區塊鏈技術在物流領域應用研究綜述

易 強，楊慧敏，王柯欣

（東北林業大學，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 引言

物流業作為國民經濟發展的基礎和戰略性產業，其優化升級對加快商品流通、促進消費、推動國民經濟發展有著很好的提質增效作用。區塊鏈最初是在比特幣協議中引入，作為開放、透明和安全的分布式分類賬技術的底層協議，在經過多年成功運行后，其影響力已然超過比特幣本身，逐漸擴散到物流等領域，2016年國務院將區塊鏈列入戰略性前沿技術布局中[1]。作為一項新興的戰略性前沿技術，區塊鏈技術與物流領域相融合的研究與實踐也不斷向前發展，是加快推進物流產業轉型升級的重要支撐。

2 區塊鏈技術概述

2.1 區塊鏈定義

目前為止針對區塊鏈的定義，各研究領域都沒有統一的結論：從數據出發，區塊鏈是按時間序列將區塊相連接并同時加密的鏈式數據結構、一種帶激勵的去信任的以博弈論為基礎的新型分布式計算范式（或分布式賬本技術）、一個如同HTTP的網絡底層協議[2-4]；從賬本的角度考慮，區塊鏈技術就是一種電子記錄賬本，每個區塊即為賬本的一個單頁記錄著區塊里的信息，從起始頁到終點頁都已固定，無法修改或是以共識機制為基礎、區塊鏈上所有成員共同參與維護的一個公開性質的大賬簿[5-6]。

2.2 區塊鏈特點

區塊鏈本質是一個連續不斷增長的多方共同維護的、利用時序不可篡改的加密賬本與分布式共識機制而建立的分布式數據庫，主要有以下特點[7]：

（1）分布式結構與集體維護。將區塊鏈搭建在分布式網絡之中，同時去除第三方機構參與管理，讓系統各節點共同維護與更新數據，各節點權利與義務相等，若節點產生損壞也不會影響系統的運作。

（2）時序不可篡改。區塊鏈對交易記錄的存儲采用帶有時間戳的鏈式區塊結構，具有可追溯性與不可篡改性，除非同時控制系統中超過一半數量的節點。

（3）建立信任。區塊鏈技術以數學原理和程序算法為基礎運行，系統運行狀況公開透明，不需要第三方機構進行信用背書，只通過雙方達成共識建立信任關系。

（4）公開透明。網上所有人都可以入區塊鏈并可以查詢鏈中的同一賬本的每筆交易記錄，過程公開透明。

2.3 區塊鏈分類

區塊鏈根據參與對象的不同性質可以分為公開鏈、私有鏈和聯盟鏈[8]。

公有鏈：即任何人都能參與使用與維護的公共區塊鏈，如比特幣的區塊鏈就是完全公開的。

私有鏈：由少數管理者集中管理限制寫入權限，有選擇的對內部成員開放讀取權限，不公開信息，適用于機構內部的數據管理。

聯盟鏈：介于公開鏈與私有鏈之間，屬于半公開性質，由眾多組織成員共同維護的區塊鏈，成員必須是有權限限制的訪問，相關信息會被系統保護，適用于供應鏈或銀行間的聯盟。

3 區塊鏈在物流領域研究現狀

區塊鏈技術的優勢在于價值信息交換過程高效透明，信息高度保密安全，避免第三方中介參與。因此，對這些優勢有所需求的絕大多數行業都有一定的適用性。由于區塊鏈技術的可追溯、不可篡改、互信等特性，使區塊鏈技術不被局限地應用于比特幣等金融領域中，所以本文將從物流相關領域中的應用進行介紹。

3.1 跨境電商中的應用

雖然在我國電商環境良性發展的背景下，跨境電商貿易也保持著高速增長，但也面臨著一些難題：跨境電商交易涉及國內外監管部門多、跨境物流信息不透明且各環節成本高、品控難度大且難以溯源、跨境支付等。而區塊鏈與跨境電商結合使數據鏈在交易方之間公開透明，可全過程地追蹤商品流通變化，提升物流效率與信息安全性，達到有效舉證與追責；區塊鏈的信息共享、不可篡改及時間戳特性可動態監控交易各環節，檢查人員通過實名注冊來記錄制造商與供應商的賬本信息對跨境貨物進行分辨，從而保障貨物安全出入境，減少假冒偽劣問題[9-11]；分布式儲存與點對點傳輸特性為解決跨境支付提供了思路。

梁向東等針對處方藥跨境電商存在的體系性障礙如：各個國家的醫藥政策與監管標準的差異性、藥品在國際流通中品控與安全、跨境信息共享帶來的技術障礙，初步構建了處方藥跨境貿易平臺，其核心模塊為：（1）去中心化的鏈上審批體系：以公有鏈基礎結合醫藥貿易本來設計特有的協議和藥品數據審批的共識機制，對處方藥進行鏈上審批并驗證記賬。（2）透明化的智能合約認證體系：主要是將處方改為區塊電子處方，同時將醫生的開具處方的權限數據庫放在區塊鏈上，達到自動保存和審批驗證的效果。（3）全鏈監控的醫藥追溯體系：以物聯網技術對處方藥品的生產、加工和運輸進行動態監控，保證藥品的狀態信息在區塊鏈上不可篡改，并根據購買人的查詢要求來反饋信息，具體過程如圖1 所示，提出跨境貿易平臺的實現難點在于各國政府能否主導性參與[12]。

張衍斌基于區塊鏈技術構建跨境電子商務生態圈來解決中歐貿易市場結構和環境差異所帶來的信用風險、跨境監管與供應鏈管理等問題，同時提出區塊鏈技術所存在的如交易時間與效率滯后、安全風險等問題[13]。許嘉揚研究了基于區塊鏈技術的虛擬貨幣在跨境支付中的作用，對傳統跨境支付不同階段的痛點提出了解決方案[14]。Hao 等對如何保護基于區塊鏈的支付系統不受雙重支付攻擊提出了自己的見解，即利用在塊鏈支持的邊緣物聯網系統中實現安全快速支付的方法“FastPay”，并通過對樣機的比較，初步驗證其有效性[15]。Lind 等則介紹Teechain（雙層支付網絡）來執行交易并利用可信執行環境（TEE）保護來進行高效、安全的非鏈支付交易，防止因克服共識需求的限制而使用支付網絡的鏈外交易和定時訪問區塊鏈進行檢測的方式而產生的交易漏洞（通過延遲它方的區塊鏈訪問并斷開與區塊鏈的連接阻止各方使用支付網絡）[16]。Xu 等將區塊鏈應用于進口產品可追溯項目的追溯系統中，讓原有項目具有更高的透明防篡改與數據追查功能，并利用以智能契約為基礎的AMART 合同對追溯產品進行合法性檢查，達到對進口產品供應鏈的自動化追溯過程，其追溯過程如圖2所示[17]。

圖1 基于區塊鏈的處方藥信息交易追溯圖

圖2 可追溯過程圖

區塊鏈技術給跨境電商帶來了更大的發展前景，在各國政府主導性推動的前提下，保障了跨境貨物質量安全、出入境環節簡化；基于區塊鏈技術的虛擬貨幣則簡化了跨境支付流程、降低了交易成本和時間，創造出了跨境支付新模式。但是，新模式的出

3.2 供應鏈中的應用

現也會有一些風險隱患，比如利用區塊鏈技術的一些缺陷來對跨境支付行為進行攻擊等。

供應鏈作為一條涉及從上游供應商到下游客戶并包含著信息流、資金流和物流持續流動的復雜鏈條,同時鏈中的各個節點企業時刻進行著協同合作，產生各種離散的被儲存在各個互不相連的節點系統中的交易信息，而這些鏈上的信息存在孤島問題,致使各節點企業信息流動不通暢，信息失真，難以回溯。但以公有鏈和私有鏈結合、偏向商業化的聯盟鏈則可以利用分布式儲存與智能合約來實現供應鏈參與方從原料供應商到零售商的所有業務流程實現信息上鏈，隨時為被授權的參與方提供信息查詢與回溯[18]。

賈建華等將供應鏈各業務流程定義為各關鍵事件（包裝、運輸、裝運、加工等）和關鍵數據（位置、時間、參與方等），進而理清了復雜的供應鏈流程，如圖3 所示，構建基于EPCIS 的設計理念、以Hyperledger Fabric 和Hyperledger Composer作為區塊鏈的底層架構的追溯系統，實現追溯業務的通用性需求和數據的可視化[19]。Venkatesh等通過探析區塊鏈如何影響供應鏈的社會可持續性治理，以區塊鏈、物聯網和大數據分析來構建供應鏈社會可持續性管理（BSCSSM）系統管理上下游業務，提高供應鏈的可持續性、透明度與負面行為的可追溯，如：最低工資與健康安全的工作環境、不道德使用熱帶雨林資源、童工等[20]。Kay等對食品供應鏈案件進行了調查與訪談，并以整體多案例研究的形式分析了四條不同的奶制品供應鏈，并考察可追溯性的作用，結果表明在某些行業使用區塊鏈技術前，必須對供應鏈系統進行修改，從而滿足邊界條件[21]。Wong L W 等研究馬來西亞中小企業已有的技術、組織和環境因素是否會影響在供應鏈中使用區塊鏈的問題，采用技術-組織-環境（TOE）框架分析了影響區塊鏈采用的因素，表明相對優勢、競爭壓力對采用區塊鏈意愿的影響是顯著的；成本、復雜性、高層管理支持則是抑制因素[22]。Hofman 針對供應鏈解決方案數據共享的局限性，提出了一種規范數據共享的方法，通過基于區塊鏈的基礎設施快速部署進行共享數據[23]。

圖3 業務流程數據化

雖然區塊鏈技術在供應鏈中的應用廣泛，但是各領域內的供應業務交錯復雜、種類多樣，同時也不可能為各個不同的供應鏈單獨搭建信息追溯系統。因此構建的追溯系統就需要有一定的通用性，同時也應考慮到行業特點，對供應鏈追溯系統進行適當修改，滿足邊界條件，從而達到個性化要求。

3.3 智慧物流中的應用

智慧物流作為一種新型、高層次的物流形式，它利用信息技術與各種智能化控制設備的有機結合，將物流從人物相連推動到物物相連的一個新階段。智慧物流對加快商品流通速度、強化商品流通的品控效率、改善客戶服務質量有明顯作用，同時它以信息技術為橋梁來聯系各方，從側面凸顯出信息流安全的重要性[24-25]。

郝玉琨等利用智能合約構建關于智能云箱的集裝箱智能化管理運營平臺，在智能云箱中利用智能傳感裝置來監控物品，然后以區塊鏈將各參與方聯系到一起，借助物聯網平臺強化追溯能力，其次通過在鏈上添加適配器解決區塊鏈寫入效率不高的問題，最終達到簡化物流運輸復雜流程的目的[26]。柯君卓等探討了將區塊鏈運用到最后一公里配送問題中，得出可以保護個人交易信息不被泄露、減少倉庫配送點、智能規劃配送路線等益處[27]。李曉萍等基于區塊鏈技術設計了以物流服務集成商為主導的信息平臺，為供應鏈企業提供商品溯源、智能物流運輸與庫存管理等服務[28]。Singh 等提出了一種基于區塊鏈并具有人工智能的智能化物聯網體系結構，能夠支持物聯網進行安全、分散的數據分析，并根據現有的物聯網標準參數進行比較評估，從而降低了準確性、延遲、集中化以及安全和隱私等問題帶來的危險[29]。Rozman 等研究了一種通過自主擴展物流節點的物流平臺，它以物聯網技術作為通信方式、以區塊鏈技術實現信息公開，形成一個數字化的分布式節點網絡平臺，該平臺利用實驗室模型得出了初步的實現結果[30]。Rathee 等將區塊鏈技術應用于通信物聯網（CTN）中，提出一種混合型的安全工業物聯網框架，能夠實時提供保密和保護控制，從而減少針對智能物聯網設備而產生的可能存在的一些惡意威脅，該技術與傳統方法相比較，有更大的成功率[31]。

區塊鏈技術融入智慧物流對數據統計分析有著很好的改善與提升：區塊鏈技術使各參與企業的物流信息匯集到分布式賬本以加密算法保存，同時利用大數據進行有效整合，保證數據安全透明與可信度，增強預測的精確度，從而提升物流效率；讓以區塊鏈為基礎相連接在同一網絡中的物聯網智能設備間的信息交互具有更高的可靠性，對整個智慧物流系統有更明顯的優化作用。

4 總結

區塊鏈技術在物流領域中的擴散為解決行業痛點提供了新思路，對整個物流業有著提質增效的顯著作用，其應用可進一步加快物流的智能化進程，推動物流產業升級。但是區塊鏈技術在物流相關領域的應用也需要進一步的研究與實踐，進而滿足相關領域內的個性化需求與行業特性，同時也應注意區塊鏈技術的引進必然會給物流行業帶來一些新問題：節點儲存數據的增加所帶來的數據處理分析效率問題；去中心化和透明化使物流信息愈加暴露而帶來的信息安全問題等，而如何妥善解決這些新問題則是研究人員所要思量的。