基于區塊鏈的供應鏈管理系統設計與實現

陳藝文

（四川大學計算機學院，成都610065）

0 引言

區塊鏈起源于2008 年，由一位化名中本聰的學者在密碼朋克郵件組中發表的論文——《比特幣：一種點對點的電子現金系統》，文中提出了一種不需要第三方參與，結合密碼學、分布式共識、經濟學博弈等多種技術，允許交易雙方直接進行點對點交易的電子現金交易系統。自提出以來，區塊鏈技術得到廣泛普及并逐漸從加密數字貨幣領域延伸到各行各業的創新應用中。

供應鏈最早來源于彼得·德魯克提出的“經濟鏈”，后經由邁克爾·波特發展成為“價值鏈”，最終演變為“供應鏈”。隨著全球經濟發展方式的不斷轉變、互聯網技術不斷創新，新時代下的供應鏈管理更加注重維護核心企業前向、向后網鏈關系，是維系企業正常運轉的至關重要環節。

本文基于區塊鏈的特點，針對供應鏈管理面臨的挑戰，分析區塊鏈與供應鏈結合所帶來的創新性突破，設計并實現了一種基于區塊鏈的供應鏈管理系統。為核心企業提供更加安全、可靠和透明的管理方案，打通多個環節的信息流通，提高全鏈條工作效率和生產效率。

1 供應鏈管理面臨的挑戰

供應鏈是將供應商、制造商、分銷商、零售商，到最終消費者連成一個整體的功能性網鏈。供應鏈管理的核心目標是對商流、信息流、物流、資金流的全方位控制。新時期下，供應鏈管理面臨新的挑戰。

圖1 供應鏈要素及主要流程

1.1 管控力不足

核心企業是發起供應鏈的重要角色，并在供應鏈組建完成后承擔全鏈領導、帶動作用。一條完整供應鏈至少包括核心企業、供應商、物流企業、多級經銷商等多個角色，各個角色之間的關系維護以及供應鏈整體管控是核心企業的主要職責。但往往在供應鏈實施過程中，由于流通環節繁多，信息無法及時共享，核心企業對各層級的組織架構不熟悉，對供應鏈的管控力大打折扣，甚至逐漸演化成以供應商為主體的供應鏈、以批發商為主體的供應鏈或以經銷商為主體的供應鏈。

1.2 組織化程度低

組織化程度低是供應鏈管理存在的普遍問題。以我國現有國情為例，作為農業大國，理論上農產品供應鏈管理的最初供應者是具有一定組織架構的農村專業合作社。而我國農民合作社還處于初級階段，往往規模較小、功能不健全，屬于松散型聯合，并仍存在大量小規模生產、分散經營的農戶個體，組織化程度低。在零售終端，除具有一定規模的市場或連鎖經營的專營店組織化程度相對較高外，低級市場中眾多的零售商組織化程度同樣較低，為供應鏈管理造成障礙。

1.3 系統運行成本高

供應鏈系統運行成本主要包括從供應鏈的起始到終點所發生的交易成本和物流成本，隨著信息化的普及，供應鏈信息成本的投入也逐年提升。由于供應鏈各個環節存在跨時間、跨地域等障礙，核心企業難以對供應鏈全局信息進行實時監管，交易信息、物流信息受制于第三方無法完全共享，信息不全、信息滯后、信息失真等情況時有發生，直接導致了各節點的信息成本提高，整個系統的運行成本被抬高。

2 區塊鏈與供應鏈的結合

區塊鏈從本質上說是一種去中心化、難篡改、可追溯、多方共同維護的分布式數據庫技術。其核心在于通過計算機技術手段，創造一種多方信任機制，形成可靠的組織關系。行業普遍認同區塊鏈適用于具有多方參與、共同協作的應用場景，促進跨機構、跨個體、跨地域系統的運作、降低維護成本。著眼于供應鏈管理，從整體來看供應鏈是一個具有整體性功能的網鏈式結構，但從個體而言，供應鏈卻是一個松散型、開放性的組織，包含了相互獨立、具有獨立決策能力的多類成員角色。因此，本質上供應鏈是一種具有復雜業務邏輯的、多方參與、共同協作的組織結構，區塊鏈與供應鏈的結合勢必為現有供應鏈管理提供新的可行方案。

區塊鏈在供應鏈管理中的優勢有：

（1）多方參與，共同維護

無論是以核心企業為主體的供應鏈或以經銷商為主體的供應鏈，任何供應鏈模式都需要多種角色共同參與，共同維護。利用區塊鏈去中心化的特點，在供應鏈系統中，每一個參與者都是獨立的個體，對應到區塊鏈中的獨立節點，共同維護區塊鏈（供應鏈）網絡。以聯盟鏈形式為例，不再單獨由核心企業作為供應鏈發起者，而是由一個聯盟共同發起，聯盟成員作為區塊鏈網絡的創世者，通過投票、選舉等方式動態管理成員流動并分配對應權限。聯盟成員共同參與、互相監督，避免了供應鏈的單方控制，在提高聯盟凝聚力的同時降低了核心企業單方的維護成本。

（2）數據透明，管理高效

數據采集是供應鏈管理至關重要的環節，高效的管理方案需要建立在全鏈條數據完整獲取的基礎之上。但供應鏈中數據不公開，數據受單方控制，信息不對稱等現象普遍存在。使用區塊鏈技術，讓所有參與者的操作直接記錄于鏈上，在權限范圍內，鏈上數據相互共享、公開透明。數據的共享讓供應鏈管理更加透明化，有利于全鏈條信息資源整合，對市場行情產生一個真實的反映，杜絕虛假信息傳遞，提升企業公信力。

（3）不可篡改，溯源便捷

錯綜復雜的供應鏈網絡，讓供應鏈監管成為難題，不法分子有機可乘，“毒奶粉”、“毒疫苗”事件為供應鏈管理敲響了警鐘。區塊鏈是按照時間戳先后順序排列的鏈式結構，每個區塊之間相互聯系、相互校驗，一旦寫入無法更改。將區塊鏈技術與供應鏈中的物聯網技術相結合，減少流通環節中的人工參與，將信息通過物聯網設備直接記錄于鏈上，為產品溯源、問題追責提供了便捷。

3 區塊鏈應用的基本架構

繼比特幣之后，以以太坊（Ethereum）和超級賬本（Hyperledger）為代表的第二代區塊鏈系統引入了智能合約的概念，通過編程賦予了區塊鏈處理業務的能力，徹底打開區塊鏈世界大門。截至今日，已發布的區塊鏈系統數不勝數，但究其系統結構可以用六層通用模型來囊括，如圖2。

圖2 區塊鏈系統六層通用模型

最底層的數據層是區塊按照時間戳順序、首尾相接的鏈式數據結構。網絡層是一個P2P 分布式網絡，共識層負責制定系統出塊機制同時維持系統內部的數據一致性，激勵層管理系統獎勵分發機制，合約層則是在智能合約提出之后，區別于比特幣系統，用于保存智能合約（超級賬本稱為鏈上代碼）的重要層級。最上層的應用層也稱作區塊鏈展示層，一切基于區塊鏈技術的分布式應用（DAPP）都屬于應用層范疇。

區塊鏈本質是一個分布式數據庫，網絡中的交易記錄被打包存儲到各個區塊。以比特幣為例，其單個區塊的最大容量限定為1M，約可以存儲3000 條交易記錄，所有區塊的集合組成了存儲系統全部交易記錄的“數據庫”。在實際應用中，業務數據往往較為龐大，區塊鏈容錯性高，但數據無法修改，容量小，查詢慢，直接將業務數據存入區塊會導致區塊數目增長過快，網絡堵塞等不利情況。因此在系統設計中，將區塊鏈與傳統分布式數據庫相結合，如圖3 所示，將完整業務數據存入數據庫，再通過提取部分特征值進行哈希轉換后寫入區塊鏈。區塊鏈與傳統數據庫的結合，一方面讓數據更加完整，數據的真實性得到保障，進一步提高了數據的安全性與可靠性；另一方面，保留原有數據庫系統，減少了企業轉型的額外開銷，有效降低了成本，是區塊鏈投入實際應用的最佳切入點。

4 基于區塊鏈的供應鏈管理系統

根據區塊鏈應用基本架構，結合供應鏈管理業務流程，本文實現了一個基于區塊鏈的供應鏈管理平臺，其系統結構如圖4。

該系統將業務邏輯通過智能合約的形式寫入區塊鏈，各級批發商、零售商以及消費者作為區塊鏈的共同參與者，可以通過線上平臺或其他分布式應用接入區塊鏈網絡，獲取鏈上信息。此外針對供應鏈管理，系統在傳統區塊鏈聯盟鏈的基礎上增強了準入機制和權限控制，將區塊鏈節點細分為普通節點、功能節點和存儲節點。不同節點對應供應鏈不同角色，根據職能差異對區塊鏈信息具有不同的操作權限，詳見表1。

圖3 區塊鏈應用基本架構

圖4 基于區塊鏈供應鏈管理平臺

表1 各節點功能明細

通過職能對節點進行劃分，一方面節約了普通節點和職能節點的存儲成本，降低了整個系統的額外開銷；另一方面規范化了各節點的讀寫權限，避免了保密信息的泄露，提高了供應鏈的保密性和安全性。

系統的實現具體如下：

（1）用戶認證界面

圖5 用戶認證界面

（2）物流清單提交界面

圖6 物流清單提交界面

（3）物流詳細界面

圖7 物流詳細界面

5 結語

如今，我國區塊鏈產業目前處于高速發展階段，創業者和市場資本不斷涌入，相關企業數量迅猛增加，截至2018 年3 月底，我國以區塊鏈業務為主營業務的區塊鏈公司數量已經達到了四百余家。本文給出了區塊鏈應用基本框架，實現了基于區塊鏈的供應鏈管理系統，有效打通采購、生產、物流、銷售、監管多個環節的信息流通，提供一套完善的供應鏈管理方案。在未來，區塊鏈技術勢必與更多實體經濟相結合，加快傳統產業的轉型升級，為傳統產業的發展提供新動能。