我国铁路货运规模庞大，2019 年，中欧班列全年开行 8225 列，同比增长 29%，发送货物 72.5 万标箱，同比增长 34%[1]。在“公转铁”、“一带一路” 的大背景下，铁路货运加快多样化转型，提升服务质量，但仍存在数字业务效率低、货踪不透明、物流企业融资困难、缺乏信息服务等问题。
区块链技术具有去中心化、开放、可追溯、不可篡改等特点，能够加强多系统间的数据融合，促进协作。在铁路货运领域，李平等人分析区块链技术国内外应用情况，提出了铁路大数据共享、“一带一路”铁路货运物流等场景[2]。本文讨论了铁路货运中区块链应用的关键技术和主要应用场景，以供参考。
1 区块链技术概述
区块链可以看作一种不可篡改的分布式数据库。利用分布式技术，区块链网络中的每个成员存储着一致的账本，账本的信息打包储存在数据区块中。如图 1 所示，区块和区块间以时间为序，组成链式结构，利用密码学技术首尾连接在一起，每个区块中包含的信息可以是事件的细节、价值交易、自动化操作或其他信息。
区块链适合于内在分散、孤立的行业。铁路货运涉及多方密切协作，是区块链典型的应用场景。区块链应用在货运领域的探索可以追溯至 2015 年前后，目前应用研究较少，主要针对流程优化、物流追踪、物流金融等方向，具体包括结算对账、商品溯源、冷链运输、电子发票等领域。
2 铁路货运中区块链应用的关键技术
2.1 联盟链网络按照网络部署方式的不同，区块链可以分为公有链、联盟链和私有链。公有链是完全去中心化的结构，通常用于开放的共享记账系统;联盟链是部分中心化的分布式结构，由参与联盟的多个机构形成多中心，通常用于行业间地位相对对等的组织团体共享数据;私有链是机构内部形成的中心化结构，通常用于企业内部的控制和审计[3]。3 种区块链的对比如表 1 所示。
铁路货运区块链网络出于业务和监管的考量，需要一定程度的中心化。因此，铁路货运区块链架构设计应选择架构更为灵活的联盟链，并采取部分私有的方式。比如区块链节点以铁路货运公司为主，相关业务方可以选择加入区块链节点，如图 2(a)所示，或者通过网络访问区块链中的节点，如图 2(b)所示。
2.2 跨链技术因为整个区块链网络是分区的，数据集成时必然面临两个问题：信息孤岛和区块链异构。异构区块链间数据结构、接口协议的不同会导致交易合法性证明各不相同，加剧信息孤岛。跨链技术通过连接互相独立的区块链系统，实现不同链上资产和数据的互操作，从而解决孤岛问题。
常见的跨链技术实现方式包括公证人机制、哈希锁定和侧链/中继技术[4]。公证人机制需要一个或一组节点在两条链间作为公证人，进行双方交易的收集和验证，架构简单，但引入了一定的中心化;哈希锁定利用了哈希锁和时间锁，能够确保交换的原子性和真实性，但哈希锁定只能用于交换，且增加了交易次数，目前只适合资产交易场景;侧链/中继链技术通过双向锚定的方式实现资产在不同链之间的转移，中继链可以看作去中心的公证人机制，不同的链之间都可以在中继链上进行跨链交互。
2.3 物联网终端接入物联网终端是铁路货运里的重要一环。在区块链中，必须保证数据源头可信。在货运过程中，可基于智能设施和物联网完成数据的自动采集、存储和传递，尽可能排除人为干扰。物联网的智能识别技术主要包括条形码/二维码识别技术、射频识别技术、GPS 技术、信息物理系统(CPS，Cyber-Physical Systems)技术等。
3 铁路货运中区块链的应用场景
3.1 物流追踪终端消费者需要了解铁路货运的产品物流信息，从而加强对此次消费的信任;上游供应方由于铁路运输时延较长，掌握物流信息能更好地预测市场;承运方掌握详细的信息更有助于了解运输中上下游的情况。
3.2 流程优化与公路和飞机相比，铁路运输周期较长，流程复杂，涉及相关方较多。如果能实现单证电子化，提高作业过程信息化程度，就能减少信息孤岛，提高信息时效，有利于解决各方痛点，提升铁路货运整体运作效率，降低运营成本。
3.3 抵押融资铁路货运周期一般为 7~14 天，货物价值高，资金回收可靠，较适合做抵押贷款。但传统的仓单质押业务存在银行对仓单信息获取不及时的问题，使得银行难以对贷款风险进行评估，导致企业融资困难。
4 结束语
本文分析了区块链技术在铁路货运中应用的关键技术及应用场景。目前，区块链技术在铁路货运中的研究尚处在起步阶段，应用的过程中还存在一些难题，距离产业化还有较大距离。区块链技术在铁路货运领域的落地不仅仅是技术问题，而是如何在铁路内外的众多企业、组织中克服协作壁垒，构建信任网络的问题。
下一步，还需努力推动区块链技术在铁路集装箱运输、铁路快运对账、铁路物流金融、海关存证、物流企业征信等场景的示范项目。针对不同场景，寻求共识协议、跨链通信、加密算法等关键技术的适配和改进，提高区块链系统在铁路货运业务中的可用性、可扩展性、吞吐量、安全性，探索更有前景和活力的应用模式。
参考文献
[1] 李 平，张晓栋，郭 悦，等. 区块链技术及其在铁路行业的典型应用研究 [J]. 铁路计算机应用，2020，29(1)： 9-15.
[2] 于 戈，聂铁铮，李晓华，等. 区块链系统中的分布式数据管理技术-挑战与展望[J/OL]. 计算机学报，[2020-04-10].
[3] 李 芳，李卓然，赵 赫. 区块链跨链技术进展研究 [J]. 软件学报，2019，30(6)：1649-1660.
《区块链技术在铁路货运中的应用》来源：《铁路计算机应用》，作者：马春琦，任 爽
