監(jiān)測(cè)全流程進(jìn)行上鏈處理，在共享數(shù)據(jù)的同時(shí)防止數(shù)據(jù)被擅自更改，實(shí)現(xiàn)飲用水水質(zhì)情況全流程追溯，從根本上提升農(nóng)村供水安全的智能化管理水平。

4.6 水利監(jiān)督

農(nóng)村智慧水利建設(shè)和作業(yè)監(jiān)督一般采用信息檢查、施工稽查、考核評(píng)價(jià)等方式，并且通過(guò)信息記錄描述、拍照錄像等方式進(jìn)行結(jié)果儲(chǔ)存。但電子存證普遍具有易消亡、易篡改及技術(shù)性較強(qiáng)等特點(diǎn)，所以與傳統(tǒng)實(shí)物文件證據(jù)相比，電子證據(jù)真實(shí)性及合法性的基礎(chǔ)認(rèn)定難度相對(duì)較大。而采用區(qū)塊鏈技術(shù)將拍照、錄音、錄像及文字描述等取證文件、取證時(shí)間及經(jīng)緯度信息實(shí)時(shí)上鏈鎖定，使得取證內(nèi)容不能修改，可確保取證的及時(shí)性、客觀性及可追溯性。

5 結(jié)語(yǔ)

區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種全新的信息技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)來(lái)說(shuō)有助于推動(dòng)水利建設(shè)數(shù)據(jù)和信息的流通，能夠提升水利行業(yè)基礎(chǔ)監(jiān)管能力，全面推進(jìn)農(nóng)村智慧水利建設(shè)。雖然該技術(shù)具有一定優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，但是實(shí)際使用過(guò)程中，無(wú)論是技術(shù)研究還是實(shí)踐都處于初級(jí)階段，自身存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。為此，技術(shù)人員需要結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)一步加強(qiáng)研究和探索。