CSTM LX 9100 01057-2022《基于区块链的材料数据发现与共享规范 第1部分：通则》 征求意见稿

团体标准

T/CSTMxxx.1-202x

材料数据区块链通则

Materialdatablockchain—Generalrules

（征求意见稿）

202x-xx-xx发布202x-xx-xx实施

中关村材料试验技术联盟发布

前言

本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草》的规则

起草。

本标准由中国材料与试验团体标准委员会材料产业区块链应用委员会提出。

本标准由中国材料与试验团体标准委员会材料产业区块链应用委员会归口。

本标准主要起草单位：中国钢研科技集团有限公司数字化研发中心、北京钢研新材科技有限

公司、中国计算机学会区块链专委会、福建福链科技有限公司、中关村材料试验技术联盟、北京

科技大学、西安热工研究院有限公司、北京邮电大学、中国科学院计算技术研究所。

本标准主要起草人：苏航、斯雪明、王畅畅、段琳娜、李灏、侯雅青、谭焕明、刘和平、王

蓬、杨骄一、朱永亮、张雷、闫爱军、亓峰、孙毅。

III

引言

随着互联网和计算机技术的发展，材料行业在数据采集、管理等方面的能力得到了极大的提

升。材料大数据逐渐成为制造业的重要数字资产和基础性战略资源。材料数据的共享正成为制造

业数字化转型的必经之路，服务于装备升级、产业链质量保障、全寿命服役安全等领域。区块链

由于其去中心化、可追溯等特点成为目前驱动数据共享最有效的技术载体，在产权确认、流转追

溯、数据安全等方面发挥其独特优势。

本标准作为通则，旨在为基于区块链的材料数据发现与共享提供通用性与实操性指导，降低

材料数据共享的壁垒，实现材料研发、生产、建造、服役等环节全生命周期全产业链的数据发现

与共享。CSTM各技术委员会成立后将组织专家编制适用于本领域材料数据区块链后续规范，推

动材料区块链在各领域的应用。

IV

材料数据区块链通则

1范围

本标准规定了材料数据发现及共享的相关术语、总体架构，并对材料模式定义、权属设置、

数据存证、数据发现、共享与追溯、数据估值、节点事务等进行规定，为材料数据区块链的构建

与材料数据的发现与共享提供实操性指导。

本标准适用于所有可描述为成分、性能、工艺、结构等要素的材料数据的跨节点发现、共享

与溯源。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引

用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修

改单）适用于本文件。

ISO22739-2020区块链及分布式账本技术-术语（Blockchainanddistributedledger

technologies-Vocabulary）

ISO23257-2022区块链及分布式账本技术-参考架构（Blockchainanddistributedledger

technologies-ReferenceArchitecture）

CBD-Forum-003-2018区块链存证应用指南

GB/T19710-2005地理信息元数据

3术语及定义

3.1

元数据metadata

关于数据的数据。

[来源：GB/T19710-2005，4.5]

3.2

材料元数据meterialmetadata

关于材料数据的数据。

3.3

材料四面体materialssciencetetrahedron；MST

材料四面体是材料元数据的子集，是判定材料类别与属性的基本结构单元，具有固定模式，

一般包括成分、性能、结构、工艺等要素。作为材料数据的索引，材料元数据应在区块链中上链

存证，并被用于数据发现计算，从而发现具有相似属性的材料数据。具体的材料元数据应在本规

范的子规范中予以确定。

3.4

版权信息元数据copyrightinformationmetadata

关于版权信息数据的数据。

3.5

材料模式识别materialpatternrecognition；MPR

材料模式识别基于多维空间距离函数算法，可用于计算两组材料数据的关联程度。

1

3.6

数据发现与共享dataassociating&sharing

数据发现是一种以材料元数据作为匹配条件，运用材料模式识别或其他匹配算法，发现材料

数据互联网中相似材料数据资源的技术。数据共享是在材料数据产权确认的前提下，发生的数据

授权、查看、引用等用户行为。

3.7

材料数据区块链materialdatablockchain；MBC

材料数据区块链是基于区块链技术的一种材料数据跨节点发现及安全共享机制，通过该机制

自动实现法人节点内部、法人节点之间、不同行业之间材料数据发现与共享。

3.8

全节点fullnode

全节点是拥有材料数据储存功能并参与记账的节点，账本包括区块头与区块体（交易列表）。

3.9

轻节点lightnode

轻节点是只存储材料数据的节点，存储方式包括独立节点服务器或第三方公有云账户，它不

参与共识，但接收由全节点用户发送的区块头信息。

3.10

超级节点supernode

超级节点是行业链主节点，拥有发起记账的权利，同时是材料发现机制的计算节点。

3.11

材料行业链materialindustryblockchain；IBC

材料行业链是一种行业联盟链，由某行业若干组织节点一起合作维护材料数据。

3.12

材料数据互联网internationalmaterialdatanetwork；InterMat

材料数据互联网是基于材料数据区块链（MBC）的、去中心化/多中心化的、泛在的、常态化

的材料数据共享网络。

4数据共享架构

本协议使用一种具有分层结构的区块链数据共享通用架构，由数据层、支撑层、应用层、用

户层组成，如图1所示。

2

图1协议分层架构

5基础应用架构

材料数据区块链（MBC）基础应用架构共分为三层，如图2所示。

3

图2MBC网络构架

如上图所示，MBC网络架构如下：

（1）私有云节点

MBC网络最基础的单位，可分为全节点和轻节点。全节点适用于企业或人员较多的组织、机

构，轻节点适用于科研机构小型团队或个人。基于本规范在企业内部实现部门及人员间的数据发

现和共享。

（2）行业链

行业链包括私有云节点、行业公有云节点。行业链可以材料数据为载体，贯穿材料研发、生

产、采办、装备建造与应用等相关企业节点，实现产业链内材料-装备数据互联互通。

（3）材料数据互联网（InterMat）

材料数据互联网是在私有云节点和行业链基础上，将点状分布的企业节点和线状分布的行业

链编织成网，形成多个行业构成的材料数据互联网络生态，实现不同产业链、不同区域间的材料

数据高效发现与共享，推动同类材料在不同行业间的融合应用。

6材料数据模式

材料数据模式包括元数据与数据主体。

元数据包括版权信息元数据和材料元数据。版权信息元数据包括数据ID、owner、数据源类

型、数据源名称、备注信息、时间戳、外部标识、数字签名等，具体内容见表1。材料元数据应

包括不少于一个材料四面体要素，亦可包括材料形状、规格、工序标识等，具体内容见表2。

表1元数据数据表第1部分版权信息元数据

序号内容说明

1ID材料数据的唯一标识

2owner数据所有者

3数据源类型包括设备、计算、引用数据

4数据源名称选择数据源类型后，对数据源名称进一步进行填写或选择，如

检测设备名称、计算软件名称等

5备注信息对数据进行进一步说明

6时间戳数据存证时间，作为数据存证优先权的判定依据

7外部标识DOI或其他第三方数据平台标识

8数字签名对数据上链进行确认

4

表2元数据数据表第2部分材料元数据

序号内容说明

1ID材料数据的唯一标识

2成分化学成分数据

3性能如机械性能、物理性能、应用性能等

4工艺如成型工艺、热处理工艺等

5结构如晶体结构、相结构、组织等

6形状如板、棒、带、线、粉、块状等

7规格如厚度、直径、粒度等

8工序标识炉号、批号、下料编号等

上表2中每个行业链的中材料四面体要素以及形状、规格、工序标识字典表由该行业链专家

委员会进行制定与维护，以行业子标准形式另行发布。

数据主体包括但不限于检测报告、研究报告、计算结果、文献、网络链接等，其格式可包括

文档、图片、表格、视频、音频等任意形式，数据结构详见表3。

表3数据主体数据结构

序号内容说明

1ID数据主体的标识

2数据主体文件格式可包括文档、图片、表格、视频、音频、链接等

3文件属性包括文件类型、大小、文件格式

4数据主体哈希值对数据主体进行哈希计算后的哈希值a

a对于较大的文件可以提取感知特征进行哈希运算。

7材料数据权限

根据不同的访问行为中的数据安全等级和隐私风险，将数据可发现和可见程度分为以下7个

等级：

表4数据访问权限分级表

数据权限级别数据可发现数据可见说明

L0完全不可发现完全不可见数据完全隐藏

L1-0完全不可见该条数据可被指定用户发现，但无法查阅数据内容

L1-P该条数据可被指定用户发现，并可查阅数据

定向可发现部分可见Owner

指定的部分内容

L1-V全部可见该条数据可被指定用户发现，并可查阅全部内容

L2-0完全不可见该条数据可被全网发现，但无法查阅数据内容

L2-P该条数据可被全网发现，并可查阅数据指

全网可发现部分可见Owner

定的部分内容

L2-V全部可见该条数据可被全网发现，并可查阅全部内容

8材料数据存证

8.1提取元数据

根据每类材料的元数据要素，如化学成分、性能等，并按表1、表2数据结构进行上链存证。

5

8.2数据主体加密

数据主体在上传至MBC网络前需先在本地执行数据加密，加密算法宜采用国密算法SM3。

文档、表格等文本流数据主体可直接进行加密，而图片、视频、音频等数据格式可提取多媒体文

件的关键信息，按文件属性、内容属性、感知特征等类别进行简化加密。

数据主体层数据宜包含下列内容：

a）文件属性，包括文件大小及格式；

b）数据主体哈希值。

8.3数据存证事件内容

材料数据存证时区块链账本中宜包含下列内容：

a）版权信息元数据（见表1），用于数据确权；

b）材料元数据（见表2），用于数据匹配与检索；

c）数据主体哈希值，用于确保数据原初性；

d）引用资料列表；

e）材料数据访问权限分级。

9材料数据的发现

材料数据间的发现和索引可基于材料元数据约定的数据模式，通过材料模式识别等算法实现

（见附录A）。为进一步保护数据隐私，可结合多方安全计算、同态加密等隐私计算方法，在数据

发现过程中实现数据的“可用不可见”。

10数据的共享与追溯

数据所有者授权后，可与数据请求者进行数据共享，共享、浏览等行为通过事务日志进行记

录并上链存证，难以篡改，起到版权追溯的作用。

10.1事务数据

事务数据分为四类：

（1）数据所有者（owner）对其所拥有数据的管理，具体包括：数据上传，权限修改，数据

版本更新；

（2）用户（user）浏览数据；

（3）用户（user）对数据质量的反馈，具体包括：积极反馈，消极反馈；

（4）用户（user）对数据的引用。

区块中单条事务内容具体格式如表5所示。

表5区块中单条事务数据格式

序号列名说明

1data_id事务涉及的数据ID

2trans_type事务类型

3initiator事务发起人

4signature数字签名

5time_stamp事务发生的时间戳

6trans_detail事务详情

10.2上链反馈结果数据

6

表6上链反馈结果数据结构

序号列名数据格式说明

1block_numberINT区块编号

2previous_hashBLOB前一区块哈希指针

3versionVARCHAR协议版本号

4time-stampDATE区块生成时间戳

5open_transactionLIST事务列表

11数据估值

通过统计上链数据的活跃度（被交换、引用次数）及用户反馈可计算得出单条数据的价值。

节点数据价值为所有属于该节点的数据价值的总和。

表7数据价值表

序号项目符号上限

1被交换数E无

2被引用数R无

3积极反馈Fp无

4消极反馈Fn直至价值清零

5浏览量U无

6数据价值V通过计算得到

通过上表项目可计算数据价值V：

整个节点的数据价值可按以下公式估算：

Pn2

V=E,（+iR=1+,2F,3.−...,Fn,n+为lo节g点(U数+据1)总数）

此模型为初始模型，在MBC网络上线后将根据实际情况作出相应调整。

Vtotal=Vi

12节点事务

12.1节点的加入、变更和注销

12.1.1全节点的加入

新加入的全节点应满足以下要求：

a)确保节点拥有一定数量符合材料元数据格式且可被检索的数据；

b)由专家委员会审核节点所拥有数据的真实性、有效性。

新节点加入MBC网络时应：

通过登录InterMat门户网站，与待加入的行业链超级节点进行通讯，递交节点身份信息并对

节点类型、待加入的行业链进行选择，通过审核后，由监管节点通知超级节点，并由超级节点颁

发准入证书（见12.1.3）。

12.1.2轻节点的加入

轻节点的加入方式与全节点一致，但无需专家委员会进行审核，由超级节点直接颁发准入证

书。

轻节点与全节点在承担责任方面主要的区别为：

a)无需参与共识协议，无需对事务的合法性做出判断；

b)无需主动维护链内账本，仅需接收并保存由超级节点发送的链内账本的区块头信息；

c)可申请由行业链内其他全节点或超级节点提供的资源对数据进行储存。

7

12.1.3区块链证书数据结构

表8MBC网络准入证书数据结构

序号列名数据类型说明

1node_nameVARCHAR节点名称

2node_typeVARCHAR节点类型（全节点/轻节点）

3IPVARCHAR本节点IP地址

4MACVARCHAR本节点MAC地址

5ca_idINT证书id

6chain_nameVARCHAR行业链名称

7attached_toINT所属行业链超级节点节点id

8order_signatureBIN超级节点签名

9CA_signatureBINCA证书签名

10CA_statusBINCA证书状态(有效/无效)

12.1.4节点的变更与注销

节点可通过申请更改证书类型进行节点类型变更或所属行业链变更。

有下列情况之一的节点，将对其进行证书注销：

a）连续30天内某节点未涉及任何事务；

b)节点数据价值总量连续低于某一阈值超过30天；

c）节点主动申请注销。

满足注销条件的全节点，经所属行业链的专家委员会审批后，由超级节点执行。轻节点的注

销由超级节点直接执行。

12.2节点影响力计算

节点影响力P可以通过以下公式计算：

P=Vtotal*T

Vtotal为节点数据价值总量，T为节点在线总时长。

表9节点影响力数据结构

序号列名数据类型说明

1ca_idINT证书id

2total_valueINT节点价值总量

3join_timeDATE节点加入某行业链的时间

12.3超级节点机制

在单一行业链中，节点影响力最大的在线全节点自动升级为超级节点。

超级节点应承担下列责任：

a）维护用于记录链内事务的链内账本（Inner-ledger）；

b）维护用于记录跨链事务的跨链账本（Cross-ledger）；

c）接收新节点加入请求，授予新节点MBC网络准入证书；

d）监测异常节点，并注销该节点MBC网络准入证书；

e）提供计算节点的相应资源与维护。

出现以下情况时，超级节点自动变更：

a）超级节点服务器下线，或虽然在线但不能满足以上某一责任需求；

b）本行业链中有节点的影响力超过该节点。

8

12.4监管节点机制

InterMat设置监管节点，各级专家委员会可通过监管节点对节点和行业链的加入、变更和注

销进行管理、监督和仲裁。

12.5行业链机制

12.5.1行业链的建立

通过以下机制可建立新的行业链:

a）建立行业链专家委员会；

b）编写本行业链子规范；

c）与InterMat监管节点进行通讯，递交节点身份信息、新行业链信息，通过审核后，获得由

InterMat监管节点颁发的节点准入证书；

d）新建行业链全节点数应不少于共识机制正常运行条件最小节点数。

12.5.2行业链的注销

有下列情况之一的行业链，可由监管节点审批注销：

a）行业链全节点数小于共识机制正常运行条件最小节点数；

b）行业链主动申请注销。

12.6共识机制

建立MBC网络及行业链时，可按需要定义或选择共识机制。数据存证的共识机制包括基于

工作量的共识机制、基于投票的共识机制、基于节点公信力的共识机制及其他共识机制。本协议

不限制区块链网络中使用的共识机制种类，但要求被使用的共识机制容错率不低于三分之一，即

单条行业链中当作恶节点数不超过总节点数量的三分之一时，该行业链的共识算法可维持正常运

行。

13协议更新机制

13.1内容性更新

若MBC网络内发生如新数据库上传等内容性更新时应：

a）通过弹窗告知节点有新版本以供更新；

b）若节点采用此更新，则其检索范围将包含新数据库；

c）若节点未采用此更新，则其无法检索到新数据库所拥有的数据，但不应影响其对MBC网

络内其他功能的使用。

13.2结构性更新

根据用户需求和反馈不定期对本协议进行更新和升级。若MBC网络需进行如网络结构调整、

匹配算法改版、数据价值计算模型改版等结构性更新时应：

a）通过弹窗告知节点MBC网络需进行结构性更新，并提示此更新为强制更新，节点需在一

定天数内完成此更新；

b）若节点未在规定天数内完成此更新，则该节点MBC网络准入证书将被注销；被注销MBC

准入证书的节点可再次申请加入MBC网络。

9

附录A

（资料性附录）

《材料数据发现和共享子规范》要点

应用材料模式识别技术，可实现相似材料数据的发现。算法主要包括三部分：材料特征向量

抽取、数据相似度计、专家规则。

（1）材料特征向量

材料数据抽象为一组包括成分、性能、关键字（工艺、结构、形状）在内的特征向量，形式

如下：

Xixi1,xi2,...,xiN

Kiki1,ki2,...,kin

式中：

N——成分数（或性能指标数）；

xij——材料i中成分（或性能）j的值（如果给出的是范围，则由后面介绍的专家规则给出约

定值）；

n——关键字总数。

（2）数据相似度计算

①首先进行数据标准化：

XXmin

ijj

Yijmaxmin

XjXj

0≤Yij≤1

式中：

Xij——材料i的第j个成分（或性能）数据；

Xmax

j——数据集之中成分（或性能）j的最大值；

Xmin

j——数据集之中成分（或性能）j的最小值。

②进行数据相似度的计算：

对不同数据节点的两组材料数据A、B，推荐采用距离函数方法计算相似度：

N

2

(YBjYAj)

DSC1j1

ABN

式中：

Yj——第j个成分标准化后的数据；

N——成分总数。

力学性能相似度DSP的计算与DSC的计算相同。关键词相似度DSK按下式计算：

Nmatched

DSKAB

Ntotal

式中：

Nmatched——材料A、B中相匹配的关键词数量；

Ntotal——参加匹配的关键词总数。

则总相似度:

DSABDSCABDSPABDSKAB

对节点中可发现的材料逐一进行相似度计算，按相似度由高到低排序，选择相似度最高的若

干数据，即可实现该节点中相似材料数据的发现。

10

（3）专家规则

①当某成分或性能的数值以X=a~b的形式限定时，该其约定值为X=(a+b)/2；

②当某成分的数值以X≤a的形式限定时，则其约定值为X=0.8a；

③当某性能的数值以X≥a的形式限定时，则其约定值为X=a；

④如果材料A、B中某个关键词为空，则该关键词可以与任何关键词匹配；

11

参考文献

[1]陈勇昌.基于不变特征的数字水印与感知哈希图像认证技术研究[D].华南理工大学,2014。

[2]胡雪晴.基于感知哈希的多媒体去重研究[D].中南民族大学,2018。

[3]苏航,张解,陈晓玲,等.多国钢铁材料牌号的计算机自动匹配技术[J].材料导报,2005,

19(11):4

12

目次

前言............................................................................III

引言.............................................................................IV

1范围............................................................................1

2规范性引用文件..................................................................1

3术语及定义......................................................................1

4数据共享架构....................................................................2

5基础应用架构....................................................................3

6材料数据模式....................................................................4

7材料数据权限....................................................................5

8材料数据存证....................................................................5

8.1提取元数据................................................................5

8.2数据主体加密..............................................................6

8.3数据存证事件内容..........................................................6

9材料数据的发现..................................................................6

10数据的共享与追溯................................................................6

10.1事务数据..................................................................6

10.2上链反馈结果数据..........................................................6

11数据估值........................................................................7

12节点事务.......................................................................7

12.1节点的加入、变更和注销...................................................7

12.2节点影响力计算...........................................................8

12.3超级节点机制.............................................................8

12.4监管节点机制..............................................................9

12.5行业链机制...............................................................9

12.6共识机制.................................................................9

13协议更新机制...................................................................9

13.1内容性更新................................................................9

13.2结构性更新...............................................................9

附录A（资料性附录）（资料性附录）《材料数据发现和共享子规范》要点..................10

参考文献.........................................................................12

材料数据区块链通则

1范围

本标准规定了材料数据发现及共享的相关术语、总体架构，并对材料模式定义、权属设置、

数据存证、数据发现、共享与追溯、数据估值、节点事务等进行规定，为材料数据区块链的构建

与材料数据的发现与共享提供实操性指导。

本标准适用于所有可描述为成分、性能、工艺、结构等要素的