基于區(qū)塊鏈的區(qū)域配送資源數(shù)據(jù)共享模型研究

石永強(qiáng) 黃天智 張智勇 楊磊

摘? 要：從配送行業(yè)的現(xiàn)狀，不難發(fā)現(xiàn)在配送市場(chǎng)上，區(qū)域配送資源數(shù)據(jù)共享困難。因?yàn)榕渌唾Y源數(shù)據(jù)種類多，體量大，集中困難，數(shù)據(jù)共享一直是個(gè)難點(diǎn)。數(shù)據(jù)不公開，配送企業(yè)間盲目競(jìng)爭(zhēng)，損害了企業(yè)的自身利益，也降低了社會(huì)總效益。本文提出一個(gè)基于區(qū)塊鏈的區(qū)域配送資源數(shù)據(jù)共享模型，具有去中心化、集體維護(hù)、安全可信、不可篡改等特點(diǎn)，適用于解決區(qū)域配送資源數(shù)據(jù)共享的難題。文中從區(qū)塊鏈的一般原理出發(fā)，針對(duì)配送資源數(shù)據(jù)的復(fù)雜性設(shè)計(jì)了獨(dú)特的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，詳細(xì)說(shuō)明了模型的架構(gòu)。通過(guò)模型與現(xiàn)存方案的對(duì)比，分析了本模型的優(yōu)勢(shì)以及帶來(lái)的影響。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈;配送資源數(shù)據(jù);共享模型;區(qū)域配送

一、引言

在目前的區(qū)域配送的市場(chǎng)上，配送資源及數(shù)據(jù)主要掌握在兩種角色手中，一是物流公司（Logistics Company，LC），擁有較多配送資源，掌握大部分的配送資源數(shù)據(jù)。單一物流公司擁有的人力資源與設(shè)備資源較少，其一方面承擔(dān)配送關(guān)系中資源提供方角色，一方面承擔(dān)信息提供者角色。作為資源提供方，能夠利益最大化地利用自己的資源，然而作為信息提供方，考慮相對(duì)較少，不加整理地將需求信息提供給外者，信息的準(zhǔn)確性難以保證，無(wú)法說(shuō)服他人信任，容易導(dǎo)致資源的不合理配置與利用。二是物流信息中介（Logistics information intermediary，LII），有自己的信息平臺(tái)，在平臺(tái)上發(fā)布整合過(guò)的配送供需雙方的資源數(shù)據(jù)。雙方各取所需，但是盲目地選擇，沒(méi)有算法作支撐，配送資源的合理利用很難實(shí)現(xiàn)，加之平臺(tái)提供者有可能對(duì)平臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行篡改，無(wú)法保證信息的安全可靠。

數(shù)據(jù)可被篡改，傳輸不安全等嚴(yán)重阻礙了區(qū)域流通業(yè)的發(fā)展。然而區(qū)塊鏈的誕生，將改變這種配送資源數(shù)據(jù)不均勻分布于相關(guān)企業(yè)的現(xiàn)狀。

區(qū)塊鏈技術(shù)可以幫助配送供需雙方快速安全地認(rèn)證權(quán)限，實(shí)現(xiàn)自由的數(shù)據(jù)訪問(wèn)和分享。因此將區(qū)塊鏈技術(shù)引入配送領(lǐng)域，會(huì)使區(qū)域配送資源數(shù)據(jù)得到極大程度地公開，配送資源流動(dòng)合理性得到極大提升，“區(qū)塊鏈+”配送將是未來(lái)區(qū)域配送領(lǐng)域發(fā)展的一大方向。

從區(qū)塊鏈技術(shù)在各行各業(yè)近兩年的發(fā)展看，金融與供應(yīng)鏈領(lǐng)域應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)較多，也有醫(yī)療，能源等相關(guān)領(lǐng)域有所應(yīng)用。薛騰飛等利用改進(jìn)的DPoS機(jī)制構(gòu)建了一個(gè)基于區(qū)塊鏈的醫(yī)療數(shù)據(jù)共享模型。蔡金棋等設(shè)計(jì)了一種基于區(qū)塊鏈的3層能源交易架構(gòu)，并對(duì)區(qū)塊鏈在能源交易中應(yīng)用需要解決的問(wèn)題和面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了分析。郭珊珊利用區(qū)塊鏈上區(qū)塊信息不可篡改的特性，實(shí)現(xiàn)了供應(yīng)鏈上的可信溯源查詢。朱建明等在分析了區(qū)塊鏈的特點(diǎn)、局限性以及其鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)散列原理的基礎(chǔ)上，提出了基于區(qū)塊鏈的B2B+B2C供應(yīng)鏈各交易主體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及動(dòng)態(tài)多中心協(xié)同認(rèn)證模型。張曉玫等提出了區(qū)塊鏈金融模式，并指出區(qū)塊鏈能在根本上改變?nèi)谫Y雙方的信息結(jié)構(gòu)，從根本上緩解小微企業(yè)的信貸配給。

可以看出，區(qū)塊鏈結(jié)合配送領(lǐng)域的應(yīng)用較少，主要由于配送領(lǐng)域的數(shù)據(jù)種類多，體量大，集中困難，使區(qū)塊鏈在配送領(lǐng)域的發(fā)展舉步維艱。本文提出了基于區(qū)塊鏈的區(qū)域配送資源數(shù)據(jù)共享的一種模型（Distribution data share model ，DDSM），幫助解決區(qū)域配送資源數(shù)據(jù)存儲(chǔ)集中、安全共享難、數(shù)據(jù)可信度過(guò)度依賴于少數(shù)中心化組織機(jī)構(gòu)等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)去中心化，可信任的配送資源數(shù)據(jù)共享。

二、區(qū)塊鏈基礎(chǔ)知識(shí)

數(shù)據(jù)層與網(wǎng)絡(luò)層為區(qū)塊鏈提供硬件基礎(chǔ)與技術(shù)條件，哈希函數(shù)將不同大小的數(shù)據(jù)塊映射成固定長(zhǎng)度的地址碼，方便數(shù)據(jù)的查找，非對(duì)稱加密確保某筆交易只有參與人知道交易詳細(xì)情況，外界只了解交易的發(fā)生與否，既公布了交易信息，又保護(hù)了交易雙方的隱私;共識(shí)層是去信任的關(guān)鍵，是以算法作支撐，在一定的規(guī)則下，各節(jié)點(diǎn)絕對(duì)信任當(dāng)值節(jié)點(diǎn)（負(fù)責(zé)下個(gè)區(qū)塊的寫入工作）的操作;激勵(lì)層解釋了各節(jié)點(diǎn)爭(zhēng)相做記賬員的驅(qū)動(dòng)力，例如在比特幣區(qū)塊鏈中各節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)力是比特幣;合約層是交易雙方簽定的契約，由算法實(shí)現(xiàn)，交易在此契約下自動(dòng)完成，具有同步性，交易內(nèi)容難以更改;應(yīng)用層是面向各行各業(yè)的接口，各領(lǐng)域都可以根據(jù)自己領(lǐng)域內(nèi)的業(yè)務(wù)流程特點(diǎn)，將區(qū)塊鏈引用進(jìn)本行業(yè)發(fā)展。

區(qū)塊鏈的特性就是去中心化、去信任、集體維護(hù)、可靠數(shù)據(jù)庫(kù)。區(qū)塊鏈出現(xiàn)之前數(shù)據(jù)庫(kù)都集中在中心化的機(jī)構(gòu)，交易雙方的數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)中心機(jī)構(gòu)的流轉(zhuǎn)，中心機(jī)構(gòu)是雙方信任的基礎(chǔ)，交易產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)都存在中心機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，由數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一保管處理。區(qū)塊鏈的出現(xiàn)帶來(lái)了新的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方式，它沒(méi)有中心化的機(jī)構(gòu)，而是人人維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)，而且維護(hù)建立在某種規(guī)則之上，可以使所有參與方信服，且一旦記錄存入數(shù)據(jù)庫(kù)中將無(wú)法更改，確保了數(shù)據(jù)的安全性。

三、區(qū)域配送資源數(shù)據(jù)共享模型

（1）節(jié)點(diǎn)間共識(shí)機(jī)制

DPoS與PoS不同的是，DPoS機(jī)制中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有權(quán)參與到選舉本輪記賬的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)投出手中的股份權(quán)益給一個(gè)代表，獲得權(quán)益最多的代表節(jié)點(diǎn)將負(fù)責(zé)本輪記賬。本模型中各節(jié)點(diǎn)的算力有差別，可以將算力較高的物流中介節(jié)點(diǎn)當(dāng)作候選節(jié)點(diǎn)，少部分的物流公司如果其算力夠強(qiáng)也可以加入到候選節(jié)點(diǎn)中。各個(gè)節(jié)點(diǎn)都有股份權(quán)益，股份權(quán)益的大小將與兩部分內(nèi)容相關(guān)，一是本節(jié)點(diǎn)的算力，算力越強(qiáng)其股份權(quán)益越大;二是服務(wù)接收方對(duì)節(jié)點(diǎn)提供的服務(wù)的評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)越高，其股份權(quán)益越大。如此可避免高算力節(jié)點(diǎn)一直有高話語(yǔ)權(quán)，導(dǎo)致各節(jié)點(diǎn)努力提高算力而忽視客戶服務(wù)。算力相當(dāng)于各節(jié)點(diǎn)的服務(wù)硬件水平，高算力意味著高的硬件水平，可提供更完善的服務(wù);股份權(quán)益相當(dāng)于比特幣區(qū)塊鏈激勵(lì)層中的比特幣，是各節(jié)點(diǎn)爭(zhēng)相記賬的驅(qū)動(dòng)力，可以把它看成LIIS和LCRS中各節(jié)點(diǎn)的信用積分，與各節(jié)點(diǎn)的利益掛鉤，信用積分越高者越能吸引需求量，積分較低者對(duì)需求量沒(méi)什么吸引力，且長(zhǎng)期如此的話可能會(huì)倒閉，退出LIIS和LCRS節(jié)點(diǎn)群。共識(shí)層的DPoS，不僅使大家對(duì)記賬權(quán)達(dá)成共識(shí)，也解釋了激勵(lì)層中的激勵(lì)因素。

（2）配送資源數(shù)據(jù)Item塊

本文將配送資源分為兩類，一類可以稱之為靜態(tài)數(shù)據(jù)，如配送場(chǎng)所包括的配送中心的地址數(shù)據(jù)，配送設(shè)備包括的叉車的規(guī)格參數(shù)，存儲(chǔ)設(shè)備包括的貨架托盤的型號(hào)參數(shù)，運(yùn)輸設(shè)備包括的各種貨運(yùn)車輛的型號(hào)參數(shù)，裝載量參數(shù)等短時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生變化的數(shù)據(jù);一類稱之為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，如配送供需雙方交易包括的時(shí)間，地點(diǎn)，特殊需求，當(dāng)前市場(chǎng)上的配送能力，需求量等實(shí)時(shí)發(fā)生變化的數(shù)據(jù)。

靜態(tài)數(shù)據(jù)短時(shí)間內(nèi)不發(fā)生變化，可以將存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中一片獨(dú)立的空間，用哈希函數(shù)計(jì)算哈希值存儲(chǔ)于Item塊中，避免頻繁的調(diào)取與存儲(chǔ)導(dǎo)致的高處理成本。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)別于靜態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間，因?yàn)槠鋽?shù)據(jù)量較少，而且對(duì)于交易比較重要，可以直接錨定在Item上，便于事后追蹤查詢。

每隔一段時(shí)間，就會(huì)有一個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)滿足各種條件，且獲得其他節(jié)點(diǎn)的認(rèn)可，產(chǎn)生一個(gè)區(qū)塊，記錄該段時(shí)間內(nèi)的所有成功的交易。每筆交易都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)Item塊，一個(gè)區(qū)塊（Block）里有多個(gè)Item塊，由算法產(chǎn)生特定的頭部，鏈接在上個(gè)區(qū)塊后。

（3）分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的基本思想是將原來(lái)集中式數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)到多個(gè)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上，以獲取更大的存儲(chǔ)容量和更高的并發(fā)訪問(wèn)量。本模型中，各節(jié)點(diǎn)都能平等地訪問(wèn)物流公司或物流信息中介數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，分布式數(shù)據(jù)庫(kù)可以進(jìn)行線性擴(kuò)展，便于時(shí)時(shí)記錄配送市場(chǎng)上產(chǎn)生的少量交易數(shù)據(jù)。海量用戶可以通過(guò)應(yīng)用程序接口訪問(wèn)交易數(shù)據(jù)，而不會(huì)產(chǎn)生并發(fā)用戶量較多，系統(tǒng)反映遲鈍的情況。

四、工作流程

模型中，用戶通過(guò)網(wǎng)頁(yè)，手機(jī)終端等交互界面向DDMS查詢當(dāng)前市場(chǎng)上的配送資源，得到反饋，并選擇供應(yīng)方，DDMS收到請(qǐng)求后，開始一系列的運(yùn)作，批量交易完成后會(huì)錨定到配送區(qū)塊鏈上，具體的工作流程如下：

步驟1.單筆交易中，需求方通過(guò)終端查詢目前市場(chǎng)上存有的配送資源，并與供方溝通后達(dá)成協(xié)議，交易等待處理并產(chǎn)生交易數(shù)據(jù)。

步驟2.某段時(shí)間內(nèi)發(fā)生了n場(chǎng)交易，交易信息等待被寫入數(shù)據(jù)庫(kù)。

步驟3.在同段時(shí)間內(nèi)，LIIS與LCRS根據(jù)LIIS中各節(jié)點(diǎn)的股票權(quán)益，投票產(chǎn)生本輪可以生產(chǎn)區(qū)塊的節(jié)點(diǎn)。

步驟4.投票產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)生成區(qū)塊，包括相應(yīng)的區(qū)塊頭與區(qū)塊體，區(qū)塊頭中有區(qū)塊產(chǎn)生的當(dāng)前時(shí)間，上一區(qū)塊的Hash值，本區(qū)塊的Hash值等頭信息，區(qū)塊體中每筆交易有雙方交易的公鑰，且單筆交易的存儲(chǔ)形式為靜態(tài)數(shù)據(jù)加動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)共同存儲(chǔ)，區(qū)塊體會(huì)記錄這一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生的所有合法交易。

步驟5.區(qū)塊頭與區(qū)塊體生成完畢之后，在LIIS與LCRS里廣播，LCRS聽到廣播后對(duì)其進(jìn)行合法性審查，符合格式才承認(rèn)該區(qū)塊合法，并鏈入到上一區(qū)塊尾部，一旦發(fā)生錯(cuò)誤就必須重新投票產(chǎn)生記錄節(jié)點(diǎn)，引起延遲，造成效率低下，但出錯(cuò)的概率較低，這種影響可忽略不計(jì)。

步驟6.各個(gè)節(jié)點(diǎn)依據(jù)新添加的區(qū)塊更新自己的數(shù)據(jù)庫(kù)。

步驟7.返回步驟1。

五、模型構(gòu)成特點(diǎn)

針對(duì)配送行業(yè)，本模型構(gòu)成元素有以下特點(diǎn)：

一是物流信息中介節(jié)點(diǎn)服務(wù)器群（Logistics information intermediary node servers ，LIIS）和物流公司審查服務(wù)器群（Logistics companies reviewing servers ，LCRS）：從區(qū)域配送資源數(shù)據(jù)的分布情況可以看出，主要的配送資源數(shù)據(jù)集中在物流信息中介與物流公司，由于物流信息中介較之于物流公司而言有更完善的信息平臺(tái)，所以在工作量上，可以將更多的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)操作交給物流信息中介服務(wù)器群，將數(shù)據(jù)合法性審查交給物流公司服務(wù)器群，節(jié)點(diǎn)之間的共識(shí)采用授權(quán)股權(quán)證明機(jī)制（Delegated Proof of Stake），用一小群節(jié)點(diǎn)做為代表進(jìn)行POS記賬（主要是LIINS與LCRS），比工作量機(jī)制共識(shí)速度更快，且耗費(fèi)的計(jì)算資源更少。二是配送資源數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：結(jié)合配送資源數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，設(shè)計(jì)適合應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，方便區(qū)域內(nèi)配送供需雙方存取應(yīng)用。三是分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（Distributed database system ，DDBS）：數(shù)據(jù)同時(shí)存儲(chǔ)于物流信息中介與物流公司的服務(wù)器，解決雙方數(shù)據(jù)不共享問(wèn)題，避免盲目競(jìng)爭(zhēng)，方便各節(jié)點(diǎn)的查詢，也給用戶的查詢帶來(lái)便利。

六、模型評(píng)估

采用對(duì)照分析法來(lái)評(píng)估提出的區(qū)域資源數(shù)據(jù)共享模型，一方面，通過(guò)模型與現(xiàn)有方案之間的對(duì)比，找出模型較之與現(xiàn)存方案的優(yōu)勢(shì);另一方面就模型解決的具體問(wèn)題進(jìn)行展開分析。表1從五個(gè)角度對(duì)模型與現(xiàn)存方案進(jìn)行了比對(duì)，發(fā)現(xiàn)模型比現(xiàn)有解決方案更具優(yōu)勢(shì)。

模型中尚存在一些不足，比如在區(qū)域配送資源區(qū)塊鏈創(chuàng)建初期，由于鏈中區(qū)塊較少，存在較大的信任風(fēng)險(xiǎn)，數(shù)據(jù)可能會(huì)被篡改，容易出現(xiàn)交易糾紛。

七、結(jié)束語(yǔ)

隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的不斷發(fā)展，其對(duì)各行各業(yè)的滲透也將越來(lái)越深，區(qū)塊鏈結(jié)合配送領(lǐng)域的研究在學(xué)術(shù)界也開始有初步的研究，本文提出的區(qū)域資源配送數(shù)據(jù)共享模型可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域配送資源合理配置，交易過(guò)程公開透明，交易數(shù)據(jù)可溯源，LIIS與LCRS的有效配合將改變以往中心機(jī)構(gòu)之間的零和博弈，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益，社會(huì)效益的雙贏。為構(gòu)建這一平臺(tái)，還有一些問(wèn)題尚可討論，比如有無(wú)必要鏈接到比特幣公有鏈中，配送資源的配置是否可以使用人工智能等。模型中的一些設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)還有待進(jìn)一步完善，這些都有待在以后的工作中不斷摸索。

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作者簡(jiǎn)介：石永強(qiáng)（1975-），男，副教授，研究方向：物流經(jīng)濟(jì)，物流戰(zhàn)略管理;

張智勇（1970-），男，博士生導(dǎo)師，研究方向：區(qū)域物流與區(qū)域經(jīng)濟(jì)，物流與供應(yīng)鏈管理。