初探区块链技术在油田的应用可行性

◆马玉珠

初探区块链技术在油田的应用可行性

◆马玉珠

（大庆油田第七采油厂信息中心 黑龙江 163000）

油田企业的整个生产流程中贯穿很多项目，他们之间相辅相成，对于协同工作的整体性要求非常高。当然，这些项目随之产生的数据，也就形成了他们彼此之间协同工作的基础，也就为实现油气勘探开发的价值递增提供了数据校验环境，这与区块链技术的未来价值理念有着异曲同工之处。为了给油田发展注入新动能、激发新活力，本文着重就区块链的优势对油田降本增效、提高生存能力的意义进行了初探。

区块链；油田；可行性；比特币

1 引言

公开透明、不可篡改、去中心化的技术优点，让区块链打破了物理世界与数字世界的壁垒，使区块链在众多信息技术中脱颖而出。在打造新型能源企业的过程中，区块链是一个的崭新领域——机遇与挑战并存，我们应努力寻找石油企业在区块链技术方面的切入口，深入区块链技术的研发、应用和推广，不错过区块链技术可能给传统能源行业带来的各种发展机遇。

2 比特币（BTC）理念

2008年的深秋，随着暗网大神“中本聪”的《比特币：一种点对点的电子现金系统》一文发布，比特币概念应运而生。虽然文章只有短短的8页PDF，但它产生的“蝴蝶效应”却绵延十余载，为此该文号称比特币核心技术“圣经”，从而预言了区块链的超高热度。

3 区块链技术

区块链，是比特币的底层技术架构，具有去中心化、分布式账本系统的本质属性。区块链技术其实就是一种链式数据结构，也可以说是一种独特的数据库技术，它被按序整理成区块并持续增长。为了完成数据的记录和计算，需要网络中多个节点的共同协作，并且各节点中可互相验证信息有效性。得益于去中心化数据库“便捷、安全”的特性，很多业内人士对其发展持积极态度，认为它很可能进一步补充并升级现有的互联网技术。

3.1 去中心化

目前的互联网贸易几乎都依托信誉第三方来处理电子支付业务。然而，国家有通货膨胀的风险，企业更可能以利益为先，滥用金融衍生品。为此，“中本聪”提出来“去中心化”思想。

在比特币实例中，如果A用户付给B用户10个BTC、B用户付给C用户20个BTC、C用户付给了D用户30个BTC，为了能够使这些账单被认可并保证其真实性，他们需要把这些交易记录广播到网络上，那么网络上所有的用户接收到这些账单就可以对其进行打包，这个打包后的数据包就叫做区块。众多被打包好的区块链接在一起，即是我们所说的“区块链”。对于每个用户的每条交易记录都会被记录在网络上所有用户的账本上，这就实现了“电子印花”，从而实现了在没有中心记账的情况下交易的真实性。

3.2 Token激励机制

“中本聪”提出的记账奖励的激励模式主要包括：记账手续费——用户发生交易时，给予“书记员”的酬劳，类似我们办业务时交给相关机构的手续费，是由用户支付的；打包奖励——记账用户挖矿成功、取得记账权，并将数据包链到区块链上得到的奖励，相当于我们比赛第一名得到的奖金，是由活动主办方——比特币系统协议设置的。

续写前例，为了调动矿工们挖矿的积极性、保证自己的交易记录能够被网络上的用户们记录并认可，A用户、B用户、C用户、D用户需要付出一定的记账手续费。而比特币系统协议设置的打包奖励，也将吸引更多的矿工来挖矿，以消化掉不断增长的打包任务，从而不断扩展区块链长度和广度。

3.3 稀缺性

前面说到的打包奖励是“中本聪”在提出比特币理念时设计的——尽量保证每10分钟出现一个新的区块，最开始的四年，将一个数据块链接到区块链上，可以得到50BTC奖励，为了保证资源的稀缺性，每过四年，打包奖励的数额就会减半。这样我们可以计算出，打包奖励其实是有限的，发行总量大概是2100万比特币，这就保证了稀缺性，避免了传统货币可能出现的通货膨胀，也保证了区块链技术可能实现的市场站位。

3.4 独立性

区块链系统不依赖第三方等任何人为干预，全部节点都可以在系统内安全、自动地验证和交换数据。而这全归功于区块链系统协商一致的协议和规范，以比特币来说，就是所谓的“挖矿原理”——工作量证明。

比特币主要采用的哈希算法等各种数学算法作为工作量证明的途径，哈希算法最显著的特点就是正向计算很简单、反向计算很难。以著名的哈希函数SHA256为例，把任意长度的任意消息作为其参数x，SHA256都可以产生一个256位的01代码形式的哈希值y。那么比特币系统会将前一区块的信息、待打包的数据账单、时间戳、随机数等信息组合后作为哈希运算的参数x，把得出的01代码哈希值y提供给网络上的用户，优先反向计算出参数x中的随机数的用户就取得了工作量证明，也就成功挖矿并获得了记账奖励。

3.5 安全性

在用户注册比特币系统的时候，系统会为其生成一个随机数，并随之生成私钥、公钥、比特币地址。私钥是由实际用户自己掌握的，公钥和比特币地址都是公开的。私钥用于加密，公钥用于解密。

区块链技术采用的非对称加密算法保证区块链安全，原理就是：当发生交易——A用户付给B用户10个BTC时，系统会将这条交易记录进行哈希运算得到消息摘要1，再用私钥加密成密码1。当这条交易记录被广播出去时，想要得到授权的用户会用公钥解密他的密码2得到消息摘要2，若消息摘要1和消息摘要2能够完全一致，那么该用户就得到了授权。

3.6 不可篡改性

区块链系统规定其网络上的所有节点共同维护数据，且每个节点都能复制一份完整的数据备份。在打包新区块之前，其他区块的历史信息会校验该区块中的交易是否有效。在其他区块验证成功并达成共识后，新区块才能被打包。

区块链网络中的用户都视最长的区块链为正确的链。若不同版本的新区块被多个用户同时广播出去，那么其他用户的接收时间将会有先后差异，他们将在同时保留其他链条的同时，以先收到的区块为基础进行延长工作，以防前者的链变得更长。接下来由共识算法进行更严格的约束，当其中某条链被证实较长时，则另一条链上的用户将在较长链上进行延长工作，以防区块链分叉。

3.7 可编程性

程序员可将交易相关方都设为区块链系统的节点，并撰写智能合约形式的程序代码，其中包含着可触发智能合约自动执行事件的条件。完成编码后，所有连到区块链网络的设备都会接收到智能合约。

这就好比在区块链系统中上传比特币的网络交易更新。一旦所有设备都收到该交易数据更新，用户就可与执行程序代码后的结果达成一致。然后，下一步记录合约的执行情况，从而进行数据库更新，同时，合约的合规情况也将得到有效监管。即：由于系统网络中的任何一方都不具备智能合约的执行控制权，所有任何一方都无法操纵合约。

4 区块链技术在油田的应用可行性分析

4.1 油田网络安全

区块链和油田有着一样分散分布的特点，它将复杂、安全的服务以程序代码的形式写入油田的分布式终端设备中。这样的特点能够协同不同的终端设备及供应商通过各自不同的电子通信系统进行工作。

当区块链系统受到黑客攻击时，区块链中的节点们会进行“投票”，以此来决定是否允许该操作请求。如果某节点被破坏，”投票”后也会告知系统该节点异常，则区块链系统会删掉该节点并自我修复。

4.2 终端边缘计算

油田勘探开发每天都会生成海量的生产数据，它们将依靠网络带宽被回传至数据管理中心的服务器进行处理，这是目前各油田企业的普遍做法。在此过程中，网络带宽可能存在安全隐患，生产一线需求端的小型设备所具备的算力资源被大量闲置浪费。如果我们尝试将区块链技术引入到边缘计算领域中，根据需求端小型设备的算力大小分配计算工作，最大程度地实现海量数据的本地产生、就近处理，从而为油田大数据分析助力，进一步提高数据处理的稳定性、可靠性和时效性。

4.3 贸易智能合约

报关报检、船代管理、物流动态监控、商检委托、签订合同、交易达成等步骤贯穿整个石油贸易流程。该流程模式周转资金多、参与实体多、流转周期长、安全风险高。依靠区块链系统的智能合约技术，我们能够有效地管控风险、提高工作效率。区块链会给交易关联方设置交易期望值，通过智能合约技术，交易关联方可以自动促成交易并全程受到系统管控监督，省去了传统模式中中心组织审批、中介等第三方参与的环节，真正杜绝了“赚差价的中间商”，也真正实现了降本增效。

4.4 信息系统运管

在油田信息管理的传统模式中，各信息系统平台基本都有专属对应的数据库进行数据存储、处理，接口开发是各系统之间的沟通纽带。然而，接口开发面向对象的特点决定了接口不可复用的唯一性，这给流通数据的过程增加了巨大的难度。为此，我们把区块链技术引入各信息系统组成的网络中，可以在实现各系统间的协同工作的同时，又保证数据的安全性、隐私性，有助于冲破传统模式中的数据壁垒，推动数据流通，杜绝信息垄断和数据孤岛现象的发生，从而实现油田的科学精细化管理。

4.5 仓储物资溯源

油田企业的设备物资种类繁多，供应商涉及的企业数量众多。传统模式下，不同企业各自保存涉及己方数据，由于透明度的缺乏，管控的有效性很难在各方之间得到保证。一旦出现报价不实、物资假冒或不合格、冒领或错领物资等违规情况，取证和处理的难度也非常大。引入区块链技术后，各方可以维护一个可靠、透明、统一的物资信息系统平台。利用这个平台，可以合理规划选择供应商、实时查看物流、追溯生产源头等。在发生纠纷时，追查、举证也不再是难题，从而大大提高了仓储物资管理水平。

5 结语

区块链作为未来价值互联网的底层基础协议，尚处于萌芽发展阶段，在油田应用的具体解决方案还需进一步研究以实现落地。区块链应用前景日趋明朗，但是一定要避免一哄而上、人云亦云、跟风建设。只有深入地理性思考、科学谋划，才能真正地实现区块链与石油行业的完美结合。

[1]中本聪.比特币：一种点对点式的电子现金系统[EB/OL]. http://metzdowd.com.

[2]华为区块链技术开发团队.区块链技术及应用[M].清华大学出版社，2019.

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[4]向凌云，赵勇，肖瑜.区块链：赋能实体经济的技术革命[M].民主与建设出版社，2020.

[5]汤道生，徐思彦，孟岩，等.产业区块链[M].中信出版社，2020.