区块链在民航领域中的探索

李劲松 于明亮 赵玉霞 周钢

一、区块链技术概述

（一）区块链概念

现代商业社会建立在市场和贸易的基础之上，建立信任从而控制风险是市场行为和贸易活动能够发生的前提。起源于比特币的区块链技术，综合利用密码学、对等网络、共识算法、智能合约等关键技术，为各参与方在分布式环境下建立信任提供了一种全新的解决方案，从而显著降低了风险和成本，甚至使之前不可能完成的交易变为可能。

从技术实现角度看，区块链被认为是一个由参与方共同维护、状态一致、不可篡改的多副本状态机，由用户提交的交易引发状态变迁。如图1所示，用户交易可视为对状态的一次更改操作请求，智能合约根据用户请求和区块链当前状态确定性地生成读写操作集，其中读集合描述了交易对当前状态的依赖范围，写集合描述了交易对当前状态的修改范围。共识算法保证多个交易的执行顺序在各参与方是相同的，从而实现交易执行后各方状态机的一致性。

如图2所示，“块链式”的数据组织结构将多个交易打包为区块，并在区块级别进行共识，从而提升系统整体执行效率；将区块按时间顺序使用哈希前后连接，若修改一笔交易数据，其后产生的所有区块数据也必须随之修改，环环相扣的“链式反应”大大增加了篡改成本。

（二） 区块链分类

区块链根据其开放程度的不同可分为公有链、联盟链和私有链。

1. 公有链

（1）比特币

比特币的概念最初由中本聪在2008年提出，比特币是一种完全点对点形式的数字加密货币，允许在线支付从一方直接发送到另一方，而不需要通过一个金融机构。比特币采用公钥加密、点对点网络和工作量证明等技术处理和验证付款，在网络上广播每笔支付交易并记录在区块链中，以确保比特币不会被重复花费。

（2）以太坊

以太坊是一种用于在不受中心化监管机构管控的环境下构建应用程序和组织、持有资产、进行交易和通信的技术。以太坊基于比特币，于2015年独立启动，有显著差异，两种都允许使用数字货币，无需借助服务提供商或银行。然而，以太坊是可编程的，在其平台上可以构建和部署去中心化应用程序。

2. 联盟链

（1）超级账本

超级账本（hyperledger）是由Linux基金会于2015年发起的开源项目，旨在推进区块链数字技术和交易验证，促进成员协作、共建开发平台、满足多行业用户需求、简化业务流程。与公有链最大最直接的不同，就是成员接入的限制。

（2）长安链

长安链作为区块链开源底层软件平台，包含区块链核心框架、丰富的组件库和工具集，致力于为用户高效、精准地解决差异化区块链实现需求，构建高性能、高可信、高安全的新型数字基础设施，同时也是国内首个自主可控区块链软硬件技术体系。

（3） 区块链技术特点

分布式账本、共识机制、密码学、智能合约、点对点网络技术等技术构成了区块链技术的核心。

分布式账本技术本质上是一种去中心化的数据存储技术，能够在由多个网络节点、多个物理地址或多个组织组成的网络中共享、同步和复制数据。

共识机制是区块链网络的核心秘密。是区块链节点在全网范围内就区块信息达成共识的一种机制。能够保证最新的区块被准确添加到区块链中，并且节点存储的区块链信息是一致的，不分叉甚至能够防止恶意攻击。

智能合约是一种计算机程序或交易协议，记录交易条款信息、事件、行为，旨在减少对可信中介、仲裁和执行成本的需求。

密码学在区块链技术中主要涵盖非对称加密算法、数字摘要算法、数字证书和公钥基础设施系统。

点对点网络技术是一种连接区块链系统中对等节点的网络技术，是构建在互联网上的网络连接。对等网络中各个节点的服务器地位平等，网络算力平等，去中心化服务不应当需要第三方介入。

二、区块链技术在我国民航领域的应用现状

我们国家区块链政策环境向好，企业在多领域开展业务，垂直行业应用落地项目层出不穷，国内多个省、自治区、直辖市相继出台相关政策支持和鼓励区块链产业发展。在国内区块链产业政策的推动下，以及在政务、司法、金融等領域应用较为成熟的情况下，未来几年内，将出现基于区块链技术的成熟民航应用解决方案。到目前为止，区块链在民航领域的应用场景主要集中在民航安检、里程积分兑换、维修电子记录等几个方向。

（一）民航安检

首都机场集团在民航安检业务中运用区块链技术实现旅客身份认证，相比于传统的数据交互共享方式，联盟链方案能有效打消顾虑，保障数据安全，实现经济高效安全的数据共享。

（二）里程积分兑换

海航集团运用区块链技术，将该航司的会员里程视为数字资产进行流通和交换，合作伙伴企业积分可以与该航空公司里程实现互兑互换，从而实现用户里程积分的真正流动。

（三）维修电子记录

南航电子维修记录系统通过人脸识别，校验工作者信息，防止未经授权的人员实施签名操作，通过在维修实施过程中将工作任务的产生、计划、控制、检验、关闭和记录归档等全维修生产环节上链，保证工作记录签署数据的真实性，防止篡改文件的数据信息。

从以上国内的案例来看，区块链的技术特点与民航领域中目前防篡改、数据共享、价值兑换、身份确定等需求都比较契合，与此同时，为充分利用区块链技术还应通过对其他应用场景的探索与研究来实现。

三、民航领域区块链技术的应用

（一）中国航信航旅链建设情况

1. 航旅链建设思路

“高创新、强渗透、广覆盖”是航旅链的建设理念，航旅链在建设的时候就最大化地选择具备了自主、安全、可控的基础底链和核心技术，形成多链互通，跨链应用的区块链技术基础设施。串点成链，织链成网，用区块链联动产业链、价值链、创新链，构建新型生态链网，推动航司、机场、代理商、个人用户之间的数据安全融通共享，航旅链采用多层多级的顶层设计，根据联盟治理结构，采用多点维护的原则来设计节点，如图3分别为共识节点、同步节点、轻节点三个层级。

2. 航旅链架构

航旅链的架构从下到上分别为基础层、平台层、BaaS层、服务层、应用层，主要结构如图4所示。

（1） 基础层

包括虚拟机、物理机等为航旅链提供基础运行环境。

（2） 平台层

航旅链在建设的时候就最大化地选择具备了自主、安全、可控的基础底链和核心技术，形成多链互通，跨链应用的区块链技术基础设施。

（3）BaaS层

航旅链BaaS层是利用可视化操作屏蔽区块链底层系统繁琐复杂的专业性操作，通过服务化的形式与区块链底层系统进行交互，将区块链的功能与服务转化为可视化页面。

（4） 服务层

航旅链服务层通过提供“开箱即用”的区块链服务，降低接入区块链系统的难度，快速赋能业务应用、联盟建设和数据共享交换全流程管理，服务层主要有数字身份、可信存证、隐私计算、电子合同等区块链通用支撑能力。

（5）应用层

航旅链针对不同场景下的数据上链、数据共享、流程溯源、事件分析等需求，分别设计了电子凭证会计数据核验、民航运营类资产管理、跨境通、航旅购、对账通等场景应用平台。

3. 航旅链的应用场景情况

（1）电子凭证会计数据核验

依据企业确认报销的机票信息，代理人提供电子凭证会计数据结构化内容，将结构化信息交付企业，航旅链通过接口核验企业的数据项内容与后台是否一致，核验一致的内容将进行区块链电子签章，确保凭证的真实可核验。

（2）民航运营类资产管理

在民航运营类资产中以餐车管理为例，餐车在使用过程中存在信息缺失，实际使用情况不明确，利用率不高，清查困难，追溯困难等问题，民航运营类资产管理就利用区块链技术实现从资产数据录入、领用、移交、交还、维修、处置到定期自动盘点的所有业务环节的有效管控。

（3）申报通

申报通应用对个人信息境外接收方处理数据的用途、方式等保存地点、期限及目的上链，打造一个服务民航数据出境安全评估申报工作的区块链工作平台，为民航数据出境信息安全评估申报提供了一套全面、协同化的整体解决方案。

四、区块链技术在民航领域的应用展望

（一）需求场景

坚持民航使用需求为导向，在业务中调查研究，并且注重从实践中挖掘需求。例如在实时结算方面，利用区块链的智能合约，使机场服务费开账可以达到真正实时的效果。在可信航班方向，利用区块链不可篡改、网络对等的技术特性，确保所有利益相关者的信息一致，达到航班数据的单一可信且能被各方获取的目的。

（二）技术标准

不断推进建设多方参与的航旅区块链产业智库，聚集民航、区块链技术及相关领域专家，从多个角度为航旅区块链的技术升级和标准完善提供全面支持。特别是规范链上主体的管理，对具体业务细节进行标准化要求，引导本行业机构按照规范开展业务。

（三）顶层统筹

随着区块链在民航领域逐渐应用，应从链互通、标准互通、数据互通方向進行顶层设计，借鉴现有建设成果与经验，以区块链联通民航各单位、机场、航司、商户和外部联盟为目标，实现统筹统一。引导航旅链与外部区块链生态、大数据生态、产业链上下游生态互联互通，实现创新共赢。