區塊鏈技術在車貨匹配平臺上的應用①

王維祺，葉春明

(上海理工大學 管理學院，上海 200093)

目前，我國已經出現了一大批整合型車貨平臺，如貨車幫、58 速運和云鳥配送.但是，在車貨匹配平臺這樣一個典型的雙邊市場中，傳統物流運輸業所面臨的主要問題仍然未得到有效解決，問題如下：

(1)貨源信息真假難辨，促成交易的效率無法得到保證.由于平臺上交易雙方真正身份難以確認，使得貨源訊息難辨真假，不僅存在著大量的不實信息，諸如虛假報價和虛擬運輸地點，而且從最初的消息發布到最終的的交易達成，其有效性也難以得到保障.

(2) 無法對過程進行有效監控.大部分的車貨匹配平臺只負責促成雙方達成交易，而無法對交易過程中諸如車主的提貨時間、到達目的地時間，雙方履約情況等信息進行監控.

(3)異常問題難以及時解決.大多數情況下，平臺只充當雙方信息溝通的橋梁，最后貨款結算絕大多數情況下是在線下完成的，這導致了貨主拖欠貨款的現象時有發生，交易雙方的權益也因此難以得到保障.針對上述問題，鑒于近年來不少學者關于區塊鏈在可信數據管理以及追溯方面的研究成果，將區塊鏈技術與車貨匹配平臺相結合，試圖解決平臺現存的3 大問題，有利于提高平臺中信息的真實性、交易執行過程的透明性、雙方履行約定的可靠性以及信息存儲的安全性，對促進我國物流運輸行業的健康發展具有極其重要的現實意義和理論價值.

1 國內外研究現狀

1.1 國外研究現狀

國外學者們肯定了車貨匹配平臺在公路運輸中所起到的重要作用.Robu V 等[1]提出了一種基于代理的分布式運輸物流配送平臺.Gattuso D 等[2]提出了一種優化物流平臺接收活動的數學模型，使得物流系統的優化也可以通過引入、計劃、組織和自動化節點的過程來實現.Elbert R 等[3]研究了交貨時間窗口對公路車貨承運人和貨代的影響，并設計了時隙管理系統.

1.2 國內研究現狀

隨著國內公路運輸的不斷發展，近5年來以基于位置服務的車貨匹配平臺發展迅猛.這在一定程度上克服了傳統車貨匹配平臺服務過程中信息不對稱、風險管理手段不足等問題[4].但預期的效果并不理想.一方面，車貨匹配平臺還不具備對用戶的需求進行快速高效的匹配，使得用戶不得不在不同的平臺上頻繁地發送相同的消息.另一方面，車主和貨主可以在多平臺接入，這降低了對平臺的依賴程度，不良行為的發生率明顯高于單歸屬用戶，交易風險不受控制[5].在提高車貨匹配平臺的匹配效率方面，國內已有不少學者進行了廣泛的研究.其中，牟向偉等[6]利用改進的量子進化算法，提高了匹配系統獲取較為優秀的車貨匹配方案的效率.郭靜妮[7]對語言評價集進行量化，提出了整體滿意度最高的模糊群決策方法.賈興洪等[5]提出了基于車貨匹配平臺的雙邊用戶交易博弈模型，從而解決了單一用戶的多平臺接入問題.朱江洪等[8]提出了一種基于加權不確定語言Bonferroni 平均(WULBM)算子和雙邊匹配理論的車貨匹配方法，通過求解模型使雙方獲得滿意的匹配方案.但是，即便車主與貨主在車貨匹配平臺上達成了交易，在執行時，不良行為也時有發生.比如在交易達成初期，當開價更高的貨主出現時，車主往往會單方面取消交易，使得貨主不得不在車貨匹配平臺上重新發布信息，尋找車主.此外，在交易后期，車主由于接單過多，在運輸過程中貨主又難以對在運輸途中的貨物進行監管，最終車主難以在約定的時間將貨物送到指定地點的現象時有發生，間接增加了貨主的成本.而這些不良行為的發生，大大降低了貨主們對平臺的依賴性，間接阻礙了公路運輸的發展.

與此同時，近年來不少學者針對區塊鏈也進行了廣泛而深入的研究.其中，錢衛寧等[9]證實了區塊鏈技術在可信數據管理方面所起到的重要作用.陸堯等[10]證實了相比傳統供應鏈管控方案，區塊鏈技術在產品編碼、權限管理、物權轉移、產品溯源和防偽驗證等方面具備更大的優勢.曾小青等[11]利用了區塊鏈的可追溯特征，設計出了用于食品可追溯的完整業務程序.畢婭等[12]通過實驗證明了區塊鏈不僅能夠兼顧交易信息的開放性、安全性和隱私性，而且能夠大幅度地提高服務平臺整體效率.

本文就車貨匹配平臺現存的三大問題，將區塊鏈技術應用在車貨匹配平臺上，設計了基于區塊鏈的車貨匹配平臺架構，重點探討了公有區塊鏈在車貨匹配平臺上的實際應用價值.

2 區塊鏈介紹

2.1 區塊鏈的定義和特征

區塊鏈技術起源于2008年由化名為“中本聰”的學者在密碼學郵件組發表的奠基性論《比特幣：一種點對點電子現金系統》[13].本質上，是一種去中心化的P2P 系統，為解決在中心化機構中普遍存在的高成本、低效率和數據存儲不安全等問題提供了可行的解決方案[14]，具有去中心、交易透明、不可篡改、可追溯這4 大特征[15，16].

2.2 區塊鏈的功能

在區塊鏈中，通過SHA256 算法生成的哈希值是唯一的，并且可以有效地防止欺詐，因為對鏈中的塊進行更改，會立即更改各自的哈希值.Zheng Z 等[16]認為這種協商一致機制是大多數網絡驗證人(或在某些情況下)對分類賬狀態達成協議的過程.

3 基于區塊鏈的車貨匹配平臺結構設計

3.1 車貨匹配平臺公有區塊鏈的框架設計

應用于車貨匹配平臺中的區塊鏈網絡總體架構如圖1所示.在傳統的P2P 線上車貨匹配平臺中，各節點的權重被設計為平等關系，其目的在于讓車主與貨主通過自適應的方式進行匹配.此外，各節點還要能夠對數據進行相互操作.因此，作為車貨匹配平臺的應用基礎，本文采用具有公有鏈結構的區塊鏈.同時，為了保護平臺上貨主信息的隱私，本文設計了具備 “車主和貨主信息鏈”的車貨匹配平臺公有區塊鏈.

圖1 車貨匹配平臺公有區塊鏈的總體架構

3.2 車貨匹配機制設計

在車貨匹配平臺公有區塊鏈運行的過程中，司機和貨主的交易過程如下：

第一步：對車貨匹配平臺上的公有區塊鏈網絡進行初始化(見式(1)).其中，BI是區塊鏈的初始狀態.DA代表貨源，SA代表車源，它們共同構成了BI上的節點集合；UI、CA和SC分別是用戶信息子鏈、共識算法和智能合約.DA與SA交易的笛卡爾集合用T表示：T={ti∈DA×S A}.

第二步：車貨匹配平臺生成自己的公鑰和私鑰(見式(2))

第三步：dai和saj分別表示需求端DA和供給端SA中第i個貨主的需求和第j個用于供給的貨車司機dai和saj各自生成屬于自己的密鑰對和地址，用于加密和傳遞交易過程中所產生的的信息(見式(3)～式(6)).

第四步：需求端第i個貨主dai和供給端第j個司機saj在車貨匹配平臺上發送各自的消息，然后，車貨匹配平臺進行自動匹配.同時，將消息傳遞到公有區塊鏈網絡中進行廣播(見式(7)和式(8)).其中，dai.message()是dai發起的運輸需求，在車貨平臺上進行廣播.其中的參數包括dai的身份證明iddai、需要運輸的貨物數量cqi、貨源所在地的地理位置gli，目的地所在位置ldi，從貨源地a到目的地b的支付價格pi，車輛類型cci，凈車廂長度lpi，要求提貨時間ti，貨物類型tpi，包裝方式mpi和 裝卸方式hmi.saj.message()是saj發起的承運需求，其中的參數包括saj的身份證明saj.message()、車輛類型ccj、 凈車廂長度lpj、貨車當前點所處的地理位置cdj、 預計取貨時間tj、 期望送貨地edj、期望運輸價格epj.所有節點在網上扮演著監聽其他節點的角色，根據與其他節點的相對位置自動生成距離矩陣.

第五步：車貨匹配平臺在cci=ccj的前提條件下，根據各dai所提供的信息通過平臺的匹配系統對所有參與響應的saj進行匹配.綜合各方面的因素，生成以總權益值最小為目標的智能合約(見式(9)).其中表示貨源地與貨車之間的距離，lpj-lpi表示車主所駕駛的貨車j可裝載的最大空間lpj與貨主所要求的存放貨物i的空間lpi之 間的匹配程度，ti-tj表示貨主要求的取貨時間與車主可以提貨時間之間的匹配程度，epj-pi表示貨主期望的運輸價格和貨主能夠支付的運輸價格之間的匹配程度，以及w表示相應的權重分配情況.該智能合約利用車貨匹配平臺的私鑰進行加密.

第六步：按照所生成的智能合約SC，為貨主i提供服務的車主j首先到dai.address() 上尋找dai的公鑰，并和dai.public() 進行比對，以驗證dai的身份是否屬實.身份確認之后，saj向dai回傳消息saj.respond()(見式(10)).用dai的公鑰對該消息進行加密處理.其中，ci,j是saj為dai提供服務的具體內容，sign.saj是用saj的私鑰加密的數字簽名.

第七步：在收到消息后，首先dai用自己的私鑰對信息進行解密，在得知是saj反饋的消息之后，通過saj提供的地址dai.address() 找到saj的公鑰.然后，對saj的數字簽名進行解密，確認saj的身份.其次，dai查看信息內容ci,j().若貨主對車主提供的服務有異議，則貨主就異議部分重新生成新的信息da′i.message()，并發送給車主j，車主j重復第六步.如果車主和貨主雙方都沒有異議，則該系統自動生成包含交易的序列號信息Tsid和 交易達成的時間Ttime的合約腳本(見式(11)).在交易成功后，車貨匹配平臺需要將該合約的全部信息向所有節點進行廣播，并對區塊鏈中的信息進行及時更新，從而完成新一輪的共識.因此，合同腳本需要貨主dai、車主saj和車貨匹配平臺三方共同提供的數字簽名CS.

第八步：在司機和貨主交易達成后，司機按照合約先到貨主所提供的貨源地進行提貨，然后將貨物運輸到指定的目的地.同時，為確保車主和貨主雙方的交易能順利完成，區塊鏈和實際的車貨匹配平臺進行實時信息交互，對交易的執行情況進行全程記錄、自動確認、按合約審核和監督在此過程中，區塊鏈將記錄交易過程和交易結果的信息，并對平臺中所有節點進行即時更新.若貨主和司機在交易過程中違約，車貨匹配平臺可以根據在智能合約內事先擬好的懲罰機制，給予他們相應的處罰.假設司機j違約，根據合約應對該司機給予繳納違約金的懲罰.其中，r為saj需繳納的違約金，該值由貨主進行設置.處罰信息被公共服務平臺的私鑰進行加密，并對所有節點進行廣播(見式(12)).

3.3 模擬在車貨匹配平臺上區塊鏈的生成過程

通過Python3.6 編程環境搭建區塊鏈，然后使用一臺計算機開啟不同的網絡端口來模擬多節點網絡，并在Postman 平臺上和API 進行交互模擬.本文啟用3 個節點，其中，貨主端口為http：//localhost：5000，與貨主交易的車主端口為http：//localhost：5001，另設端口http：//localhost：5002 代表區塊鏈網絡上的其他節點.為了便于表述，將貨主端口記為節點1，車主端口記為節點2，另設端口記為節點3，代表公有區塊鏈網絡上的其他節點.

3.4 貨主與車主的交易達成過程模擬

首先，貨主(ID：H11273541)將需求信息發布在車貨匹配平臺上，通過平臺的匹配系統與車主進行自動匹配.假設貨主發布的需求信息具體內容如下：需要運輸的貨物數量為10 箱；貨物所在地的地理位置是[34.620906，112.455131]；目的地的地理位置為[25.716128，114.773786]；貨物類型：水果；能夠支付的運輸費用為856 元；運輸車輛的類型為6.2 m 的鮮貨運輸車；要求在8月3日前從貨源地提貨，為保證水果新鮮，送達時間不得超過2 天，如果違約，則需要車主支付117 元的違約金.同時，車貨匹配平臺將貨主的需求信息傳遞到位于公有區塊鏈網絡中與該貨主相對應的節點1 處，生成節點1 的初始交易信息.在節點1 生成原始交易信息之后，在該節點處進行挖礦，生成一個包含初始交易信息的區塊，如圖2.其中，變量da，sa，cq，gl，ld，sl，tp，p，cc，lp，t，dt，r分別表示貨主(初始ID：da)，車主(初始ID：sa)，需要運輸的貨物數量，貨源所在地的地理位置(經緯度)，目的地的地理位置(經緯度)，車主當前所在位置(經緯度)，貨物類型，交易價格，運輸車輛類型，凈車廂長度，提貨時間，送達時間以及違約金.previous_hash 表示生成塊的SHA-256 哈希值，proof 表示工作量證明.假設通過車貨匹配平臺上的自動匹配系統，將貨主與車主(ID：C23485931)進行匹配，并將貨主的需求信息傳遞給車主.那么在公有區塊鏈網絡中，通過共識算法，將節點2 的鏈被節點1 的鏈取代，如圖3所示.當節點2 接收到節點1 的信息后，對信息進行更改，既將價格由856 元改為800 元，在進行挖礦，生成一個更改后的交易信息的區塊，如圖4.隨后，通過共識算法，將節點2 的交易信息反饋給節點1.節點1 將最終的交易信息向節點3 進行廣播，如圖5.

圖2 節點1 生成交易初始區塊

圖3 節點2 接收到來自節點1 的信息

3.5 貨主與車主的交易執行過程模擬

車主根據交易信息，駕車到達指定地點進行提貨.同時，節點2 生成新的區塊，記錄車輛的地理信息和提貨時間，如圖7所示.然后，節點2 將信息分別向節點1 和節點3 進行廣播，以節點1 為例，如圖8所示.當車主將貨物運輸至交貨地簽收后，節點2 生成新的區塊，對交易的結果進行記錄.然后，節點2 將信息分別向節點1 和節點3 進行廣播，以節點1 為例，如圖8所示.

圖4 節點2 生成第一輪交易更改后的區塊

圖5 節點3 接收到的交易信息

3.6 交易結果分析

以代表交易一方的節點1 為例，該節點的區塊鏈中所存儲的區塊可知，在公有區塊鏈網絡中，區塊鏈中包含了若干個區塊，這些區塊中記錄了交易的達成和執行的全過程，并對每一次記錄在區塊頭上加蓋一個時間戳(見圖2～圖8中timestamp 標識)，使得區塊上的交易信息無法進行更改，而且可以用作交易的證明.此外，在區塊鏈接上區塊鏈后，成為了平臺上所有用戶節點的“公共賬本”，使得交易信息很難被篡改.同時，通過SHA256 算法對交易過程的每一個時間節點的信息進行加密(見圖2～圖8中previous_hash 標識)，這樣不僅使交易數據變得更加安全、可靠，還能使整個交易過程變得更加透明.如果在交易過程中出現違約的行為，同樣也會被區塊記錄下來，并向區塊鏈網絡的所有節點進行發布，這樣平臺上的其他用戶也能夠接收到該用戶的違約信息，直接增加了該用戶下一次交易的成本，促使雙方不得不按照最初已經達成的交易合同執行交易.

圖6 節點1 生成新區塊

圖7 節點1 接收節點2 的信息

圖8 節點1 接收節點2 的交易結果信息

將區塊鏈技術應用到傳統的車貨匹配平臺中，從根本上解決了傳統車貨匹配平臺所面臨的貨源信息不準確和對交易全過程缺乏實時監督的行業痛點.同時，也降低了交易雙方違約的可能性，極大地提升了交易雙方的信任度，從而改變了交易基于固定客戶展開這一現狀.

4 結束語

在“互聯網＋”和分布式計算的大背景下[5]，運輸行業的調度模式將會發生巨大的變化.本文針對基于車貨匹配平臺在整個交易過程中缺乏監督這一短板，提出了基于公有區塊鏈技術的車貨匹配平臺框架，并用實際數據分別對交易的達成過程和執行過程進行模擬.研究結果表明，該車貨匹配平臺能夠同時保障交易內容的透明性、交易過程的安全性和交易雙方信息的隱私性，能夠使車貨匹配平臺具有較高的公信力和匹配效率.以下幾方面需要深入研究：第一，本文設計的基于區塊鏈技術的車貨匹配平臺公有區塊鏈雖然詳細的設計了機制，但在共識算法方面還有待優化.第二，對現實條件下的交易機制進行理想化處理，很多情況尚未考慮，比如在運輸過程中的節能減排問題等，也需進一步研究.