基于區塊鏈技術的共享單車服務研究

煙臺大學區塊鏈技術應用研究中心藥學院 張文超

煙臺大學區塊鏈技術應用研究中心機電汽車工程學院 李巖(通訊作者)

2014年3月，北京大學光華管理學院的畢業生戴威，提出“以共享經濟+智能硬件，解決最后一公里出行問題”的經營理念，創立ofo共享單車項目[1]。與此同時，ofo日后的最大競爭對手摩拜也于2015年1月正式成立[2]。為了爭奪用戶，ofo和摩拜不僅各種鋪車圈地，還掀起紅包戰、免費騎、免押金三級“價格戰”，成為當時最炙手可熱的投資項目。然而，2018年外部經濟環境陡然下行，融資難度不斷增大，摩拜和ofo資金鏈緊繃，甚至出現大量挪用押金維持競爭態勢的現象[3]。2019年1月，不堪重負的摩拜找到美團接盤，更名為美團單車，持續虧損的現狀也使其面臨著被邊緣化的危險。相比摩拜的及時脫身，ofo面臨的是更殘酷的危機，因拖欠貨款被起訴、被媒體披露退押金周期延長、被多個法院的多個案件列入被執行人名單……共享單車走到如今的地步，除了不計后果的惡性競爭、法律體系不健全、單車管理混亂等問題之外，究其根本在于：信用評價體系的匱乏。而要解決單車與陌生人之間的信任問題，區塊鏈技術[4]將會成為一劑良藥。業界普遍認為解決信任問題的最有效手段為區塊鏈技術，因此應用區塊鏈技術解決以共享單車為代表的共享信任問題，也許是打破目前單車危局的有效手段。

1 區塊鏈技術

1.1 區塊鏈概念

區塊鏈技術源于中本聰的論文《Bitcoin：A Peer-to-Peer Electronic Cash System》，是分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術在互聯網時代的創新應用模式，其本質是通過去中心化和去信任的方式集體維護一個可靠數據庫賬本的技術方案。從數據結構的方向來研究，可以認為區塊鏈是一種基于時間戳的塊鏈結構。

1.2 區塊鏈技術特點

一是“去中心化”特性。區塊鏈是由多個節點組成的一個端到端的網絡，沒有任何的中心機構，節點與節點之間的數據傳輸主要通過數字簽名進行技術驗證，是一種去中心化、去信任的應用模式。二是節點匿名交易透明的特性。區塊鏈的運行遵循交易透明的原則，所有的數據信息都是公開的，每一個交易對所有的節點可見，但每個節點之間都是匿名的，交易時節點與節點之間不需要要公開身份，即區塊鏈的每一筆交易滿足交易信息公開且節點匿名的特征。三是數據不可篡改性。一旦信息被記錄在區塊中，那么除非某一節點擁有超過50%的算力來編寫新的信息作弊，那么其他節點便無法更改已經保存在區塊中的信息。

2 “區塊鏈+共享單車”的主要用途和市場分析

2.1 主要用途

(1)記錄單車的所有權：區塊鏈能夠保證互聯安全。區塊鏈技術的加密算法能夠確保適當地訪問控制，身份管理以及數據完整性。保證單車、軟件供應商等之間安全地交換數據，并為車主確保隱私安全，有效保護服務器的信息安全。(2)記錄單車的使用狀況：利用區塊鏈技術能夠建立互信機制，區塊鏈交易系統不可改變，可以在已分配的分類賬單內跟蹤每筆交易。“智能合約”為所有用戶和單車供應商雙方充分設定參數與條件，當出現惡意破壞等行為時，自動觸發智能合約預先設定的規則，對單車用戶實施懲罰措施。例如，可以跟蹤到單車的使用情況包括行駛里程，真實損壞信息等。(3)對用戶進行信用評價：以實現當用戶出現信用問題時，能夠按照預先設定的規則，智能實現相應的懲罰措施。如用戶隨意亂停亂放共享單車，將對用戶的信用進行減分(如-1分/次)；當用戶將單車私自占用時，將對用戶的信用進行減分(如-10分/次)，并聯系相關交警部門，進行追責。

2.2 市場分析

盡管共享單車面臨嚴峻的挑戰，但是共享單車項目仍然具有很好的市場前景，主要原因有以下幾點。

(1)解決“最后一公里”的市場空白，具有天然的競爭優勢。相比較于專車、快車、拼車、順風車、分時租賃等出行方式主要用于解決中/長途出行，共享單車可以解決“最后一公里”的近距離出行問題，節約用戶等待公交車或出租車的時間以及服務的費用成本；另外，與分時租賃相比，共享單車的取還車更加靈活，使用顯然更加方便，性價比更高。(2)移動網民數量爆炸式增長，為共享單車掃碼騎行提供了天然的客戶群。2019年2月，在中國互聯網絡信息中心發布的第43次《中國互聯網絡發展狀況統計報告》中顯示，我國手機網民規模達8.17億，占網民的98.6%。(3)用戶移動消費習慣的形成為共享單車的發展提供了必要的條件。因為在一線城市支付寶、微信這些支付方式對年輕人的滲透率己經接近100%。正是因為這個變量的存在，共享單車才可以歷史上第一次完全脫離停車樁的束縛，而取消停車樁帶來的用戶體驗，極大地提升了共享單車的使用可行性。

3 單車聯盟鏈網絡搭建

鑒于區塊鏈技術的上述技術特點，本文提出了一種將區塊鏈技術與共享單車相結合的單車聯盟鏈，旨在建立公開、透明、公正、可追溯的用戶的信用評價體系。擬應用Linux基金會主導的Hyperledger Fabric項目進行區塊鏈底層平臺的搭建。Hyperledger Fabric旨在作為開發模塊化體系結構的區塊鏈應用程序的基礎，以便諸如共識和會員服務等組件可以即插即用。它使用容器技術來托管構成系統應用邏輯的智能合約(也稱為鏈代碼)，是為企業構建的領先的開源、通用區塊鏈結構。Hyperledger Fabric鏈只限于聯盟內的成員使用，這使得Hyperledger Fabric相對容易達到更高的性能。

為了更快速地搭建“單車聯盟鏈”，實現共享的初衷，應該積極爭取政府支持，由政府主導“單車聯盟鏈”搭建工作，根據城市規模和人口數量，按需布局單車數量，各城市可通過招標采購的方式選取一種或多種單車品牌，這樣一方面可以避免惡性競爭、資本浪費等；另一方面科學化的單車管理可以避免交通擁堵、亂停亂放等問題。圖1展示了基于區塊鏈的單車聯盟鏈網絡。預計最初上鏈的企業和機構數量相對較少，但隨著時間推移及功能的完善，加入到單車聯盟鏈中的企業和用戶將越來越多，屆時單車聯盟中的信用評分，將會成為企業對個人信用的征信標準。

以下闡述了單車聯盟鏈搭建工作的幾個關鍵點。

(1)節點的選擇及主要功能。單車聯盟鏈預計納入的節點有：單車用戶、單車廠商、交警部門、合法合規的單車聯盟企業等。其中單車用戶為輕節點，不能參與共識服務，用戶可以通過客戶端APP查看自身的騎行信息。除用戶外的其他節點均為長期固定節點，可參與共識服務和記賬，其中單車廠商可以查看所有本廠生產的單車被騎行信息(包括單車活躍度、騎行公里數、單車報修比例、單車使用高峰時段以及活躍地區等)；交警部門可以查看所有用戶的騎行信息及真實身份信息，便于規范用戶的行為，另外交警部門還可以查看每個單車廠商的單車數量，避免惡性競爭。單車聯盟企業可參與共識和記賬，同時，當用戶出示其身份信息時，單車聯盟企業可以查看用戶的騎行信用情況，給予信用良好的用戶一些優惠政策。(2)節點服務器軟件要求：各長期固定節點均選擇ubuntu16.04操作系統，預采用Hyperldger Fabric1.4.1完成搭建工作。(3)智能合約主要邏輯規則：應用JavaScript語言進行智能合約的開發，以實現當用戶出現信用問題時，能夠按照預先設定的規則，智能實現相應的懲罰措施。如用戶隨意亂停亂放共享單車，將對用戶的信用進行減分(如-1分/次)；當用戶將單車私自占用時，將對用戶的信用進行減分(如-10分/次)，并聯系相關交警部門，進行追責，如圖1所示。

圖1 基于區塊鏈的單車聯盟鏈網絡

4 “區塊鏈+共享單車”的主要運作流程

本文提出一種基于區塊鏈的共享單車運作系統。首次應用的用戶通過下載手機DAPP端，提交押金，然后掃描共享單車二維碼，提交騎行請求；首次使用的用戶還需要上傳自身身份信息，并由區塊鏈認證節點對用戶進行認證，為了保護用戶的信息安全，用戶可選擇對身份信息進行加密，將身份信息映射為虛擬用戶信息，真實信息和虛擬用戶信息之間是一一對應的關系，因此可保證用戶賬號的唯一性。用戶通過虛擬用戶與共享單車所屬廠商簽署騎行協議，內容包括：安全行駛協議、遵守交通規則協議、無惡意破壞、亂停亂放行為等，規定好各自的權利與義務。用戶簽署協議連同騎行信息(騎行時間、地點、路線)同步到共享單車聯盟鏈的其他節點，并永久的存儲在區塊鏈上。共享單車聯盟鏈除數據存儲功能外，還具有用戶信用評價系統，用于監管用戶信用等級，如果監控到用戶在騎行過程中存在違規行為，則按照騎行協議，視情節嚴重程度扣除用戶部分押金，并將上述失信行為記錄在區塊鏈上，情節嚴重的用戶將不能再次享受掃碼騎行的權利，以上信用評價系統通過區塊鏈的智能合約來完成。另外，為了進一步保證單車免于遭受破壞，單車內部內置定位裝置，當有人破壞單車鎖，并私自占有單車后，監管部門將根據單車定位，依法進行懲處。圖2展示了“區塊鏈+共享單車”的主要運作流程。

5 “區塊鏈+共享單車”激懲機制

信用良好的用戶可以獲得虛擬勛章的獎勵：“綠色騎行志愿者勛章”，根據信用騎行的次數可以獲得不同等級的勛章，“綠色騎行志愿者勛章”分為：青銅勛章、銀質勛章、純金勛章、頂級勛章。該勛章不僅可以作為一種信用標志，也可以應用到共享單車的聯盟門店、網店，享受打折優惠。

圖2 “區塊鏈+共享單車”的主要運作流程

信用不好的用戶，如存在惡意破壞、亂停亂放、拒不繳費等情況，則按照騎行協議，視情節嚴重程度扣除用戶信用得分和部分押金，并將上述失信行為記錄在區塊鏈上，情節嚴重的用戶將不能再次享受掃碼騎行的權利，另外部分信用評分極低的用戶將不能在單車聯盟企業進行購物和消費。對于情節極度嚴重的事件，將交由公安機關追究其法律責任。被扣除的部分押金將獎勵給信用良好的用戶，形成單車治理的良性循環。

6 結語

隨著時代的發展和社會的進步，社會對于資源共享的需求越來越高，以此為代表的共享單車不僅能夠提高資源的利用效率，還能夠解決出行的“最后一公里”，緩解交通壓力。目前因為缺乏有效監管、運營不善等一系列問題，共享單車處于發展瓶頸。區塊鏈憑借著公開、透明、安全、不可篡改等特性，將有助于共享單車突破瓶頸實現發展。本文以區塊鏈作為底層技術，提出了單車聯盟鏈的搭建方法、“區塊鏈+共享單車”的主要運作流程，以及針對單車用戶信用的激懲機制。應用區塊鏈技術助力共享單車項目，是目前共享單車突破難關的可行辦法，共享單車將發展成為一個更加人性化、及時化，更便捷、穩定的公共交通工具。