基于區(qū)塊鏈技術的多式聯(lián)運數(shù)字化單證研究

焦巍巍 劉 彤

(大連海事大學航海學院 遼寧 大連 116000)

0 引 言

多式聯(lián)運由航空、公路、鐵路和水路中的任意兩種或多種運輸方式組成，是衡量一個國家或地區(qū)交通運輸現(xiàn)代化程度的重要指標。順暢高效的多式聯(lián)運系統(tǒng)對降低物流成本、提高物流效率、促進節(jié)能減排具有積極的意義。多式聯(lián)運單證承擔著發(fā)貨收據(jù)、運輸合同、物權憑證、提貨憑據(jù)等多項功能，是開展多式聯(lián)運業(yè)務時的必要環(huán)節(jié)。目前，多式聯(lián)運單證主要有紙質(zhì)單證和電子單證兩種形式。紙質(zhì)單證具有內(nèi)容重復填寫、制作速度慢等缺點，對物流時間和成本造成了很大影響；電子數(shù)據(jù)交換(Electronic Data Interchange，EDI)單證存在軟硬件兼容性差、安裝成本高等問題[1]，導致了多式聯(lián)運信息共享困難。

由智能合約、對等式網(wǎng)絡(Peer-to-peer network，P2P網(wǎng)絡)、時間戳、非對稱加密等組成的區(qū)塊鏈(Blockchain)技術具有分布式數(shù)據(jù)易共享、可編程自動執(zhí)行、數(shù)據(jù)可信溯源、安全隱私保護等特性[2]，可以有效降低跨境支付成本。2019年5月，聯(lián)合國貿(mào)易便利化和電子業(yè)務中心(UN/CEFACT)發(fā)起了“應用區(qū)塊鏈技術進行優(yōu)惠原產(chǎn)地證書跨境總賬交換”項目，其發(fā)展框架指出未來將支持應用區(qū)塊鏈技術進行政府間的任何數(shù)據(jù)交換[3]，為解決當前多式聯(lián)運單證中存在的問題提供了新思路。

本文以實現(xiàn)多式聯(lián)運單證功能為目標，利用區(qū)塊鏈技術對傳統(tǒng)的多式聯(lián)運單證進行數(shù)字化升級，以提高物流效率，促進信息共享。

1 區(qū)塊鏈相關技術

多式聯(lián)運單證主要有以下三種功能：作為多式聯(lián)運經(jīng)營人直接為發(fā)貨人簽發(fā)的收據(jù)和運輸合同；作為發(fā)貨人通過金融機構向收貨人轉(zhuǎn)讓的物權憑證；作為收貨人向多式聯(lián)運經(jīng)營人提貨的憑據(jù)?！秶H多式聯(lián)運規(guī)則》規(guī)定，在所適用法律的允許下，多式聯(lián)運單證可以由電子數(shù)據(jù)交換信息取代[4]。區(qū)塊鏈匯集了智能合約、P2P網(wǎng)絡、時間戳、非對稱加密等多種技術手段，具有強大的功能，為多式聯(lián)運單證數(shù)字化升級提供了技術支撐，如表1所示。

表1 實現(xiàn)多式聯(lián)運單證功能所需的區(qū)塊鏈技術

智能合約是一段部署在區(qū)塊鏈上的計算機程序，通常具有合約值和合約狀態(tài)兩個屬性，當數(shù)據(jù)或事件被傳入后，通過預置的規(guī)則來自動執(zhí)行操作，改變后的合約值和合約狀態(tài)會被記錄到區(qū)塊鏈上[5]。多式聯(lián)運單證各項功能的實現(xiàn)都需要用到智能合約。

在區(qū)塊鏈的鏈式數(shù)據(jù)結構中，每一個數(shù)據(jù)區(qū)塊包含區(qū)塊頭和區(qū)塊體兩部分，區(qū)塊頭中內(nèi)置了時間戳。時間戳用于記錄數(shù)據(jù)區(qū)塊生成的時間信息，有助于防止記錄在區(qū)塊鏈上的信息被篡改，可用于多式聯(lián)運數(shù)字化單證的信息溯源場景。

區(qū)塊鏈底層平臺通常會采用非對稱加密算法，非對稱加密中的密鑰由一對公鑰和私鑰組成，經(jīng)過公鑰加密的信息只能用相應的私鑰解密，由私鑰加密的信息只能被同對的公鑰打開。非對稱加密可用于多式聯(lián)運數(shù)字化單證需要數(shù)字簽名的場景[6]，如發(fā)貨人辦理托運業(yè)務、監(jiān)管單位授權、收貨人簽收貨物等。

區(qū)塊鏈底層平臺采用節(jié)點地位對等、拓撲結構扁平的P2P網(wǎng)絡進行組網(wǎng)。每一筆已簽署的交易都會被用戶節(jié)點廣播至它的單跳對等節(jié)點，收到這筆交易的目標節(jié)點會進行有效性驗證，驗證通過后再繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，直至實現(xiàn)交易的全網(wǎng)傳播[7]。P2P網(wǎng)絡可以幫助多式聯(lián)運實現(xiàn)去中心化，發(fā)貨人和收貨人不必再通過銀行進行物權轉(zhuǎn)讓和現(xiàn)金交易，有利于降低中間成本、提高交易效率。

2 多式聯(lián)運數(shù)字化單證

2.1 單證內(nèi)容

目前，國內(nèi)缺乏統(tǒng)一的多式聯(lián)運單證，在不同單證中存在許多重復填制的內(nèi)容；國際上采用的多式聯(lián)運單證中部分信息需要自定義，不利于多式聯(lián)運信息的標準化建設。相關研究大多圍繞“鐵-水”聯(lián)運或“公-鐵-水”聯(lián)運開展，沒有考慮快速發(fā)展的航空運輸。

多式聯(lián)運數(shù)字化單證的主要內(nèi)容由航空、公路、鐵路和水路四種運輸方式所涉及的單證整合而成。四種運輸方式涉及的主要單證如表2所示。此外，在跨境運輸中還會涉及海關部門的單證，如進口貨物報關單、出口貨物報關單等。

表2 航空、公路、鐵路和水路運輸涉及的單證

匯總以上單證的內(nèi)容，刪去功能重復的部分，然后按信息來源將剩余部分劃分為發(fā)貨人信息、收貨人信息、貨物信息、承運信息和監(jiān)管信息，如表3所示，它們構成了多式聯(lián)運數(shù)字化單證的主要內(nèi)容。

表3 數(shù)字化單證內(nèi)容

續(xù)表3

2.2 用戶功能

多式聯(lián)運數(shù)字化單證的用戶功能由傳統(tǒng)多式聯(lián)運單證的業(yè)務需求轉(zhuǎn)化而成。按所承擔任務的性質(zhì)，多式聯(lián)運參與主體可以被劃分為客戶、監(jiān)管和承運三類用戶。在數(shù)字化單證背景下的多式聯(lián)運中，客戶類用戶在使用數(shù)字化單證時，需要通過簽名的形式來簽收貨物；監(jiān)管類用戶為履行自己的部門職責，需要在檢查通過后進行授權操作；承運類用戶在承接業(yè)務時需要完成信息的初始錄入工作，并且在完成每一階段的運輸工作后進行簽注，以實現(xiàn)多式聯(lián)運狀態(tài)的更新。此外，這三類用戶都有查詢貨物信息和運輸狀態(tài)的需求。以上用戶需求可轉(zhuǎn)化為簽收、授權、錄入、簽注和查詢等多式聯(lián)運數(shù)字化單證的功能需求，如表4所示。

表4 多式聯(lián)運數(shù)字化單證用戶和功能

2.3 系統(tǒng)架構

多式聯(lián)運數(shù)字化單證的系統(tǒng)架構由物理層、平臺層、合約層和應用層等四層組成，如圖1所示。其中，物理層包括參與多式聯(lián)運的客戶、監(jiān)管和承運三類主體節(jié)點；平臺層則封裝了時間戳、P2P網(wǎng)絡、加密算法、共識算法等區(qū)塊鏈技術模塊；合約層封裝了主合約和工具合約；應用層包括信息錄入、查詢、授權、簽注和簽收等功能模塊。

圖1 多式聯(lián)運數(shù)字化單證系統(tǒng)架構

2.4 應用流程

結合區(qū)塊鏈技術的分布式網(wǎng)絡特點，建立了多式聯(lián)運數(shù)字化單證的應用流程。在多式聯(lián)運發(fā)展的理想狀態(tài)[8]下，多式聯(lián)運經(jīng)營人不必再多次充當托運人和收貨人來銜接各運輸分段，只需要在起運地和目的地開展對接工作，途中運輸方式的切換工作由各分段承運人直接完成。

多式聯(lián)運數(shù)字化單證的應用流程如圖2所示。

圖2 多式聯(lián)運數(shù)字化單證應用流程

(1) 發(fā)貨人在起運地多式聯(lián)運經(jīng)營人處辦理托運業(yè)務，提交業(yè)務所需信息；

(2) 多式聯(lián)運經(jīng)營人對客戶訂單進行預審，滿足條件后向監(jiān)管單位申報查驗；

(3) 監(jiān)管單位對貨運業(yè)務開展逐項檢查，對符合要求的予以授權放行；

(4) 多式聯(lián)運經(jīng)營人對接分段承運人1開始貨物運輸；

(5) 各分段承運人依次開展運輸業(yè)務；

(6) 最后一個分段承運人n將貨物運抵目的地；

(7) 目的地多式聯(lián)運經(jīng)營人對訂單進行復查，然后向收貨人交付。

3 實驗方法與結果

以太坊(Ethereum)是一個開源的公共區(qū)塊鏈平臺，它內(nèi)置了支持圖靈完備腳本語言的以太坊虛擬機(Ethereum Virtual Machine，EVM)，這使得用戶可以通過在該平臺上創(chuàng)建去中心化應用(Decentralized Application，DApp)來實現(xiàn)各種業(yè)務需求。智能合約是DApp中連接前端界面和底層分布式網(wǎng)絡的核心部分[6]，可以用來處理信息、傳遞價值[9]。前文以“業(yè)務需求—用戶需求—功能需求”的需求轉(zhuǎn)化路徑，將“實現(xiàn)傳統(tǒng)多式聯(lián)運單證的功能”的業(yè)務需求轉(zhuǎn)化為“實現(xiàn)數(shù)字化單證中的功能”的功能需求；這里采用Solidity語言開發(fā)智能合約，通過在以太坊的Remix平臺上在線實現(xiàn)多式聯(lián)運數(shù)字化單證的各項用戶功能來完成驗證。

本實驗的智能合約包含了主合約和工具合約。主合約是實現(xiàn)多式聯(lián)運數(shù)字化單證中各項功能的核心部分，可分為單證信息和功能函數(shù)兩個部分。工具合約內(nèi)存放了輔助智能合約業(yè)務方法執(zhí)行的功能函數(shù)，如用于bytes和string數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換的工具。

3.1 定義單證信息

以參與多式聯(lián)運的主體為對象，選擇合適的數(shù)據(jù)類型逐條定義多式聯(lián)運單證中的信息。圖3定義了客戶類和貨物類結構體，其中:客戶類結構體用于定義發(fā)貨人和收貨人信息，包括姓名、電話、地址和郵編；貨物類結構體用于定義辦理托運的貨物信息，包括編號、嘜頭、集裝箱箱號等。

圖3 定義單證信息

3.2 設置功能函數(shù)

為了滿足多式聯(lián)運參與主體的錄入、查詢、授權、簽注和簽收等功能，在主合約中建立了信息錄入、狀態(tài)更新、狀態(tài)顯示等函數(shù)。其中:信息錄入函數(shù)用于多式聯(lián)運經(jīng)營人節(jié)點傳入客戶、貨物、運輸、監(jiān)管等各類信息參數(shù)；狀態(tài)更新函數(shù)的作用是幫助各參與主體在完成自己的任務階段后進行多式聯(lián)運狀態(tài)更新，應用流程如表5所示。通過調(diào)用狀態(tài)顯示函數(shù)，可以實現(xiàn)多式聯(lián)運單證信息和運輸狀態(tài)的查詢功能。

表5 狀態(tài)更新流程

續(xù)表5

3.3 實驗結果與分析

在以太坊平臺成功部署合約后，運行并得到以下結果:

(1) 按照提示輸入多式聯(lián)運單證信息的相應參數(shù)，提交后信息成功返回，實現(xiàn)了信息錄入功能。圖4為輸入多式聯(lián)運經(jīng)營人、第一分段承運人、發(fā)貨人和收貨人的數(shù)據(jù)之后返回的結果。

圖4 單證信息錄入

(2) 調(diào)用狀態(tài)顯示函數(shù)，返回初始狀態(tài)碼“-10”，說明查詢功能正常。

(3) 調(diào)用多式聯(lián)運經(jīng)營人的簽注方法，返回狀態(tài)碼“-1”，說明簽注功能正常。

(4) 調(diào)用監(jiān)管單位授權方法，返回狀態(tài)碼“0”，說明授權功能正常。

(5) 再次調(diào)用多式聯(lián)運經(jīng)營人簽注方法，返回狀態(tài)碼“-2”，表示多式聯(lián)運經(jīng)營人開始安排運輸；調(diào)用分段承運人簽注方法，返回狀態(tài)碼“1”，表示正在進行第一分段運輸；第二次調(diào)用分段承運人簽注方法，返回狀態(tài)碼“2”，表示正在進行第二分段運輸；第三次調(diào)用分段承運人簽注方法，返回狀態(tài)碼“3”，表示正在進行第三分段運輸；調(diào)用多式聯(lián)運經(jīng)營人簽注方法，返回狀態(tài)碼“-3”，表示貨物已運抵目的地，等待交付。

(6) 調(diào)用收貨人簽收方法，返回狀態(tài)碼“-20”，說明簽收功能正常。

4 結 語

為解決多式聯(lián)運單證中存在的內(nèi)容重復填寫、制作速度慢、信息共享難等問題，引入?yún)^(qū)塊鏈技術，在整合航空、公路、鐵路和水路四種運輸方式單證的基礎上構建了多式聯(lián)運數(shù)字化單證。通過以太坊平臺進行智能合約實驗，實現(xiàn)了多式聯(lián)運數(shù)字化單證的信息錄入、查詢、授權、簽注和簽收功能，避免了使用紙質(zhì)單證時內(nèi)容重復填寫、制作速度慢等問題，可以實現(xiàn)多式聯(lián)運信息共享，有利于節(jié)約物流成本，提高物流效率，促進交通綠色發(fā)展。