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集裝箱具有通用性強、標準化程度高、密封性能好、可反復使用等優點，在國際貿易運輸中發揮著重要作用。有資料顯示：按貨值計算，采用集裝箱運輸的貨物占國際貿易貨物的比例超過80%[1]。隨著集裝箱運量的持續增長，與集裝箱貨物相關的走私和檢驗檢疫風險也不斷上升。為了應對集裝箱運輸中存在的各種風險，世界各國紛紛采取相應措施，例如：“911”事件后，美國海關專門設立國家風險布控中心，運用情報和技術手段分析所有進出境集裝箱數據和信息，并從中篩選存在風險的集裝箱作為下一步集中檢查的目標[2]；2006年，新西蘭與集裝箱進口商、船公司和太平洋島嶼國家植物保護組織等合作開發、應用海運集裝箱衛生系統。為了提高海關對進出境集裝箱的監管效率，有必要對進出境集裝箱實施風險評估，從中篩選目標箱接受進一步檢查。集裝箱風險評估離不開相應的信息分析，而信息分析建立在信息采集的基礎上。以進口空箱檢疫為例：由于集裝箱運輸線路復雜，流動范圍較大，到達港口較多，并且裝運貨物種類繁多，海關僅依靠相關單位提交的進口申報信息難以全面了解集裝箱情況，進而無法準確評估集裝箱風險。由此可見，傳統的信息采集方式已無法滿足當前集裝箱風險評估需求。作為多中心的分布式共享賬本和數據庫，區塊鏈結合密碼學原理、時序數據和共識機制來保障各節點信息連貫和持續，具有去中心化、不可篡改、集體維護、可以追溯等特點，能夠較好地應用于集裝箱信息采集，從而為集裝箱風險評估提供必要的信息支撐。本文設計基于區塊鏈的集裝箱信息管理系統，闡述系統架構、關鍵技術和業務流程等，以期優化集裝箱信息采集的技術手段，提高海關監管過程中目標箱選擇的準確性。
1基于區塊鏈的集裝箱信息管理系統架構
本系統采用區塊鏈中的聯盟鏈形式和點對點網絡連接方式。聯盟鏈主要應用于政府部門和商業機構，其通過節點準入機制確保節點得到授權后才能加入，并且不同節點擁有不同權限。本系統主要由網絡層、接入網關、交互層和應用層組成。（1）網絡層網絡層主要搭建網絡環境，實現數據通信、數據處理、區塊內容加密和鏈接、日志和數據存儲等功能。（2）接入網關接入網關通過成員注冊、身份認證、授權管理、運行監控等功能確保系統運行安全。用戶（如船公司、碼頭公司和貨代公司等集裝箱運輸參與方）通過客戶端加入區塊鏈之前，客戶端需要先向數字證書授權中心（certificateauthority，CA）節點登記注冊，并從CA節點取得合法的數字證書。CA節點功能可以與其他節點功能重合。（3）交互層交互層中的客戶端是系統的重要組成部分，用戶通過客戶端加入區塊鏈?？蛻舳瞬⒉皇且粋€節點，而是用戶與節點交互的工具。需要注意的是：客戶端不存儲區塊鏈，僅對區塊鏈進行操作；區塊鏈存儲在節點（包括核心節點和一般節點）里。（4）應用層應用層的功能是研究和分析區塊鏈上的數據，從而對集裝箱實施風險評估。
2基于區塊鏈的集裝箱信息管理系統關鍵技術
2.1共識機制
共識機制就是使分布式系統達成共識的方法。解決共識問題最簡單的方法是：由某臺計算機提出一個結果，其他計算機表態是否同意這個結果。由此可見，為了達成共識，首先要在系統內確定一個領導者。就本系統而言：若區塊鏈網絡僅涉及一國，則由該國級別最高的海關機構作為領導者；如果區塊鏈網絡涉及多國，則由各國海關機構的節點作為領導者，即存在多個領導者或多個中心。為了簡化共識機制，只要其中一個領導者提出一個結果（提出結果前已驗證合法性），其他的計算中心都同意這個結果。與傳統的虛擬貨幣區塊鏈的共識機制相比，本系統的共識機制能夠大幅減少計算量，并提高共識效率。如圖2所示，為了保證所有記賬節點的記錄一致，區塊鏈采取以下記賬方式：用戶1同時向各記賬節點發出記賬信息，若首先獲得節點A（即A國海關節點）的反饋信息，則對節點A內的賬本1實施相關操作；節點A驗證相關操作的合法性，并在賬本1完成相應操作后，向節點B（即B國海關節點）和節點C（即C國海關節點）等其他記賬節點發出同樣的記賬信息；其他節點驗證相關操作的合法性，并完成同樣的記錄；無論區塊信息是否添加成功，節點A均向用戶1發出反饋信息。由此可見，區塊鏈中的每個節點既是數據發送方，又是數據接收方。建議所有節點都采用Hadoop分布式數據庫存儲賬本數據，而不應采用傳統數據庫。
2.2區塊數據結構
如表1所示，本系統中，每個集裝箱都有屬于自己的唯一的區塊鏈，區塊數據結構由區塊頭、數據和元數據組成，主要字段含義如下：（1）ID字段指集裝箱編號，其由4個英文字母、6個阿拉伯數字和1個校驗碼組成，優點是具有唯一性且便于檢索；（2）PreviousHash字段指父區塊哈希值，其功能是在添加信息產生新區塊之前，確認前一區塊沒有被篡改，然后鏈接本區塊，形成新的區塊鏈；（3）DataHash字段指本區塊哈希值，其由SHA-256算法對本區塊數據進行計算生成；（4）BlockNum字段指區塊編號，即該區塊在區塊鏈中的順序號；（5）BlockType字段指區塊類型，即該區塊包含的信息類別，如船舶信息、港口信息、貨物信息等，其與區塊信息添加權限密切相關；（6）TinID字段指區塊信息添加者的身份，如船公司、碼頭公司、貨代公司等，其同樣具有唯一性；（7）Signatures字段指區塊信息添加者的簽名信息，其功能是驗證區塊信息添加者的身份；（8）元數據是數據的說明信息，包含公司名稱和地址等信息，其無須計算哈希值并且可以修改。
2.3區塊鏈管理
本系統涉及的主要操作是向集裝箱區塊鏈中添加區塊信息。需要注意的是：傳統的比特幣網絡只有一個創世區塊；而本系統中的每個集裝箱都有一個創世區塊，進而生成屬于該集裝箱的區塊鏈。
2.3.1生成集裝箱創世區塊
集裝箱創世區塊由該集裝箱所有者通過客戶端于該集裝箱生產完成并交付使用時生成，其生成規則如下：父區塊哈希值由SHA-256算法對集裝箱元數據進行計算生成，本區塊哈希值則由SHA-256算法對集裝箱編號進行計算生成。此時元數據信息添加次數為0，所對應的哈希值為本區塊哈希值。
2.3.2在集裝箱創世區塊中添加區塊信息并形成區塊鏈
在添加區塊信息之前，需要確認信息的有效性和合法性：第一，對前一區塊的數據進行計算生成的哈希值與前一區塊的哈希值一致；第二，對前一區塊的數據進行計算生成的哈希值與前一區塊的元數據中最后一次信息添加的哈希值一致；第三，區塊信息添加者的數字簽名合法。只有滿足上述條件，才能將區塊成功加入區塊鏈。區塊添加流程如下：（1）區塊頭包含區塊鏈ID、上一區塊哈希值和本區塊哈希值，其中，區塊鏈ID與上一區塊的區塊鏈ID一致，本區塊哈希值由SHA-256算法對本區塊數據進行計算得出；（2）數據包含區塊編號、區塊類型、區塊信息添加時間戳、區塊信息添加者的身份、區塊信息內容、區塊信息添加者的簽名；（3）元數據中的區塊信息添加次數增加數據1和本區塊哈希值，基礎信息保持不變。上述區塊添加流程完成后，繼續添加其他區塊，最終形成該集裝箱區塊鏈的信息檔案。
2.4數字證書管理
數字證書相當于身份證明：用戶在參與電子商務活動的過程中，可以通過數字證書證明自己的身份，并識別對方的身份。CA在數字證書應用中發揮著關鍵作用。本系統中，CA由每個國家的海關機構擔任。數字證書的申請流程如下：用戶提供認證信息，并通過客戶端向其所屬的CA發出申請；相關的CA審核用戶申請，并在審核通過后向用戶頒發數字證書。用戶獲得合法的數字證書后，即可參與相關的區塊鏈活動。
3基于區塊鏈的集裝箱信息管理系統業務流程
假設集裝箱所有者、船公司、貨代公司等均已獲得合法的數字證書以及添加區塊信息的權限，基于區塊鏈的集裝箱信息管理系統業務流程（見圖3）如下：（1）集裝箱所有者（租箱公司或船公司）獲得集裝箱后，按照相應規則生成集裝箱創世區塊；（2）若集裝箱屬于租箱公司，則由船公司或貨代公司與租箱公司簽訂租箱合同，生成相應區塊，并將租箱合同信息寫入集裝箱區塊鏈中；（3）貨主與貨代公司簽訂貨代合同，由貨代公司作為貨主的人向啟運港所在的A國海關辦理出口報關手續，并將出口報關信息寫入集裝箱區塊鏈中；（4）貨物運抵目的港后，貨代公司向目的港所在的B國海關辦理進口報關手續，并將進口報關信息寫入集裝箱區塊鏈中；（5）集裝箱卸貨完畢后，船公司向B國海關辦理空箱出口報關手續，并將空箱出口報關信息寫入集裝箱區塊鏈中；（6）空箱運抵C國港口后，船公司向C國海關辦理空箱進口報關手續，并將空箱進口報關信息寫入集裝箱區塊鏈中。
4結束語
本系統在區塊鏈的應用上并未采用傳統意義上的去中心化設計。準確地說，本系統為多中心化系統，即由多國海關機構構成多個中心。加密貨幣只是基于區塊鏈技術開發的產品，不能與區塊鏈技術等同或混淆?，F有的區塊鏈技術架構無法滿足多樣性需求，而技術方案的優劣取決于該方案是否能有效解決問題。只有打破傳統的技術框架，結合實際應用需求，技術才能更好地服務社會和市場。本系統僅適用于集裝箱信息采集和防止集裝箱信息被篡改，但不能保證集裝箱信息的真實性和有效性。例如：貨代公司為了實施走私活動，可能會謊報貨物信息。為了確保集裝箱信息真實有效，需要運用信用評級和基于大數據的智能分析等技術手段。
參考文獻：
[1]易宗強，周淑輝，顧光昊.集裝箱檢疫概述[J].植物檢疫,2018,32（6）：1-5.
[2]解濤，李麗.集裝箱海關監管問題研究――美國海運集裝箱監管經驗的啟示[J].海關與經貿研究，2017，38（6）：25-33.
作者:梁建
