一种基于智能合约的技术状态管理模式

唐寅 郑彬 冯政鑫

一、引言

技术状态管理是应用技术和行政管理手段对科研或产品生产过程中的技术状态进行标识、控制、记实、审核的活动，是保证产品的功能特性和物理特性满足技术文件规定的过程，是系统工程管理的重要工具和质量管理的重要手段。技术状态管理的目标是使各技术状态项状态数据保持一致，文实相符，确保科研成果或产品符合项目任务的要求。区块链具有去中心化、共识、防篡改、可追溯等特点，利用其去中心化、具有分布式账本和时间戳等特性，我们能较好解决传统技术状态管理耗时长、多方协调性弱、成本高等痛点问题。将区块链技术应用到技术状态管理中，能确保项目协作机构间技术状态高效统筹，还能保障所有技术状态数据可查可追溯，无需第三方介入即能实现技术状态数据的可信共享。

二、相关研究

（一）技术状态管理

技术状态管理源于二十世纪五十年代，是美国为解决当时复杂武器装备系统在研制过程中经常出现协调难度大、技术文件与研制成果不符等重大技术和管理问题而提出来的一种系统工程管理方法。1962年美军制定和发布了第一个用于技术状态管理的手册AFSCM375-1，在取得显著成效后美国各军种和部门先后发布了各种技术状态管理的标准或条例。1998年，我国颁布了国家军用标准GJB3206《技术状态管理》；2010年，发布了新版GJB3206A-2010《技术状态管理》；其中对技术状态管理的定义是：对武器装备系统研制、生产及运行维护等全寿命周期内的功能特性和物理特性进行确定，并控制这些特性的变化，对变化情况进行记录分析，对武器装备系统实际达到的情况进行审核，最终确保产品技术状态受控。

（二）智能合约

智能合约是一种根据预先定义的代码逻辑在区块链的多个节点上同步运行的计算机软件。区块链赋予智能合约不依赖可信中心机构而在相互不信任的节点上正确执行的能力。智能合约具有四点技术特性：（1）自动化执行，通过预先编写的代码自动化执行合约条款；（2）不可篡改，执行结果被记录在区块链上，执行结果不可被篡改；（3）可编程，通过编程语言编写，能够适应不同的业务需求；（4）去中心化自治，执行不受任何中介机构控制，完全由区块链网络自身运行和管理。通过部署智能合约，可实现在没有第三方的情况下进行可信交易，具有广阔的发展前景。

（三） IPFS

IPFS（InterPlanetary File System），即星际文件系统，是一个将分布式哈希表（Distributed Hash Tables，DHTs）、BitTorrent、版本控制系统Git、自认证文件系统（Self-Certified Filesystems，SFS）与区块链相结合的文件存储和内容分发分布式文件系统。它具有基于P2P、持久性去中心化保存等特点。IPFS访问文件时可以利用该文件的IPFS Hash在网络中搜寻出文件分片的各存储节点，并从多个存储位置提取分片，然后在本地将分片数据组合成完整的文件。由于提取分片可以并行操作，使得IPFS具有良好的数据访问性能。此外，IPFS各存储节点数据对象间以多种形式关联，从而支持文件、目录、超链接图等多种数据结构，可以满足不同业务领域的数据多样性需求。

二、一种基于智能合约的技术状态管理模式

传统技术状态管理主要基于纸质人工或C/S、B/S模式的信息管理系统方法。随着科研项目的复杂性、规模性增大，协作机构增多，研制周期越来越长，项目任务包含的技术状态数据量也急剧增长，传统管理方法已越来越难以满足业务发展需求。技术状态往往涉及企业或单位的技术和商业秘密，采用公有链会带来用户对数据安全和隐私不可控的担忧，而采用私有链往往又难以满足由用戶方、研制总体方、分项承制方等多个角色单位共同参项目的协作需求。因此，我们考虑采用私有链+联盟链的混合架构，同时考虑减轻链上负载，将技术状态原始数据和文件加密后保存在相应的IPFS上，利用IPFS内容寻址的特点，优选出必要的关键属性数据打包上链，实现对多机构协作任务的技术状态数据管理，满足既需要分布式运行又需要彼此协同的需求，同时兼顾敏捷性与安全性。总体方案如下。

在用户单位、研制单位内部构建符合单位科研项目管理层级体系的层级区块链网络和私有区块链账本。引入参与科研活动的三类节点：一级指挥节点，研制单位内部的最高领导节点，在科研活动中具有重大决策权，能够掌握项目最全面的数据；二级管理节点，主要由项目的主要责任部门、科研管理部门、质量主管部门等组成，参与技术状态管理的主要环节；三级责任节点，主要包括隶属于项目主要责任部门的方案设计团队、产品研发团队等。

在参与联合科研的各研制单位间构建联盟链，利用区块链不可篡改、弱中心化、数据一致性等特点，保障联合科研技术状态数据的真实可靠、安全同步。参与项目的各协作机构私有链与联盟链之间通过网关交换数据，各协作机构将技术状态原始数据和文件存入IPFS集群。IPFS集群仅限于参与联合科研活动的单位使用，具有相同共享密钥的节点才可以参与其中。系统总体架构如图1所示。

图1中，参与项目的研制单位和用户单位利用私有链对需求论证阶段、方案设计阶段、工程研制阶段、设计定型阶段以及生产定型阶段的技术状态标识、控制、记实和审核等活动进行管理，保障单位内部及各协作部门之间的技术状态数据协同，私有链的技术状态关键属性数据可以通过网关上载到联盟链，并确保技术状态数据的同步与更新，从而达成协作单位间技术状态数据的安全传递与协同。

三、结语

本文方法采用技术状态关键属性数据上链和链下存储原始技术状态数据对象和文件，利用IPFS内容寻址技术特性，在保证技术状态数据完整、真实、一致、可信、不可篡改的同时，兼顾了系统运行的性能，并能在一定程度上解决各类UGC（User Generated Content）数据难以链上记录的弊端。实际部署时，还可以依据项目活动具体流程和要求，选用合适的加解密算法，灵活规划业务数据链，保障系统整体运行性能。

作者单位：唐寅 成都信息工程大学

郑彬 中国工程院战略咨询中心

冯政鑫 北京计算机技术及应用研究所

基金项目：中国工程院战略研究与咨询项目：面向“新基建”的区块链核心关键技术发展战略研究2022-XY-111。