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摘要：當前物流行業(yè)存在的信息不對稱，過程透明度低，信息存儲不安全等問題，一定程度制約了物流行業(yè)發(fā)展。文章借鑒區(qū)塊鏈技術(shù)在去中心化、數(shù)據(jù)防篡改、數(shù)據(jù)保密等方面優(yōu)勢，分析了區(qū)塊鏈在物流領(lǐng)域的典型應(yīng)用場景，提出了基于區(qū)塊鏈的物流信息管理框架，給出了典型的物流區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和信息管理流程。

關(guān)鍵詞：物流；區(qū)塊鏈；信息防篡改；數(shù)據(jù)安全

近年來，隨著我國經(jīng)濟發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，物流行業(yè)進入高速發(fā)展階段。主要體現(xiàn)在：一方面，物流行業(yè)整體規(guī)模和范圍不斷增長，從傳統(tǒng)的物資運輸拓展到整個供應(yīng)鏈流程[1]；另一方面，與大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新技術(shù)結(jié)合，物流行業(yè)逐步邁入智能物流時代。在物流產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展過程中，一些問題也逐漸暴露出來，特別是物流各方信息不對稱[2]、物流過程缺乏透明度[3-4]、物流信息真實性難以保證[5-6]等問題，已經(jīng)對物流效率、物流過程可信等造成較大程度影響，一定程度制約了物流行業(yè)發(fā)展。區(qū)塊鏈(Blockchain)技術(shù)是隨比特幣(Bitcoin)等數(shù)字加密貨幣日益普及而逐漸興起的一種全新的基礎(chǔ)架構(gòu)和計算范式[7]，其通過去中心化、去信任的方式集體維護一個可靠的數(shù)據(jù)集合，運用數(shù)據(jù)加密、共識機制和激勵手段等方式，在無需信任的分布式系統(tǒng)中實現(xiàn)點對點的信息共享與協(xié)作[8-9]。該技術(shù)為解決當前物流行業(yè)中存在的信息不對稱、不透明、存儲不安全、難以確責等問題提供了有效途徑。目前，部分物流企業(yè)正在開展區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用研究。例如，阿里巴巴、京東[10]在產(chǎn)品溯源中就應(yīng)用該技術(shù)。這些應(yīng)用大多是對區(qū)塊鏈技術(shù)本身進行研究，對區(qū)塊鏈在物流領(lǐng)域的具體應(yīng)用場景，以及如何與企業(yè)現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行融合等問題，尚缺乏深入分析和研究。本文基于區(qū)塊鏈的特點，針對物流信息管理存在的諸多問題，分析了區(qū)塊鏈技術(shù)在物流信息管理中的應(yīng)用場景，設(shè)計了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的物流信息管理框架、典型拓撲結(jié)構(gòu)和信息管理流程，為提升物流信息的安全性、可靠性和可信性奠定基礎(chǔ)。

1區(qū)塊鏈技術(shù)特點

區(qū)塊鏈最早源于比特幣交易，主要用于記錄所有發(fā)生交易信息[7]。從本質(zhì)上看，區(qū)塊鏈并不是一種新的技術(shù)，是在整合現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上形成的一種新的技術(shù)標準和協(xié)議[8]，其主要特點可歸納為四個方面：(1)去中心化?？蓪^(qū)塊鏈看做一個沒有控制中心的分布式網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)分布存儲在多個節(jié)點上，即使某個節(jié)點出現(xiàn)問題或者損毀，系統(tǒng)也能正常運行。(2)信息可追溯?；趨^(qū)塊和鏈式結(jié)構(gòu)建立統(tǒng)一賬本保存數(shù)據(jù)。賬本由多個節(jié)點共同維護，只能增加不可修改，保證數(shù)據(jù)真實性。(3)信息公開。一旦加入到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點可享有同樣的權(quán)利和義務(wù)。任何節(jié)點都可以查看數(shù)據(jù)，消除信息不對稱。(4)智能合約。區(qū)塊鏈以數(shù)字合約的形式驅(qū)動記賬等事務(wù)的運行，根據(jù)其觸發(fā)條件，在沒有處理中心和人工參與條件下，自動執(zhí)行并履行合約內(nèi)容，提升合約的公平和公正性[11-13]。

2區(qū)塊鏈在物流信息管理中的應(yīng)用

2.1物流信息管理存在的問題。近年來，物流企業(yè)普遍引入物流信息技術(shù)，對物流過程產(chǎn)生的信息進行采集、存儲、匯集、分析。物流信息技術(shù)的不斷提高，對提升物流效率、降低物流成本發(fā)揮了重要作用。隨著物流業(yè)務(wù)專業(yè)化和產(chǎn)業(yè)集約化發(fā)展，專業(yè)化的倉儲、運輸公司不斷涌現(xiàn)，物流信息管理從物流企業(yè)內(nèi)部走向企業(yè)與企業(yè)之間，成為企業(yè)共享咨詢和溝通的橋梁，對物流參與各方的高效協(xié)同起到關(guān)鍵作用。目前，國內(nèi)物流資源分布較散，物流上下游企業(yè)的規(guī)模、體制各異[2]，難以在物流企業(yè)間建立信任機制，物流企業(yè)相互不愿共享信息。同時，由于缺乏有效技術(shù)手段保證物流參與各方數(shù)據(jù)的安全性和可信性，企業(yè)無法通過有效渠道進行信息交換。這就導致：(1)企業(yè)掌握的物流信息不對稱。一些小散物流企業(yè)，以及尋求物流服務(wù)的企業(yè)，無法獲取有效、充分的物流信息，勢必對經(jīng)營造成影響。(2)物流信息不透明。物流參與各方無法準確了解物資狀態(tài)，無法及時發(fā)現(xiàn)問題，影響企業(yè)進行相關(guān)決策。(3)責任主體認定難。一旦物流出現(xiàn)問題，由于缺乏足夠信息支持，無法確認事故責任主體，后期舉證和追責也受到影響。上述問題已經(jīng)成為物流信息管理水平提升的瓶頸，制約了物流行業(yè)發(fā)展。2.2區(qū)塊鏈應(yīng)用場景。針對物流信息管理存在問題，區(qū)塊鏈可對提升物流數(shù)據(jù)共享、保證物流數(shù)據(jù)的真實性，實施有效確權(quán)和追責，提升物流數(shù)據(jù)安全性等方面提供一種技術(shù)途徑。(1)物流信息共享。以企業(yè)業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過區(qū)塊鏈將需要各方認可的信息或公共信息，例如，倉儲信息、配送信息、車輛運力等，統(tǒng)一保存在區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)賬本中。這些信息可對網(wǎng)絡(luò)中的所有物流節(jié)點公開，任何節(jié)點都可以通過預(yù)定義的接口查詢賬本中的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)物流信息的共享，保證物流過程高度透明。(2)“責權(quán)”不可抵賴。依賴區(qū)塊鏈記錄數(shù)據(jù)的方式，任何節(jié)點提交的記賬請求都需要網(wǎng)絡(luò)中的共識節(jié)點進行背書，獲取其認可后才可被寫入賬本中，一旦物流信息被記錄，就不可被篡改，保證了數(shù)據(jù)真實性。同時，區(qū)塊鏈采用非對稱數(shù)字加密技術(shù)進行身份驗證，保證交易雙方身份的真實性。如果物流過程出現(xiàn)問題，可以利用區(qū)塊鏈在保障數(shù)據(jù)真實性和身份真實性上的優(yōu)勢實施有效追責[14]。(3)提升物流信息安全保護。區(qū)塊鏈對物流信息安全性的提升體現(xiàn)在四個方面：①對接入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點實行認證制度，只有認證后的節(jié)點才能接入到區(qū)塊鏈中，防止非法節(jié)點接入到網(wǎng)絡(luò)中。②通過匿名交易的方式切段身份信息與物流信息之間關(guān)聯(lián)，使得攻擊者無法通過分析物流數(shù)據(jù)獲得用戶身份信息。③基于P2P網(wǎng)絡(luò)，通過中繼轉(zhuǎn)發(fā)的方式進行通信，攻擊者很難通過竊聽發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中傳播信息的真實來源和去向[15]。④采用分布式的存儲方式，不需要再對數(shù)據(jù)集中存儲，避免傳統(tǒng)服務(wù)器被攻擊造成的數(shù)據(jù)泄露風險。(4)自動履行物流合約。利用區(qū)塊鏈的智能合約機制，可以將傳統(tǒng)的紙質(zhì)合同轉(zhuǎn)化為數(shù)字合同存放在網(wǎng)絡(luò)中[4]，區(qū)塊鏈自動判斷合約條件，根據(jù)條件滿足情況自動執(zhí)行合約。以運輸合同為例，一旦合約擬定的條件滿足，區(qū)塊鏈自動執(zhí)行付款。依賴于區(qū)塊鏈對數(shù)據(jù)真實性的保證，相比傳統(tǒng)合約履行過程，該方式可兼顧合同雙方對降低合約風險和提高合約履行效率的訴求。

3基于區(qū)塊鏈的物流信息管理架構(gòu)

3.1物流信息管理框架。結(jié)合前述應(yīng)用場景，本文基于開源系統(tǒng)HyperledgerFabric[16]，設(shè)計了物流信息保障框架，如圖1所示。該框架共包括五個部分：物流信息存儲服務(wù)、物流信息共識服務(wù)、物流節(jié)點服務(wù)、物流信息服務(wù)和區(qū)塊鏈平臺監(jiān)管。(1)物流數(shù)據(jù)存儲服務(wù)。物流數(shù)據(jù)存儲是物流信息保障的基礎(chǔ)?；贔abric的存儲機制，可將物流數(shù)據(jù)存儲分為三個部分：賬本模型，賬本存儲和數(shù)據(jù)接口。賬本模型是對物流狀態(tài)數(shù)據(jù)的建模，定義數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)類型。區(qū)塊鏈按照賬本模型將物流數(shù)據(jù)打包為區(qū)塊記錄到物流賬本中，存儲在節(jié)點文件系統(tǒng)中。同時，提供全局數(shù)據(jù)檢索和更新接口，供上層調(diào)用。(2)物流信息共識服務(wù)。物流信息共識服務(wù)為數(shù)據(jù)管理的核心。其主要以節(jié)點間的信任模型為基礎(chǔ)，通過共識機制實現(xiàn)物流參與各方對物流信息背書，同時保證分布在不同節(jié)點上的物流數(shù)據(jù)保持同步和容錯。目前，常用的共識算法包括：工作量證明機制(PoW)、股份證明機制(DPoS)、實用拜占庭容錯(PBFT)、Kafka等。在應(yīng)用過程中，需要結(jié)合具體場景選擇某一算法進行相應(yīng)適配和優(yōu)化。同時，基于Fabric的多通道機制，還可以為不同類型的交易建立單獨的通道，保證交互間數(shù)據(jù)隔離保密。(3)物流信息節(jié)點服務(wù)。物流信息節(jié)點服務(wù)為區(qū)塊鏈節(jié)點提供服務(wù)，主要包括：賬戶管理、合約管理和數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。賬戶管理利用認證機制提供節(jié)點注冊、簽發(fā)登記證書、簽發(fā)交易證書、證書需求和撤銷等服務(wù)。智能合約管理對部署在節(jié)點上的智能合約進行管理，實現(xiàn)合約的安裝、部署、觸發(fā)、調(diào)用等。數(shù)據(jù)訪問為節(jié)點上的智能合約和其他應(yīng)用提供賬本數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。(4)物流信息全局服務(wù)。物流信息全局服務(wù)主要基于區(qū)塊鏈存儲的物流信息，圍繞物流過程和物資狀態(tài)對物流信息進行抽取、統(tǒng)計、分析以及可視化。其中，物流過程信息管理主要從物流過程的角度，例如，收件、中轉(zhuǎn)、運輸?shù)炔煌奈锪鳝h(huán)節(jié)，監(jiān)控物流狀態(tài)。物資狀態(tài)主要以物資為核心對物流流轉(zhuǎn)進行追溯和狀態(tài)管理。同時，該部分服務(wù)還可被其他應(yīng)用進行調(diào)用，查詢物流過程信息和物資狀態(tài)數(shù)據(jù)。(5)區(qū)塊鏈平臺監(jiān)管。通過區(qū)塊鏈平臺監(jiān)管可以查看區(qū)塊鏈整體運行的狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)問題并預(yù)警，具體包括：儲監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點監(jiān)控、物流事務(wù)監(jiān)控、物流合約監(jiān)控。數(shù)據(jù)存儲監(jiān)控主要監(jiān)控各個節(jié)點存儲賬本情況，對存儲信息摘要顯示。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點監(jiān)控主要顯示當前區(qū)塊鏈的基本網(wǎng)絡(luò)拓撲形態(tài)，各節(jié)點狀態(tài)信息等。物流事務(wù)監(jiān)控主要結(jié)合物流合約查看事務(wù)運行信息。物流合約主要對不同節(jié)點上部署的智能合約運行狀態(tài)進行監(jiān)控。3.2物流信息管理網(wǎng)絡(luò)拓撲。基于前述的管理框架，設(shè)計網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，如圖2所示。每個物流企業(yè)或者組織都可作為網(wǎng)絡(luò)的一個基本單元，包含共識節(jié)點、排序節(jié)點、網(wǎng)關(guān)節(jié)點、CA節(jié)點和若干個客戶端節(jié)點。其中，共識節(jié)點參與區(qū)塊鏈的背書和數(shù)據(jù)存儲。排序節(jié)點根據(jù)智能合約運行情況生成數(shù)據(jù)區(qū)塊，發(fā)送給共識節(jié)點并保持節(jié)點存儲一致。客戶端節(jié)點代表不同物流業(yè)務(wù)，主要以各企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，經(jīng)過適配后通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點訪問區(qū)塊鏈，通過發(fā)起智能合約進行數(shù)據(jù)操作和查詢，不參與記賬、背書等事務(wù)。在客戶端接入過程中，可結(jié)合企業(yè)自建CA進行節(jié)點認證。此外，網(wǎng)絡(luò)中還包含一個全局CA節(jié)點和監(jiān)管節(jié)點。該CA節(jié)點主要對區(qū)塊鏈內(nèi)的共識節(jié)點、排序節(jié)點進行認證，與組織內(nèi)的CA節(jié)點形成分級認證機制。監(jiān)管節(jié)點負責監(jiān)控整個區(qū)塊鏈的運行狀態(tài)。3.3物流信息管理框架運行流程。結(jié)合物流信息管理架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)拓撲，設(shè)計物流區(qū)塊鏈信息管理運行流程，如圖3所示。具體如下：根據(jù)業(yè)務(wù)流程編寫智能合約，將智能合約部署在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中?？蛻舳死弥悄芎霞s發(fā)起記賬請求，排序節(jié)點根據(jù)智能合約向指定節(jié)點發(fā)起背書請求，背書完成后生成區(qū)塊發(fā)送給共識節(jié)點進行記賬。區(qū)塊鏈監(jiān)督定時抽取區(qū)塊鏈中的各類型數(shù)據(jù)，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中智能合約、事務(wù)運行、通道和賬本的狀態(tài)和變化。物流全局業(yè)務(wù)服務(wù)可以讀取賬本數(shù)據(jù)監(jiān)控物流狀態(tài)的變化，并為上層應(yīng)用提供信息服務(wù)。

4總結(jié)和展望

本文根據(jù)當前物流行業(yè)信息管理中存在的問題，分析區(qū)塊鏈在物流行業(yè)可能的應(yīng)用場景，基于Fabric給出了物流信息管理框架，以及典型的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和框架運行流程，為下一步建立基于區(qū)塊鏈的物流信息管理平臺奠定基礎(chǔ)。

作者:胡 潔 葛長濤 孫 勇 馬宏斌 單位:空軍研究院特種勤務(wù)研究所