物流信息管理框架研究

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摘要：當前物流行業存在的信息不對稱，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發展。文章借鑒區塊鏈技術在去中心化、數據防篡改、數據保密等方面優勢，分析了區塊鏈在物流領域的典型應用場景，提出了基于區塊鏈的物流信息管理框架，給出了典型的物流區塊鏈網絡拓撲結構和信息管理流程。

關鍵詞：物流；區塊鏈；信息防篡改；數據安全

近年來，隨著我國經濟發展方式的轉變、產業結構的調整，以及互聯網技術不斷發展，物流行業進入高速發展階段。主要體現在：一方面，物流行業整體規模和范圍不斷增長，從傳統的物資運輸拓展到整個供應鏈流程[1]；另一方面，與大數據、物聯網、云計算等新技術結合，物流行業逐步邁入智能物流時代。在物流產業高速發展過程中，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發展。區塊鏈(Blockchain)技術是隨比特幣(Bitcoin)等數字加密貨幣日益普及而逐漸興起的一種全新的基礎架構和計算范式[7]，其通過去中心化、去信任的方式集體維護一個可靠的數據集合，運用數據加密、共識機制和激勵手段等方式，在無需信任的分布式系統中實現點對點的信息共享與協作[8-9]。該技術為解決當前物流行業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，部分物流企業正在開展區塊鏈技術應用研究。例如，阿里巴巴、京東[10]在產品溯源中就應用該技術。這些應用大多是對區塊鏈技術本身進行研究，對區塊鏈在物流領域的具體應用場景，以及如何與企業現有業務系統進行融合等問題，尚缺乏深入分析和研究。本文基于區塊鏈的特點，針對物流信息管理存在的諸多問題，分析了區塊鏈技術在物流信息管理中的應用場景，設計了基于區塊鏈技術的物流信息管理框架、典型拓撲結構和信息管理流程，為提升物流信息的安全性、可靠性和可信性奠定基礎。

1區塊鏈技術特點

區塊鏈最早源于比特幣交易，主要用于記錄所有發生交易信息[7]。從本質上看，區塊鏈并不是一種新的技術，是在整合現有技術基礎上形成的一種新的技術標準和協議[8]，其主要特點可歸納為四個方面：(1)去中心化?？蓪^塊鏈看做一個沒有控制中心的分布式網絡，數據分布存儲在多個節點上，即使某個節點出現問題或者損毀，系統也能正常運行。(2)信息可追溯。基于區塊和鏈式結構建立統一賬本保存數據。賬本由多個節點共同維護，只能增加不可修改，保證數據真實性。(3)信息公開。一旦加入到區塊鏈網絡，節點可享有同樣的權利和義務。任何節點都可以查看數據，消除信息不對稱。(4)智能合約。區塊鏈以數字合約的形式驅動記賬等事務的運行，根據其觸發條件，在沒有處理中心和人工參與條件下，自動執行并履行合約內容，提升合約的公平和公正性[11-13]。

2區塊鏈在物流信息管理中的應用

2.1物流信息管理存在的問題。近年來，物流企業普遍引入物流信息技術，對物流過程產生的信息進行采集、存儲、匯集、分析。物流信息技術的不斷提高，對提升物流效率、降低物流成本發揮了重要作用。隨著物流業務專業化和產業集約化發展，專業化的倉儲、運輸公司不斷涌現，物流信息管理從物流企業內部走向企業與企業之間，成為企業共享咨詢和溝通的橋梁，對物流參與各方的高效協同起到關鍵作用。目前，國內物流資源分布較散，物流上下游企業的規模、體制各異[2]，難以在物流企業間建立信任機制，物流企業相互不愿共享信息。同時，由于缺乏有效技術手段保證物流參與各方數據的安全性和可信性，企業無法通過有效渠道進行信息交換。這就導致：(1)企業掌握的物流信息不對稱。一些小散物流企業，以及尋求物流服務的企業，無法獲取有效、充分的物流信息，勢必對經營造成影響。(2)物流信息不透明。物流參與各方無法準確了解物資狀態，無法及時發現問題，影響企業進行相關決策。(3)責任主體認定難。一旦物流出現問題，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。上述問題已經成為物流信息管理水平提升的瓶頸，制約了物流行業發展。2.2區塊鏈應用場景。針對物流信息管理存在問題，區塊鏈可對提升物流數據共享、保證物流數據的真實性，實施有效確權和追責，提升物流數據安全性等方面提供一種技術途徑。(1)物流信息共享。以企業業務信息系統為基礎，通過區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，統一保存在區塊鏈的數據賬本中。這些信息可對網絡中的所有物流節點公開，任何節點都可以通過預定義的接口查詢賬本中的數據，實現物流信息的共享，保證物流過程高度透明。(2)“責權”不可抵賴。依賴區塊鏈記錄數據的方式，任何節點提交的記賬請求都需要網絡中的共識節點進行背書，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，保證了數據真實性。同時，區塊鏈采用非對稱數字加密技術進行身份驗證，保證交易雙方身份的真實性。如果物流過程出現問題，可以利用區塊鏈在保障數據真實性和身份真實性上的優勢實施有效追責[14]。(3)提升物流信息安全保護。區塊鏈對物流信息安全性的提升體現在四個方面：①對接入區塊鏈網絡的節點實行認證制度，只有認證后的節點才能接入到區塊鏈中，防止非法節點接入到網絡中。②通過匿名交易的方式切段身份信息與物流信息之間關聯，使得攻擊者無法通過分析物流數據獲得用戶身份信息。③基于P2P網絡，通過中繼轉發的方式進行通信，攻擊者很難通過竊聽發現網絡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，不需要再對數據集中存儲，避免傳統服務器被攻擊造成的數據泄露風險。(4)自動履行物流合約。利用區塊鏈的智能合約機制，可以將傳統的紙質合同轉化為數字合同存放在網絡中[4]，區塊鏈自動判斷合約條件，根據條件滿足情況自動執行合約。以運輸合同為例，一旦合約擬定的條件滿足，區塊鏈自動執行付款。依賴于區塊鏈對數據真實性的保證，相比傳統合約履行過程，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基于區塊鏈的物流信息管理架構

3.1物流信息管理框架。結合前述應用場景，本文基于開源系統HyperledgerFabric[16]，設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、物流信息共識服務、物流節點服務、物流信息服務和區塊鏈平臺監管。(1)物流數據存儲服務。物流數據存儲是物流信息保障的基礎?；贔abric的存儲機制，可將物流數據存儲分為三個部分：賬本模型，賬本存儲和數據接口。賬本模型是對物流狀態數據的建模，定義數據項和數據類型。區塊鏈按照賬本模型將物流數據打包為區塊記錄到物流賬本中，存儲在節點文件系統中。同時，提供全局數據檢索和更新接口，供上層調用。(2)物流信息共識服務。物流信息共識服務為數據管理的核心。其主要以節點間的信任模型為基礎，通過共識機制實現物流參與各方對物流信息背書，同時保證分布在不同節點上的物流數據保持同步和容錯。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。在應用過程中，需要結合具體場景選擇某一算法進行相應適配和優化。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，保證交互間數據隔離保密。(3)物流信息節點服務。物流信息節點服務為區塊鏈節點提供服務，主要包括：賬戶管理、合約管理和數據訪問服務。賬戶管理利用認證機制提供節點注冊、簽發登記證書、簽發交易證書、證書需求和撤銷等服務。智能合約管理對部署在節點上的智能合約進行管理，實現合約的安裝、部署、觸發、調用等。數據訪問為節點上的智能合約和其他應用提供賬本數據訪問服務。(4)物流信息全局服務。物流信息全局服務主要基于區塊鏈存儲的物流信息，圍繞物流過程和物資狀態對物流信息進行抽取、統計、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、運輸等不同的物流環節，監控物流狀態。物資狀態主要以物資為核心對物流流轉進行追溯和狀態管理。同時，該部分服務還可被其他應用進行調用，查詢物流過程信息和物資狀態數據。(5)區塊鏈平臺監管。通過區塊鏈平臺監管可以查看區塊鏈整體運行的狀態，及時發現問題并預警，具體包括：儲監控、網絡節點監控、物流事務監控、物流合約監控。數據存儲監控主要監控各個節點存儲賬本情況，對存儲信息摘要顯示。網絡節點監控主要顯示當前區塊鏈的基本網絡拓撲形態，各節點狀態信息等。物流事務監控主要結合物流合約查看事務運行信息。物流合約主要對不同節點上部署的智能合約運行狀態進行監控。3.2物流信息管理網絡拓撲?；谇笆龅墓芾砜蚣?，設計網絡拓撲結構，如圖2所示。每個物流企業或者組織都可作為網絡的一個基本單元，包含共識節點、排序節點、網關節點、CA節點和若干個客戶端節點。其中，共識節點參與區塊鏈的背書和數據存儲。排序節點根據智能合約運行情況生成數據區塊，發送給共識節點并保持節點存儲一致。客戶端節點代表不同物流業務，主要以各企業業務系統為基礎，經過適配后通過網關節點訪問區塊鏈，通過發起智能合約進行數據操作和查詢，不參與記賬、背書等事務。在客戶端接入過程中，可結合企業自建CA進行節點認證。此外，網絡中還包含一個全局CA節點和監管節點。該CA節點主要對區塊鏈內的共識節點、排序節點進行認證，與組織內的CA節點形成分級認證機制。監管節點負責監控整個區塊鏈的運行狀態。3.3物流信息管理框架運行流程。結合物流信息管理架構和網絡拓撲，設計物流區塊鏈信息管理運行流程，如圖3所示。具體如下：根據業務流程編寫智能合約，將智能合約部署在網絡節點中?？蛻舳死弥悄芎霞s發起記賬請求，排序節點根據智能合約向指定節點發起背書請求，背書完成后生成區塊發送給共識節點進行記賬。區塊鏈監督定時抽取區塊鏈中的各類型數據，監控網絡中智能合約、事務運行、通道和賬本的狀態和變化。物流全局業務服務可以讀取賬本數據監控物流狀態的變化，并為上層應用提供信息服務。

4總結和展望

本文根據當前物流行業信息管理中存在的問題，分析區塊鏈在物流行業可能的應用場景，基于Fabric給出了物流信息管理框架，以及典型的網絡拓撲結構和框架運行流程，為下一步建立基于區塊鏈的物流信息管理平臺奠定基礎。

作者:胡 潔 葛長濤 孫 勇 馬宏斌 單位:空軍研究院特種勤務研究所