基于区块链的航班正常性全生命周期管理探索
基于区块链的航班正常性全生命周期管理探索
摘 要：民航运输业持续高速增长，空中交通异常繁忙，而利用有限的资源对航班进行科学的精细化管理显得尤为重要。本文首先介绍了区块链技术的概念，然后对区块链技术在航班正常性全生命周期管理场景中的具体应用进行了分析和研究，以期提升各业务相关方的协同能力，实现民航业协同发展。
哈尔滨旅游景区关键字：民航、航班正常性全生命周期、区块链
引言
区块链起源于2008年日本学者中本聪的论文《比特币：一种P2P 电子现金系统》[1]。作为比特币的底层技术，区块链本质上是一个去中心化的数据库，是指通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。区块链技术可以不依赖第三方、完全通过自身分布式节点进行网络数据的存储、验证、传递和交流。区块链技术被认为是互联网发明以来最具颠覆性的技术创新，它依靠密码学和数学巧妙的分布式算法，在无法建立信任关系的互联网上，无需借助任何第三方中心的介入就可以使参与者达成共识，以极低的成本
解决了信任与价值的可靠传递难题。因此，区块链也被认为是一种多方共同维护、去中心化、可追溯、不可篡改的分布式数据库。
实际上，区块链技术作为一种具有普适性的底层核心技术，可广泛应用于政治、经济、科技、金融等社会生活的诸多方面，目前人们最熟悉的应用场景是比特币以及以太坊。区块链技术也同样被广泛应用于民航领域[2]。2018年7月，新加坡航空推出了一种基于区块链技术的航空里程数字钱包“KrisPay”。 2020年2月，国际航空电讯集团（SITA）携手行业重要合作伙伴，宣布正式启动MRO区块链联盟，这是首个旨在航空运输业内使用区块链追踪、追溯和记录飞机部件的调查项目。
1、区块链概述
1.1技术架构
区块链的基础架构，可分为六个层面：从底层向上依次为：数据层、网络层、共识层、激励层、合约层、应用层[3]。每层分别完成一项核心功能，并运用了一些技术来保证整个区块链系统的正常运作，各层之间互相配合互相支撑，实现一个去中心化的信任机制。
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数据层包含了底层数据区块以及基础数据、基本算法，主要描述区块链技术的物理形式，是区块链上从创世区块起始的链式结构，每个区块包含了区块上的随机数、时间戳、公私钥数据等，是整个区块链技术中最底层的数据结构。
网络层包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制，主要目的是实现区块链网络中节点之间的信息交流。网络层主要通过P2P技术实现分布式网络的机制，网络层包括 P2P 组网机制、数据传播机制和数据验证机制，因此区块链本质上是一个P2P（点对点）网络,具备自动组网的机制，节点之间通过维护一个共同的区块链结构来保持通信。每一个节点既接收信息，也产生信息。
共识层主要包含共识算法以及共识机制,负责点对点模式的有效识别认证；共识层能让高度分散的节点在去中心化的区块链网络中高效地针对区块数据的有效性达成共识，是区块链的核心技术之一。
激励层主要包括经济激励的发行制度和分配制度，主要功能是提供一定的激励措施，鼓励节点参与区块链的安全验证工作。
合约层包括各种脚本、代码、算法机制及智能合约，是区块链可编程的基础。负责规定交易方式和流程细节。
应用层负责实现生活的各类应用场景，包含了各种应用场景和案例。脚本错误是什么意思
1.2 区块链的特征
区块链技术具有以下特征：
（1）去中心化。即不依靠中心化体系，不依赖额外的第三方管理机构或硬件设施，没有中心管制，通过分布式核算和存储，各个节点实现了信息自我验证、传递和管理。去中心化是区块链技术最突出的特征。
（2）开放性。区块链技术基础是开源的，除了交易各方的私有信息被加密外，区块链的数据对所有人开放，任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用，因此整个系统信息高度透明。
（3）独立性。基于协商一致的规范和协议，整个区块链系统不依赖其他第三方，所有节点能够在系统内自动安全地验证、交换数据，不需要任何人为的干预。
（4）安全性。只要不能掌控全部数据节点的51%，就无法任意操控修改网络数据，这使区块链本身变得相对安全，避免了主观人为的数据变更。
（5）匿名性。除非有法律规范要求，单从技术上来讲，各区块节点的身份信息不需要公开或验证，信息传递可以匿名进行。
1.3 区块链的分类
根据应用范围和去中心化程度，区块链通常分为公有链、联盟链和专有链三类。公有链是完全去中心化、完全开放的链，任何机构或个体都可以直接参与记账，无须任何身份认证。专有链完全中心化，对外不公开，一般只应用于内部管理。联盟链则是考量了公有链和专有链特点之后的平衡方案。联盟链一般应用于达成同盟协议的多机构间的协作。该系统严格控制节点的加入和退出，且只有通过授权的成员节点才能参与账本数据的共识维护，要求具备严格的节点身份审查和权限控制机制。联盟链的特点适合本文提出的航班正常性全生命周期管理方案。
2、区块链在航班正常性全生命周期管理中的应用
2.1 应用分析
近年来随着中国经济的蓬勃发展，民航基础设施建设持续强化，机场和跑道的数量不断增多，航班量更是迅速增长。空域资源的不足与民航高速发展的供需矛盾日益突出，航班运行的安全和准点率都面临巨大的挑战。航班正常性全生命周期管理由于参与的相关方多，涉及的信息来源广，数据量大的特点，实现跨区域、多主体、全流程的立体化多维共享协作十分必要。区块链的分布式数据记录所具有的存证、可溯、共享、信任、协作等特点正好契合了航班正常性全生命周期管理的需求。
目前航班正常性全生命周期管理中存在的问题：
1）航班正常性分析精度欠佳，缺乏信息基础，管理不够精细化；
2）缺乏一致公信的数据源，复盘难以界定职责，容易导致推诿责任；
3）事后调查人工成本高，需要手动录入信息和人工取证。
2.2 基于区块链的航班正常性全生命周期管理方案设计
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图1 区块链航班正常性全生命周期管理方案设计
通过联盟链实现航班全生命周期管理在区块链上的应用场景，核心部分是基于区块链技术的航班数据交换平台。平台分为三层：底层基础模块、交换容器和Web应用层，平台能够接入各相关部门的航班信息流，包括航空公司提供的航空器故障信息、旅客原因导致延误信息，机场提供的加油信息、上客信息、航班滑出滑入信息等，管制单位提供的气象、军事活动等信息。底层基础模块负责物理层与信息层的耦合，交换容器负责基于区块链航班数据交换的实现，Web应用层负责不同用户间协同交互。其中区块链中间件包含：REST API/EDI/XML等标准接口、联盟链管理、智能合约。联盟链管理包括航班信息管理、飞行数据、离港信息和到港信息等，智能合约包括延误追溯、延误提醒和推送等。
在实现联盟链的航班信息数据交换时，每一个相关利益方都需要注册相关的必要信息，并生成对应的哈希签名。用户在访问联盟链时都需要输入用户名、密码及哈希签名来完成身份的验证，获得读写权限。用户入网后，便可以在联盟链中发布航班信息交换申请。航班信息数据将与用户的哈希签名一起存储在对应模块中，其他用户则可以通过了解航班数据的哈希值来查询，以保证读写时，只有该区块内的数据可用。一旦有身份不明的用户对链内的信息提出访问要求，发生的读写操作就会需要大量的计算处理，区块链的这一特质和哈希函数的使用可确保更高的数据安全性。
3、场景应用价值
区块链技术的使用，可以在航班全生命周期管理过程中，提高整体信息资源的利用率，及时向相关利益方发出延误提醒及推送。同时在事后延误溯源方面发挥重要作用，降低管理的信任成本，帮助相关利益方提高服务品质及运行效率。基于区块链的航班正常性全生命周期管理从技术角度也可以实现以下场景价值：
1)可追溯性
飞行排班的即时性评估和复盘能力；航空公司数据源质量评估。
2）实时性
支持点对点共享数据，提升数据稳健性；支持近实时信息推送和共享。
3）精细化
航班正常性全生命周期管理，精细到不同主体间，各自可量化的责任界定；从定性到定量，深度审查业务能力和提升空间。
4）兼容性
通过中间件设计，与已有系统集成为主，不需要单独建设新的系统；同时
区块链的加密保护组件，减小入侵现有系统。
4、结束语
本文提出一种基于区块链技术的航班正常性全生命周期管理的设计方案，文章剖析了其设计理念及应用场景，利用区块链技术的特点来解决现行航班正常性管理中遇到的诸多问题，还为民航业的数据共享及事后责任追溯提供了新的思路。小学生课余生活作文
参考文献
下雪了发朋友圈的句子[1]曾诗钦，霍如，黄韬，刘江，汪硕，冯伟。区块链技术研究综述: 原理、进展与应用［J］。通信学报 2020，41(01):134-151。
[2] 王天山, 杨健, 王尧。区块链技术在民航领域的应用[J]。微型机与应用, 2018, 037（011）:109-112。

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