基于演化博弈的新能源汽車供應(yīng)鏈信息上鏈有效性的智能合約設(shè)計(jì)

盧志平，肖曉明，陸成裕

（1.廣西科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，廣西 柳州 545006；2.廣西工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展中心，廣西 柳州 545006）

在供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)中，信息是決定供應(yīng)鏈效率的重要因素之一，是更好地進(jìn)行供應(yīng)鏈管理的重要前提。信息的雙向透明度是節(jié)點(diǎn)企業(yè)更好地進(jìn)行交易的主要考量標(biāo)準(zhǔn)，即當(dāng)節(jié)點(diǎn)企業(yè)獲取到的信息越多、越真實(shí)，就能做出越高質(zhì)量的決策。然而，“檸檬市場(chǎng)”的存在為供應(yīng)鏈管理帶來了巨大的挑戰(zhàn)[1]，在供應(yīng)鏈信息共享過程中，由于大量虛假信息的充斥[2]，使得企業(yè)對(duì)真實(shí)信息的獲取比較困難，信息不對(duì)稱問題愈發(fā)凸顯；又由于提供真實(shí)信息反而對(duì)自身不利，使得部分愿意公開真實(shí)信息的個(gè)人或企業(yè)被迫提供虛假資產(chǎn)信息，導(dǎo)致供應(yīng)鏈信息不對(duì)稱的情況越來越嚴(yán)重，從而造成供應(yīng)鏈信息的惡性循環(huán)。區(qū)塊鏈技術(shù)作為21 世紀(jì)的一項(xiàng)偉大技術(shù)革命進(jìn)步[3]，擁有去中心化、鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、不可篡改等特性，為信任機(jī)制的搭建提供了技術(shù)支撐[4]，有利于解決供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)信用和數(shù)據(jù)共享問題。

目前，已有研究論證了區(qū)塊鏈與供應(yīng)鏈“雙鏈”融合的高效性。例如，喻麒睿等[5]利用區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)高鐵和共享汽車的供應(yīng)鏈進(jìn)行研究，解決了數(shù)據(jù)信息的溯源問題。李保東等[6]研究開發(fā)了區(qū)塊鏈技術(shù)在汽車供應(yīng)鏈產(chǎn)品追溯系統(tǒng)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)在提高溯源效率的同時(shí)也增加了安全性。Dutta 等[7]通過文獻(xiàn)收集的方式，證明了區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)供應(yīng)鏈的業(yè)務(wù)流程管理有很好的改善作用。在利用區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行信息管理或傳遞方面，楊慧琴等[8]針對(duì)傳統(tǒng)供應(yīng)鏈“信息孤島”問題，分析了區(qū)塊鏈技術(shù)在供應(yīng)鏈信息系統(tǒng)中的適用性和優(yōu)越性。Kopyto 等[9]研究發(fā)現(xiàn)，區(qū)塊鏈技術(shù)將在2035 年在供應(yīng)鏈管理中發(fā)揮強(qiáng)有力的作用。區(qū)塊鏈技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)信息的去中心化，打破“信息孤島”。同時(shí)，區(qū)塊鏈還能保證信息在傳遞過程中的真實(shí)性，對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈的管理難度以及成本浪費(fèi)具有很好的抑制效果。然而，運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)雖然保證了信息在傳遞的過程中是絕對(duì)真實(shí)的，但是并不能排除信息上鏈前被人為篡改信息的可能。徐琪等[10]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)實(shí)現(xiàn)信息共享后，并不能使系統(tǒng)達(dá)到均衡狀態(tài)，還存在謊報(bào)信息的動(dòng)機(jī)。晏國菀等[11]通過對(duì)供應(yīng)商和零售商利潤博弈發(fā)現(xiàn)，零售商共享真實(shí)信息會(huì)導(dǎo)致自身利潤下降、供應(yīng)商利潤上升，并提出如果雙方在共享信息前，能夠達(dá)成某種利益協(xié)議，則信息共享的阻礙因素和扭曲信息的動(dòng)機(jī)將會(huì)消失。因此，單純依靠一個(gè)區(qū)塊鏈信息系統(tǒng)，并不能保證所共享的信息是完全真實(shí)的，還需要對(duì)信息錄入的源頭進(jìn)行控制。崔鐵軍等[12]通過仿真分析研究發(fā)現(xiàn)，在農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中，通過設(shè)置激勵(lì)或懲罰機(jī)制能夠影響主體的策略選擇。楊學(xué)成等[13]分析了區(qū)塊鏈對(duì)供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)共享的驅(qū)動(dòng)作用，并認(rèn)為激勵(lì)系數(shù)和懲罰系數(shù)對(duì)供應(yīng)鏈主體數(shù)據(jù)共享意愿有正向影響。因此，通過設(shè)置激勵(lì)和懲罰機(jī)制能夠有效降低節(jié)點(diǎn)在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的違約行為，但如何具體利用激勵(lì)和懲罰機(jī)制在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)行為的控制，還需要進(jìn)一步研究。

針對(duì)已有研究存在的問題，本文從以下兩個(gè)方面進(jìn)行研究：首先，以新能源汽車供應(yīng)鏈為研究對(duì)象，提出基于區(qū)塊鏈技術(shù)的新能源汽車供應(yīng)鏈信息共享的理論框架；其次，選取基于區(qū)塊鏈技術(shù)的新能源汽車供應(yīng)鏈信息管理系統(tǒng)中任意兩個(gè)參與方作為博弈主體，構(gòu)建演化博弈模型，探討所設(shè)置的激勵(lì)和懲罰機(jī)制對(duì)節(jié)點(diǎn)初始行為的影響，根據(jù)博弈結(jié)果啟發(fā)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)信息上鏈的智能合約，實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)上鏈行為的控制和監(jiān)督。

一、新能源汽車供應(yīng)鏈區(qū)塊鏈信息共享框架構(gòu)建

首先，供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)出于對(duì)自身利益的考慮，會(huì)選擇不共享或錯(cuò)誤共享相關(guān)信息，且各企業(yè)的數(shù)據(jù)和信息的計(jì)量方式是不統(tǒng)一的，往往在需要交易數(shù)據(jù)和信息時(shí)耗費(fèi)大量的時(shí)間，整個(gè)供應(yīng)鏈成本便會(huì)隨之增加；其次，人不是完全理性的，在考慮自身利益的情況下進(jìn)行決策時(shí)，會(huì)受到感性因素的影響，信息的共享機(jī)能會(huì)偏離原始信息，企業(yè)間的信任問題就會(huì)隨之暴露。區(qū)塊鏈技術(shù)的引入能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)點(diǎn)相互信任，同時(shí)利用智能合約規(guī)定數(shù)據(jù)或信息的統(tǒng)一計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，保證各節(jié)點(diǎn)在共享信息時(shí)能夠快速使用而不需要進(jìn)行分析或篩選。

區(qū)塊鏈技術(shù)作為一項(xiàng)分布式儲(chǔ)存技術(shù)，系統(tǒng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)在任意時(shí)間均可以獲得完整數(shù)據(jù)的拷貝，即使是后期加入的企業(yè)，也可以使用其加入系統(tǒng)前就被交易的數(shù)據(jù)，這增加了數(shù)據(jù)的利用率和信息的完整性。在新能源汽車供應(yīng)鏈中嵌入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)的信息共享框架的構(gòu)建思路如下：

1.新能源汽車供應(yīng)鏈按產(chǎn)品交付路線劃分，可分為銷售商、主機(jī)廠、電機(jī)供應(yīng)商、電池供應(yīng)商等節(jié)點(diǎn)，選取以上節(jié)點(diǎn)構(gòu)建一條聯(lián)盟鏈，各節(jié)點(diǎn)均會(huì)分配到一個(gè)賬戶，這個(gè)賬戶可用來交易信息、獲取信息收益或支付懲罰等。

2.銷售商作為供應(yīng)鏈最前端的節(jié)點(diǎn)，在獲得市場(chǎng)需求時(shí)可以將此信息上傳至系統(tǒng)，其他節(jié)點(diǎn)可以查看；主機(jī)廠和供應(yīng)商可以上傳各自的零部件生產(chǎn)庫存情況，且任意節(jié)點(diǎn)都可以根據(jù)對(duì)方的庫存情況安排生產(chǎn)或變更生產(chǎn)計(jì)劃等。

3.零件在配送過程中可由供應(yīng)商或承擔(dān)運(yùn)輸?shù)奈锪鞴据斎胛锪鲾?shù)據(jù)，共享零件配送情況，保證了數(shù)據(jù)不被篡改。在零件送達(dá)主機(jī)廠后若出現(xiàn)質(zhì)量問題，可方便確認(rèn)責(zé)任部門，實(shí)現(xiàn)零件在運(yùn)輸或搬運(yùn)過程中質(zhì)量問題的追溯，其理論框架的構(gòu)建如圖1 所示。

圖1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的新能源汽車供應(yīng)鏈共享信息框架

區(qū)塊鏈系統(tǒng)能夠保證信息傳遞的真實(shí)性，但對(duì)于信息在節(jié)點(diǎn)錄入系統(tǒng)時(shí)的質(zhì)量缺乏控制，為了完善區(qū)塊鏈技術(shù)在供應(yīng)鏈信息管理方面的功能，應(yīng)當(dāng)充分利用其智能合約的特性?；诖?，本文從節(jié)點(diǎn)博弈的角度，探討了激勵(lì)和懲罰機(jī)制對(duì)節(jié)點(diǎn)策略選擇的影響，從而制定有效的智能合約，并完成對(duì)信息從錄入到傳遞整個(gè)過程的控制，而不只局限于單個(gè)傳遞過程。

二、節(jié)點(diǎn)行為博弈分析

（一）模型假設(shè)與構(gòu)建

模型所使用到的參數(shù)如表1 所示。

表1 模型設(shè)計(jì)符號(hào)及說明

1.博弈主體。選取銷售商和主機(jī)廠為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。為簡化研究，假設(shè)博弈主體為A 節(jié)點(diǎn)和B 節(jié)點(diǎn)，二者是理性博弈群體，各節(jié)點(diǎn)都會(huì)采用自身效益最大化的策略。

2.策略選擇。節(jié)點(diǎn)的策略分別有履約和違約，當(dāng)節(jié)點(diǎn)遵守區(qū)塊鏈系統(tǒng)的規(guī)則、共享初始真實(shí)信息，即履約；違反規(guī)則、不共享信息或共享不真實(shí)信息，即違約。假設(shè)博弈A 節(jié)點(diǎn)履約的概率為x，違約的概率為1-x；博弈B 節(jié)點(diǎn)履約的概率為y，違約的概率為1-y。本次的交易行為會(huì)對(duì)博弈主體的參數(shù)E產(chǎn)生影響。

（二）演化博弈均衡點(diǎn)分析

定理1：區(qū)塊鏈技術(shù)下，節(jié)點(diǎn)A 和節(jié)點(diǎn)B 的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程為

證明1：節(jié)點(diǎn)A 的復(fù)制動(dòng)態(tài)微分方程。

節(jié)點(diǎn)A 選擇履約和違約的收益分別為UA1和UA2，平均期望收益為；

由表2 可知：

表2 節(jié)點(diǎn)A 和節(jié)點(diǎn)B 的博弈收益矩陣

因此，節(jié)點(diǎn)A 的平均期望收益為

得到節(jié)點(diǎn)A 的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程為

證明2.節(jié)點(diǎn)B 的復(fù)制動(dòng)態(tài)微分方程。

同理，節(jié)點(diǎn)B 選擇履約和違約的期望收益為

節(jié)點(diǎn)B 的平均期望收益為

因此，節(jié)點(diǎn)B 選擇履約的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程為

證畢。

定理2：系統(tǒng)存在5 個(gè)局部均衡點(diǎn)。

證明3：

1.F（x）表示節(jié)點(diǎn)A 選擇履約策略的概率隨時(shí)間的變化率。令F（x）=0，得到3 個(gè)可能的均衡解。

2.F（y）表示的是節(jié)點(diǎn)B 選擇履約策略的概率隨時(shí)間的變化率。令F（y）=0，得到3 個(gè)可能的均衡解。

系統(tǒng)的演化過程是往均衡方向發(fā)展的，且節(jié)點(diǎn)策略選擇在穩(wěn)定點(diǎn)時(shí)的變化率應(yīng)該為0，所以均衡點(diǎn)還要求F＇（x）＜0。因此，對(duì)節(jié)點(diǎn)A 的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程中x求偏導(dǎo)得

根據(jù)復(fù)制動(dòng)態(tài)方程進(jìn)行平衡點(diǎn)分析可得：

同理，對(duì)節(jié)點(diǎn)B 的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程中y求偏導(dǎo)得

根據(jù)復(fù)制動(dòng)態(tài)方程進(jìn)行平衡點(diǎn)分析可得：

(三)仿真分析

根據(jù)上述演化模型，對(duì)不同情況下演化博弈路徑進(jìn)行仿真分析。由所構(gòu)建的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程可知，影響區(qū)塊鏈技術(shù)下供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)間的違約與履約的主要因素有：節(jié)點(diǎn)的信用指數(shù)(E)、抵押的保證金(G)、共享信息帶來的信息收益(Ri)、共享信息帶來的風(fēng)險(xiǎn)可能性(λ)。本文參數(shù)設(shè)置參照相關(guān)文獻(xiàn)[9]，初始令EA=EB=25、RA=RB=8、λ=0.3、G=8，在此基礎(chǔ)上討論參數(shù)變化對(duì)節(jié)點(diǎn)策略選擇的影響。

1.研究信用指數(shù)參數(shù)的變化對(duì)演化過程的影響。信用指數(shù)表示的是企業(yè)履約交易時(shí)給自身帶來的信用增加值，E越大表示企業(yè)的信用越好，之后其他節(jié)點(diǎn)越愿意和其進(jìn)行合作等。控制其他參數(shù)不變，變化E的取值，節(jié)點(diǎn)A 和節(jié)點(diǎn)B 的動(dòng)態(tài)演化結(jié)果如圖2 所示。隨著E的增加，節(jié)點(diǎn)選擇履約的時(shí)間越來越短，說明信用指數(shù)的大小正向影響節(jié)點(diǎn)選擇履約的概率。

圖2 信用指數(shù)對(duì)演化過程的影響

2.討論保證金參數(shù)的變化對(duì)演化過程的影響。在區(qū)塊鏈平臺(tái)中，每個(gè)加入節(jié)點(diǎn)的企業(yè)，都需要預(yù)先繳納一定的保證金作為企業(yè)信用保證，如果提供的信息有誤或其他違約現(xiàn)象，另一節(jié)點(diǎn)會(huì)獲得其保證金金額，通過演化分析，隨著保證金金額G的增加，企業(yè)越趨向于選擇履約，保證金金額G與企業(yè)的履約概率成正比，如圖3所示。

圖3 保證金金額對(duì)演化過程的影響

三、基于博弈結(jié)果的智能合約設(shè)計(jì)

智能合約是電子化的合約，能夠在無人監(jiān)管下對(duì)非主觀類事件進(jìn)行判斷。因此，為了增加信息在供應(yīng)鏈中的傳遞的真實(shí)性和安全性，根據(jù)演化博弈結(jié)果，即信用指數(shù)、保證金數(shù)目越高，節(jié)點(diǎn)的履約概率就越大，可以通過智能合約設(shè)置兩種規(guī)則，具體思路與實(shí)例代碼如下。

（一）節(jié)點(diǎn)入鏈規(guī)則設(shè)置

企業(yè)的信用指數(shù)對(duì)信息上鏈的真實(shí)性有正向影響，因此在應(yīng)用區(qū)塊鏈系統(tǒng)時(shí)，所有加入的節(jié)點(diǎn)均需要通過超級(jí)管理員的身份檢查，超級(jí)管理員檢查申請(qǐng)加入節(jié)點(diǎn)的信用指數(shù)E，若達(dá)標(biāo)則予以授權(quán)。基于solidity 智能合約設(shè)計(jì)的部分代碼實(shí)現(xiàn)如下：

代碼執(zhí)行結(jié)果如表3，只有調(diào)用該合約的賬戶是超級(jí)管理員時(shí)，才可以在系統(tǒng)中添加其他節(jié)點(diǎn)，允許該節(jié)點(diǎn)進(jìn)入系統(tǒng)并進(jìn)行交易。

表3 保證金合約執(zhí)行結(jié)果

(二)設(shè)置保證金規(guī)則

利用智能合約設(shè)置保證金數(shù)目，即要加入該系統(tǒng)就需要繳納一定數(shù)量的保證金金額，保證金金額越高，意味著企業(yè)的違約成本就越高，企業(yè)就越不可能上傳不真實(shí)信息。代碼實(shí)現(xiàn)如下:

首先參與方均須向合約地址繳納3ether 的保證金，保證其愿意加入該系統(tǒng)并同意交易規(guī)則。假設(shè)當(dāng)主機(jī)廠發(fā)現(xiàn)電機(jī)供應(yīng)商提供的信息有誤，主機(jī)廠可提出進(jìn)行復(fù)核申請(qǐng)，若復(fù)核結(jié)果與之前不一樣，則主機(jī)廠可獲得電機(jī)供應(yīng)商的保證金。反之，則電機(jī)供應(yīng)商可獲得主機(jī)廠的保證金，其智能合約執(zhí)行結(jié)果和交易信息見表3。

綜上，通過節(jié)點(diǎn)演化博弈結(jié)果啟發(fā)設(shè)計(jì)了入鏈規(guī)則和保證金的智能合約。入鏈規(guī)則的智能合約能夠?qū)ι暾?qǐng)入鏈的企業(yè)進(jìn)行篩選，申請(qǐng)企業(yè)在通過信用指數(shù)檢查之后方可以加入?yún)^(qū)塊鏈系統(tǒng)，并設(shè)置對(duì)應(yīng)的訪問權(quán)限，這一措施從源頭上對(duì)企業(yè)的違約行為進(jìn)行了抑制，并設(shè)置最低信用指數(shù)值，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)自動(dòng)判斷參與節(jié)點(diǎn)的信用指數(shù)是否滿足要求；保證金的智能合約設(shè)置，能夠?qū)υ诮灰走^程中出現(xiàn)的違約行為進(jìn)行控制，保證金越高，對(duì)企業(yè)違約行為的抑制作用就越明顯，從而在信息傳遞過程中保證了交易信息和數(shù)據(jù)的質(zhì)量。兩個(gè)合約的設(shè)計(jì)進(jìn)一步加強(qiáng)了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的新能源汽車供應(yīng)鏈信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)際性和交易安全性。

四、結(jié)語

區(qū)塊鏈技術(shù)作為一項(xiàng)新興的信息技術(shù)，其開發(fā)重點(diǎn)是用來解決信息安全和“信息孤島”的問題，本文基于區(qū)塊鏈技術(shù)的新能源汽車供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)間信息上鏈前的真實(shí)性問題，構(gòu)建了演化博弈模型，并通過仿真分析得出影響企業(yè)上傳真實(shí)信息的主要因素為信用指數(shù)(E)和保證金(G)，信用指數(shù)和保證金對(duì)節(jié)點(diǎn)履約概率均有正向影響?；诖?，設(shè)置了兩種智能合約：其一是把企業(yè)的信用指數(shù)列為入鏈標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置超級(jí)管理員，驗(yàn)證企業(yè)的信用指數(shù)，當(dāng)一個(gè)企業(yè)的信用較低時(shí)，拒絕其加入該系統(tǒng)；其二是為了保證信息的真實(shí)性，設(shè)置了懲罰機(jī)制保證金M來提升企業(yè)履約概率，當(dāng)企業(yè)選擇上傳虛假信息或其他違規(guī)行為時(shí)均會(huì)被扣除保證金，保證金越多，違約代價(jià)就越高，企業(yè)就越不可能違約。

基于演化博弈模型來設(shè)計(jì)智能合約，不僅能夠觀察到企業(yè)在不同條件下的策略選擇，從而更加科學(xué)地設(shè)計(jì)出適合新能源汽車供應(yīng)鏈區(qū)塊鏈系統(tǒng)的智能合約，而且能夠?qū)⑵髽I(yè)的違約可能量化出來，在限制信用指數(shù)和保證金數(shù)目的條件下實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的履約概率的增長，這為后續(xù)運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行相關(guān)信息管理時(shí)，對(duì)如何保證系統(tǒng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)上鏈初始真實(shí)信息提供了參考意見。但是本文研究的信用指數(shù)和保證金數(shù)目只證明了與節(jié)點(diǎn)履約行為的正相關(guān)性，并未給出在何種信用指數(shù)和保證金數(shù)目下，既能夠保證系統(tǒng)的交易質(zhì)量，又能使更多的企業(yè)愿意承擔(dān)違約的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在后續(xù)的研究中將對(duì)這一問題進(jìn)行深入研究。