基于區塊鏈的區域配送資源數據共享模型研究

石永強 黃天智 張智勇 楊磊

摘? 要：從配送行業的現狀，不難發現在配送市場上，區域配送資源數據共享困難。因為配送資源數據種類多，體量大，集中困難，數據共享一直是個難點。數據不公開，配送企業間盲目競爭，損害了企業的自身利益，也降低了社會總效益。本文提出一個基于區塊鏈的區域配送資源數據共享模型，具有去中心化、集體維護、安全可信、不可篡改等特點，適用于解決區域配送資源數據共享的難題。文中從區塊鏈的一般原理出發，針對配送資源數據的復雜性設計了獨特的存儲結構，詳細說明了模型的架構。通過模型與現存方案的對比，分析了本模型的優勢以及帶來的影響。

關鍵詞：區塊鏈;配送資源數據;共享模型;區域配送

一、引言

在目前的區域配送的市場上，配送資源及數據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據。單一物流公司擁有的人力資源與設備資源較少，其一方面承擔配送關系中資源提供方角色，一方面承擔信息提供者角色。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，考慮相對較少，不加整理地將需求信息提供給外者，信息的準確性難以保證，無法說服他人信任，容易導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，在平臺上發布整合過的配送供需雙方的資源數據。雙方各取所需，但是盲目地選擇，沒有算法作支撐，配送資源的合理利用很難實現，加之平臺提供者有可能對平臺數據進行篡改，無法保證信息的安全可靠。

數據可被篡改，傳輸不安全等嚴重阻礙了區域流通業的發展。然而區塊鏈的誕生，將改變這種配送資源數據不均勻分布于相關企業的現狀。

區塊鏈技術可以幫助配送供需雙方快速安全地認證權限，實現自由的數據訪問和分享。因此將區塊鏈技術引入配送領域，會使區域配送資源數據得到極大程度地公開，配送資源流動合理性得到極大提升，“區塊鏈+”配送將是未來區域配送領域發展的一大方向。

從區塊鏈技術在各行各業近兩年的發展看，金融與供應鏈領域應用區塊鏈技術較多，也有醫療，能源等相關領域有所應用。薛騰飛等利用改進的DPoS機制構建了一個基于區塊鏈的醫療數據共享模型。蔡金棋等設計了一種基于區塊鏈的3層能源交易架構，并對區塊鏈在能源交易中應用需要解決的問題和面臨的挑戰進行了分析。郭珊珊利用區塊鏈上區塊信息不可篡改的特性，實現了供應鏈上的可信溯源查詢。朱建明等在分析了區塊鏈的特點、局限性以及其鏈式結構散列原理的基礎上，提出了基于區塊鏈的B2B+B2C供應鏈各交易主體結構簡圖及動態多中心協同認證模型。張曉玫等提出了區塊鏈金融模式，并指出區塊鏈能在根本上改變融資雙方的信息結構，從根本上緩解小微企業的信貸配給。

可以看出，區塊鏈結合配送領域的應用較少，主要由于配送領域的數據種類多，體量大，集中困難，使區塊鏈在配送領域的發展舉步維艱。本文提出了基于區塊鏈的區域配送資源數據共享的一種模型（Distribution data share model ，DDSM），幫助解決區域配送資源數據存儲集中、安全共享難、數據可信度過度依賴于少數中心化組織機構等問題，實現去中心化，可信任的配送資源數據共享。

二、區塊鏈基礎知識

數據層與網絡層為區塊鏈提供硬件基礎與技術條件，哈希函數將不同大小的數據塊映射成固定長度的地址碼，方便數據的查找，非對稱加密確保某筆交易只有參與人知道交易詳細情況，外界只了解交易的發生與否，既公布了交易信息，又保護了交易雙方的隱私;共識層是去信任的關鍵，是以算法作支撐，在一定的規則下，各節點絕對信任當值節點（負責下個區塊的寫入工作）的操作;激勵層解釋了各節點爭相做記賬員的驅動力，例如在比特幣區塊鏈中各節點的驅動力是比特幣;合約層是交易雙方簽定的契約，由算法實現，交易在此契約下自動完成，具有同步性，交易內容難以更改;應用層是面向各行各業的接口，各領域都可以根據自己領域內的業務流程特點，將區塊鏈引用進本行業發展。

區塊鏈的特性就是去中心化、去信任、集體維護、可靠數據庫。區塊鏈出現之前數據庫都集中在中心化的機構，交易雙方的數據要經過中心機構的流轉，中心機構是雙方信任的基礎，交易產生的各種數據都存在中心機構的數據庫中，由數據中心統一保管處理。區塊鏈的出現帶來了新的數據存儲的方式，它沒有中心化的機構，而是人人維護數據庫，而且維護建立在某種規則之上，可以使所有參與方信服，且一旦記錄存入數據庫中將無法更改，確保了數據的安全性。

三、區域配送資源數據共享模型

（1）節點間共識機制

DPoS與PoS不同的是，DPoS機制中每個節點都有權參與到選舉本輪記賬的節點，每個節點投出手中的股份權益給一個代表，獲得權益最多的代表節點將負責本輪記賬。本模型中各節點的算力有差別，可以將算力較高的物流中介節點當作候選節點，少部分的物流公司如果其算力夠強也可以加入到候選節點中。各個節點都有股份權益，股份權益的大小將與兩部分內容相關，一是本節點的算力，算力越強其股份權益越大;二是服務接收方對節點提供的服務的評價，評價越高，其股份權益越大。如此可避免高算力節點一直有高話語權，導致各節點努力提高算力而忽視客戶服務。算力相當于各節點的服務硬件水平，高算力意味著高的硬件水平，可提供更完善的服務;股份權益相當于比特幣區塊鏈激勵層中的比特幣，是各節點爭相記賬的驅動力，可以把它看成LIIS和LCRS中各節點的信用積分，與各節點的利益掛鉤，信用積分越高者越能吸引需求量，積分較低者對需求量沒什么吸引力，且長期如此的話可能會倒閉，退出LIIS和LCRS節點群。共識層的DPoS，不僅使大家對記賬權達成共識，也解釋了激勵層中的激勵因素。

（2）配送資源數據Item塊

本文將配送資源分為兩類，一類可以稱之為靜態數據，如配送場所包括的配送中心的地址數據，配送設備包括的叉車的規格參數，存儲設備包括的貨架托盤的型號參數，運輸設備包括的各種貨運車輛的型號參數，裝載量參數等短時間內不會發生變化的數據;一類稱之為動態數據，如配送供需雙方交易包括的時間，地點，特殊需求，當前市場上的配送能力，需求量等實時發生變化的數據。

靜態數據短時間內不發生變化，可以將存儲在數據庫中一片獨立的空間，用哈希函數計算哈希值存儲于Item塊中，避免頻繁的調取與存儲導致的高處理成本。動態數據區別于靜態數據的存儲空間，因為其數據量較少，而且對于交易比較重要，可以直接錨定在Item上，便于事后追蹤查詢。

每隔一段時間，就會有一個節點會滿足各種條件，且獲得其他節點的認可，產生一個區塊，記錄該段時間內的所有成功的交易。每筆交易都會產生一個Item塊，一個區塊（Block）里有多個Item塊，由算法產生特定的頭部，鏈接在上個區塊后。

（3）分布式數據庫系統

分布式數據庫的基本思想是將原來集中式數據庫中的數據分散存儲到多個通過網絡連接的數據存儲節點上，以獲取更大的存儲容量和更高的并發訪問量。本模型中，各節點都能平等地訪問物流公司或物流信息中介數據庫中的數據，分布式數據庫可以進行線性擴展，便于時時記錄配送市場上產生的少量交易數據。海量用戶可以通過應用程序接口訪問交易數據，而不會產生并發用戶量較多，系統反映遲鈍的情況。

四、工作流程

模型中，用戶通過網頁，手機終端等交互界面向DDMS查詢當前市場上的配送資源，得到反饋，并選擇供應方，DDMS收到請求后，開始一系列的運作，批量交易完成后會錨定到配送區塊鏈上，具體的工作流程如下：

步驟1.單筆交易中，需求方通過終端查詢目前市場上存有的配送資源，并與供方溝通后達成協議，交易等待處理并產生交易數據。

步驟2.某段時間內發生了n場交易，交易信息等待被寫入數據庫。

步驟3.在同段時間內，LIIS與LCRS根據LIIS中各節點的股票權益，投票產生本輪可以生產區塊的節點。

步驟4.投票產生的節點生成區塊，包括相應的區塊頭與區塊體，區塊頭中有區塊產生的當前時間，上一區塊的Hash值，本區塊的Hash值等頭信息，區塊體中每筆交易有雙方交易的公鑰，且單筆交易的存儲形式為靜態數據加動態數據共同存儲，區塊體會記錄這一段時間內發生的所有合法交易。

步驟5.區塊頭與區塊體生成完畢之后，在LIIS與LCRS里廣播，LCRS聽到廣播后對其進行合法性審查，符合格式才承認該區塊合法，并鏈入到上一區塊尾部，一旦發生錯誤就必須重新投票產生記錄節點，引起延遲，造成效率低下，但出錯的概率較低，這種影響可忽略不計。

步驟6.各個節點依據新添加的區塊更新自己的數據庫。

步驟7.返回步驟1。

五、模型構成特點

針對配送行業，本模型構成元素有以下特點：

一是物流信息中介節點服務器群（Logistics information intermediary node servers ，LIIS）和物流公司審查服務器群（Logistics companies reviewing servers ，LCRS）：從區域配送資源數據的分布情況可以看出，主要的配送資源數據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，所以在工作量上，可以將更多的數據存儲操作交給物流信息中介服務器群，將數據合法性審查交給物流公司服務器群，節點之間的共識采用授權股權證明機制（Delegated Proof of Stake），用一小群節點做為代表進行POS記賬（主要是LIINS與LCRS），比工作量機制共識速度更快，且耗費的計算資源更少。二是配送資源數據存儲結構：結合配送資源數據的復雜性，設計適合應用的數據結構，方便區域內配送供需雙方存取應用。三是分布式數據庫系統（Distributed database system ，DDBS）：數據同時存儲于物流信息中介與物流公司的服務器，解決雙方數據不共享問題，避免盲目競爭，方便各節點的查詢，也給用戶的查詢帶來便利。

六、模型評估

采用對照分析法來評估提出的區域資源數據共享模型，一方面，通過模型與現有方案之間的對比，找出模型較之與現存方案的優勢;另一方面就模型解決的具體問題進行展開分析。表1從五個角度對模型與現存方案進行了比對，發現模型比現有解決方案更具優勢。

模型中尚存在一些不足，比如在區域配送資源區塊鏈創建初期，由于鏈中區塊較少，存在較大的信任風險，數據可能會被篡改，容易出現交易糾紛。

七、結束語

隨著區塊鏈技術的不斷發展，其對各行各業的滲透也將越來越深，區塊鏈結合配送領域的研究在學術界也開始有初步的研究，本文提出的區域資源配送數據共享模型可以實現區域配送資源合理配置，交易過程公開透明，交易數據可溯源，LIIS與LCRS的有效配合將改變以往中心機構之間的零和博弈，實現企業效益，社會效益的雙贏。為構建這一平臺，還有一些問題尚可討論，比如有無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。模型中的一些設計細節還有待進一步完善，這些都有待在以后的工作中不斷摸索。

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作者簡介：石永強（1975-），男，副教授，研究方向：物流經濟，物流戰略管理;

張智勇（1970-），男，博士生導師，研究方向：區域物流與區域經濟，物流與供應鏈管理。