為大眾打造更輕鬆的生活 — 智能票務系統
摘要 | 使用區塊鏈的智能票務可以通過更大的靈活性來改善乘客體驗，同時減少紙質票務的浪費。 伯明翰大學伯明翰鐵路研究與教育中心的博士研究員Joe Preece研究瞭如何進行。
常見的問題
許多鐵路旅客仍在使用紙質車票，但現在許多人通過智能手機應用程序購買車票或使用智慧卡（非接觸式電子票證系統智慧卡），例如Oystercard（位於倫敦）、ITSO卡（位於英國的其他幾個地區）或台灣常用的悠遊卡。 在描述區塊鏈如何對改進的火車票系統做出貢獻之前，讓我們考慮旅行者有時會遇到的幾個熟悉的場景，在這裡以愛麗絲（Alice）和鮑勃（Bob）的故事來舉例說明。
愛麗絲（Alice）經常在鐵路上旅行。 一天，她在車站買了票，然後將其上傳到智慧卡。 她登上火車，坐下，放鬆身心。 看到檢查員來檢查，愛麗絲（Alice）伸手去拿口袋取回智慧卡。 但是很可惜，它不見了。 由於車票僅存儲在智慧卡上，而沒有存儲在她的智能手機上，因此愛麗絲無法驗證其旅行證明，因此必須支付罰款。
鮑勃（Bob）從該國的另一端前往另一端參加環境會議。 他發覺一次性紙質機票的缺點，因此希望使用智能手機應用程式購買機票。 但是，移動票對沿途的一些站無效，因此他必須購買紙質票。 鮑勃（Bob）不是很滿意，他希望消除一次性紙質機票造成的浪費。
諸如此類的情況使乘客感到沮喪。 我們的移動票並不完美； 我們鐵路上最靈活的車票選擇仍然是可信賴的紙票。 但是我們知道這種方法有多浪費，並且希望減少這種浪費。 那麼，如何才能實現真正“智能”的鐵路智能票務呢？
STUB：帶有區塊鏈的普遍售票系統
伯明翰鐵路研究與教育中心（Birmingham Centre for Railway Research and Education，BCRRE）正在開發帶有區塊鏈的普遍售票系統（STUB）。 該平台將使用區塊鏈技術的機制來代替傳統的票務系統。 STUB的目的是創建紙質機票的真正等同物：無論在何處，如何購買或從何處購買，英國所有旅客列車運營商都認可這種東西。
系統設計
STUB的當前方法使用IBM設計的Hyperledger Fabric。 這是一個“permissioned”區塊鏈，這意味著它維護一個訪問控制層，以確保某些操作只能由某些可識別的參與者執行（請參見圖1）。 最高級別的組織是：黃色，為火車運營公司（TOC），藍色，為售票組織（TVO），以及紅色的外部組織等，例如鐵路運輸集團（RDG）。 這些組織負責維護鐵路和票務基礎設施，並讀取數據以產生有意義的統計數據。
Fabric網絡由渠道組成。 每個渠道支持不同的分類帳，因此單個Fabric網絡可以託管多個區塊鏈。 網絡和渠道都有一個策略，該策略由兩個關鍵元素組成：成員資格服務提供商（MSP），負責確定域內的用戶； 以及為這些用戶定義權限的規則。 STUB的網絡策略由RDG維護。 這使RDG可以控制誰可以主持對等方，加入某些渠道以及發起交易。 圖1中的STUB版本具有一個渠道（由虛線表示），其中TOC，TVO和RDG控制通道策略。 這意味著每個組織在誰可以主持節點並在渠道內進行交易方面都有發言權。 了解有關區塊鏈節點和交易的更多信息。
每個組織在渠道內託管至少一個對等節點； 每個對等節點都存儲分佈式賬本（區塊鏈）和負責分配和驗證票證的智能合約的副本。 智能合約是可執行代碼段，存儲在區塊鏈上的一個帳戶中，並通過向該帳戶發送交易請求來調用。 因為區塊鏈是不可竄改的，所以代碼保持不變。 它們之所以“智能”，是因為它們允許在區塊鏈平台上實現流程的自動化。 每個組織還具有一個本地MSP，用於表示組織內Fabric網絡的用戶（實際上，每個組織都有多個帳戶和節點，但為簡單起見，我們假設每個組織都有一個）。
購買機票的乘客也將擁有STUB帳戶。 這將包括一個加密的“密鑰對”：用於證明其身份的公共和私有密鑰。 此信息將包裝在X.509證書中，該證書還存儲有關乘客的相關詳細信息，例如將折扣直接與乘客聯繫起來的鐵路卡信息。 乘客的帳戶詳細信息存儲在證書頒發機構中，並反映在Channel MSP中，因此每個組織都可以閱覽和驗證其他組織託管的乘客的憑據。
每個乘客都有一個具有上述信息的唯一STUB帳戶。 與帳戶關聯的公鑰充當“用戶名”； 它可以作為QR code 存儲在智能手機上，也可以通過近場通信（NFC）從智慧卡傳輸。 要購買機票，乘客將其公共密鑰輸入到應用程序中，並使用其私有密鑰驗證其身份。 該應用程序與網絡節點進行通信，以使用智能合約將票證發行到乘客的STUB帳戶。 節點將發送一個請求將此票務交易添加到區塊鏈，其他組織將通過Fabric的共識機制提供共識，以確保交易有效。 為了驗證其機票是否有效，乘客僅需使用其私鑰來證明STUB帳戶的公鑰是他們的。
優點
STUB之類的系統具有技術優勢。 Fabric體系結構使參與組織可以共享票證數據和系統管理。 Fabric提供高達3,000 tps（每秒事務）的高延遲。 研究證明，這一速度可以提高到20,000 tps-足以應付乘客在鐵路網絡上通過票證驗證點（例如閘口和門衛）的最繁忙時段。
它還可以改善乘客體驗。 乘客的票證不限於一種組織或一種設備； 它們可以在鐵路網絡上的任何設備上隨時隨地使用。 每個組織都可以持續訪問區塊鏈上的每張票證，並且可以立即檢查其有效性。 組織之間的競爭得以保留：該平台保留了現有付款方式的使用，以便乘客可以決定從誰那裡購買機票。 這些應用程序可以保留現有的付款方式，包括現金，卡和銀行轉帳。
STUB有助於減少浪費。 乘客不再需要一次性紙質機票，因為他們的機票存儲在區塊鏈中。 乘客可以通過多種方式訪問他們的機票，例如QR碼，多用途卡上的NFC和Web應用程序。 STUB將始終訪問該乘客的原始機票。
對於Alice來說，放下智慧卡不再重要，因為她可以訪問其智能手機應用程序中的同一票證，並且可以立即通知網絡該智慧卡不再是可靠的標識點。 鮑勃知道自己的旅行不會給環境帶來不必要的浪費，因此會感到更加幸福。
缺點
這種方法有很多優點。 但是，這將需要檢驗票來驗證。 驗證票證需要連接到區塊鏈網路以獲得帳本上的最新交易，還需要良好的互聯網連接和合適的備份協議。
對於乘客而言，缺點包括必須在其首次使用之前提供憑據ㄉㄢ以註冊系統，這對於某些不想共享此類信息的乘客而言可能是絆腳石。 乘客還需要擁有其中一種訪問方法（例如，智能手機或其他設備），而有的人可能不具備設備或希望擁有設備。
結論
區塊鏈提供了一個機會，使競爭組織可以在不影響安全性或競爭的情況下協作基礎票務數據。 轉向區塊鏈技術可以使GB鐵路的乘客和商業經驗受益。
該系統具有擴展的潛力：可跨企業，擴展到當前不接受主線票務的地鐵網絡； 跨國家的鐵路網； 甚至跨領域進入鐵路以外的運輸領域。 這是邁向凝聚系統的第一步，而區塊鏈是其背後的驅動力。
