基于區塊鏈技術的第三方物流服務質量改進研究

文/梁文馨

一、引言

區塊鏈技術源于比特幣領域，隨著不斷完善和推廣，區塊鏈技術開始廣泛應用于金融和非金融業務。2016年我國各大金融峰會中提出金融改革中賬務信息不對稱的技術難題可通過區塊鏈有效解決。另外在供應鏈金融領域，區塊鏈技術帶來的信息化水平和信用機制的改進也展現出較高的應用前景。區塊鏈技術除了在金融領域有廣泛應用，近年來也衍生到各行各業，如生物技術的識別、物聯網安全、網絡安全和隱私保護、施工管理等等。

在物流領域，區塊鏈技術發展極為迅速。2016年中國物流與采購聯合會區塊鏈應用分會成立，這有助于推廣區塊鏈技術在物流領域中的應用，并構建物流企業的信用機制。2018年6月，中國管理科學研究院學術委員會區塊鏈研究中心召開物流供應鏈體系+區塊鏈新聞信息發布會，專題研討區塊鏈技術在物流供應鏈中的實踐與應用，并宣布中國物流供應鏈+區塊鏈應用正式登場。除此之外，眾多學者也提出了區塊鏈技術的透明性和不可篡改性可大幅度簡化物流倉儲流程，其不可篡改和去信任化下的流通記錄可大幅提升物流效率，降低物流成本。區塊鏈技術也提供了數據訪問和搜索的功能，從而解決第三方和第四方物流過程中物流供應商和零售商信息不對稱的問題。在電子商務物流過程中，區塊鏈技術可實現對運輸、倉儲、配送各環節信息的加密儲存和實時追蹤，從而促進電商物流模式的轉型升級，所以京東、阿里也于2018年開始積極布局區塊鏈在物流體系中的建設。在大數據日益發展的今天，信息的傳遞、數據的存儲、交易的透明化、信用的積累關系著物流服務質量的高低，物流行業要跟緊趨勢，應用區塊鏈技術助力發展。

二、區塊鏈技術概述

1. 區塊鏈相關概念

區塊鏈是來源于比特幣的一個重要概念，它最早出現于中本聰（Satoshi Nakamoto）的比特幣白皮書，它是通過對以區塊形式存在的一組數據實施哈希運算得到散列值并加上時間戳，多個這樣的區塊相互鏈接形成一個鏈條。

（1）區塊結構

在區塊鏈中，交易記錄數據被永久儲存在各存儲單元中，這些存儲單元就稱為區塊。一般而言，區塊的結構包括區塊頭和區塊體兩部分。區塊頭，包含了當前區塊的版本號、時間戳、隨機數、目標哈希值、Merkle根和前一區塊的哈希值。區塊體，則記錄了區塊創建過程中所發生的并經過驗證的所有交易的記錄。區塊結構如圖1。

（2）時間戳

時間戳通常是一個字符序列，表明區塊數據的寫入時間。全網的記錄者需要在每個區塊加蓋一個時間戳，以表示寫入這個信息的時間。

（3）哈希值

哈希算法是保證交易信息不可篡改的單向密碼體制。區塊鏈中通常使用SHA-256哈希算法，即輸出長度為32字節、256位的隨機散列。通過輸出散列無法推斷出與原文有關的信息，并且輸入信息的一丁點變化，都將導致隨后的哈希值發生明顯的變化。

圖1 區塊結構圖

圖2 二叉Merkle樹結構圖

圖3 區塊鏈記賬格式

圖4 第三方物流區塊鏈結構圖

（4）Merkle樹

Merkle樹的作用是快速歸納和校驗區塊數據的存在性和完整性，最常見的形式是二叉Merkle樹，如圖2。其構建形式是自底向上構建，只需要比較兩份數據的根哈希值即可進行數據的校驗。

（5）非對稱加密技術

非對稱加密需要兩個密鑰：公開密鑰和私有密鑰，用公開密鑰對數據進行加密，就需要相對應的私鑰來解密，通信雙方無須交換密鑰就可以建立保密通信。本文提到的區塊鏈技術中私有密鑰用于加密和簽名，公鑰用于解密和驗證。

2. 區塊鏈的主要特征

區塊鏈的主要特征為去中心化、去信任、集體維護、不可篡改和匿名性。去中心化是指任何節點都有可能成為中心但不具備中心控制功能，它們都有均等的權利和義務；去信任是指系統中所有的節點在公開透明的運作規則下可以處在無須信任的環境下進行數據交換，節點之間不存在相互欺騙；集體維護是指區塊鏈中的數據需要所有節點的共同維護，并且人人都可以參與維護的過程；不可篡改是指信息經過驗證添加到區塊鏈后，就會向全網廣播并被永久的存儲起來，任何人在單個節點上修改數據是無效的；匿名性是指由于各節點之間是無須相互信任的，也就意味著各節點無須公開身份。

3. 區塊鏈的工作原理

在比特幣系統中，創建區塊的過程叫作“挖礦”，參與挖礦的用戶被稱作“礦工”，“礦工”通過解SHA256難題競爭十分鐘一個區塊的記賬權，計算力最快的“礦工”便可以得到記賬權和比特幣作為獎勵。創建區塊鏈的整個流程如下：

（1）每一筆交易必須廣播給每個礦工，從而讓全網承認有效；

（2）每個礦工的任務就是對這十分鐘一筆的交易數據打包做哈希運算，蓋上時間戳，然后記入區塊；

（3）為了給區塊競爭記賬權，每個礦工需要解SHA-256難題證明自己的工作量；

（4）最先解出SHA-256難題的礦工贏得了該區塊的記賬權，并向全網公布這筆交易，由全網其他礦工進行核對。

（5）經過全網礦工核對的區塊，如果沒有錯誤便將該區塊鏈接到區塊鏈的尾部，形成一個合法記賬的區塊單鏈。

（6）接著所有礦工轉向下一個區塊的創建，當前區塊的哈希值也會被記錄在下個區塊。

區塊鏈記賬格式如圖3。

三、第三方物流服務質量的現狀分析

1. 第三方物流服務質量的現狀

第三方物流由美國最早提出，簡稱TPL或3PL。第三方物流是指獨立于供需雙方，為客戶提供專項或全面的物流系統設計或系統運營的物流服務模式。第三方物流不屬于供貨方，也不屬于收貨方，它不存在商品的買賣關系，而是通過與供方和需方合作，并為其提供專業化的物流服務。第三方物流服務質量是指第三方物流企業在向顧客提供物流服務的過程中，其服務是否能夠滿足顧客需求，是否能夠達到既定的標準以及獲得顧客滿意度的保證程度。

當前，我國物流行業處于持續、快速的發展階段，行業內的競爭不斷加劇，一批具有較強專業能力的第三方物流企業迅速崛起。與傳統物流相比較而言，第三方物流的運營成本和專業化水平更具優勢，符合現代物流業發展的趨勢。但相比于發達國家，我國物流業起步相對較晚、行業準入門檻低、整體發展水平不高，這就導致我國第三方物流服務質量較發達國家仍有明顯的差距。目前，我國大多數第三方物流企業規模較小，市場份額少，無法提供整體配套的物流服務使其缺乏競爭力；其次，由于規模及資金的限制，絕大多數第三方物流企業在信息化水平的建設上受到制約；另外，第三方物流從業人員普遍文化程度較低，大多數從事低端勞動，專業化水平低；加之物流業的快速發展，對第三方物流也提出了更高的期望和要求，第三方物流不僅僅局限于提供傳統的運輸配送等服務，更要提供信息化的增值服務。

圖5 第三方物流區塊鏈記賬格式圖

圖6 第三方物流區塊鏈和物流信息技術的結合

圖7 EMS區塊鏈注冊界面初步構想

表1 2016年國內主要快遞企業有效申訴率排行

表2 2016年EMS有效申訴率

2. 第三方物流服務質量存在的問題

隨著對第三方物流需求的擴大和第三方物流企業的增多，第三方物流服務質量逐漸暴露出一些問題，這已成為制約第三方物流發展和企業生存的瓶頸，目前主要存在以下幾項主要問題：

（1）貨物安全問題。物流公司在運輸、裝卸、搬運的過程中要對貨物的安全性負責，對某些貨物需要進行特殊的保護，以減少貨物丟失和毀損。然而近年來丟包損件、錯領誤領的現象時有發生，某些節假日期間這類問題更是頻繁發生。雖然物流公司承諾對損壞的貨物予以賠償，但信息的可追溯性差導致落實還有一定的難度。

（2）物流時效問題。時效性具體包括物流服務人員送貨的準時度、攬件的及時性以及業務處理時間等。為保證物流的時效性，第三方物流企業要選擇合適的運輸工具，合理規劃路線，也要提高信息的處理速度和人員的工作效率。但由于各方的不完善，物流企業未能在規定時間將貨物送至目的地，物流延誤現象成了影響客戶滿意度的重要原因。

（3）設備技術問題。自動化和智能化是當前物流行業的重要發展趨勢，先進的技術和設備是其必要的基礎，但目前中小型第三方物流企業在引進某些設備技術方面仍存在很大的障礙，例如資金缺乏、規模有限等，沒有先進的設施支撐，就很難在物流效率和信息化水平方面有大的突破，顧客也就無法享受到先進技術帶來的便捷高效的物流服務體驗。

（4）服務態度問題。收貨方直接接觸物流工作人員有兩種情況，一種是與配送人員簽收貨物，另一種是撥打物流客服熱線。在這兩種情況下，常常由于工作人員的態度問題引發爭執和不滿。配送人員不禮貌的言語、蠻橫的行為，客服的拒接掛機、敷衍了事，使得雙方因此發生爭執，甚至導致更惡劣的行為。

四、基于區塊鏈技術的物流服務質量改進

1. 第三方物流區塊鏈的工作原理

區塊鏈作為一種新型的分布式數據庫，其優勢恰好可以彌補第三方物流服務質量的不足，本文提出為第三方物流設計區塊鏈的構想，根據第三方物流的業務流程，可按順序分為訂單區塊、運輸區塊、倉儲區塊以及配送區塊等，各區塊相互鏈接，形成一條區塊鏈。

第三方物流活動的基礎數據存儲于區塊體的Merkle樹最底層，計算得到最終的Merkle根記入區塊頭。供貨方、收貨方和物流企業相關人員都要注冊這條區塊鏈的賬戶，并生成屬于自己的公開密鑰和私有密鑰，在發生物流活動時，每一區塊需要雙方的公開密鑰和私有密鑰才可運行。這個過程大致也可分為六個步驟：①用戶A將物流指令傳輸給用戶B；②該項物流活動的交易數據存儲于區塊中；③用戶B將該區塊向全網所有成員廣播公布；④各成員經過核實該物流正確無誤后由A和B簽名；⑤該區塊隨后加入區塊鏈，這項物流記錄便不可修改和刪除；⑥該物流活動完成。

圖8 EMS區塊鏈個人信息模塊界面初步構想

2. 第三方物流區塊鏈的結構

（1）訂單區塊

當供貨方向第三方物流公司下達訂單后，第三方物流公司接單并將訂單信息錄入訂單區塊，包括：①訂單號、②時間信息（下單時間、付款時間）、③發貨方信息（名稱、地址、聯系方式）、④收貨方信息（名稱、地址、聯系方式）、⑤貨物信息（名稱、數量、規格）等。此區塊涉及供貨方和第三方物流公司業務部的記賬模式，供貨方通過訂單傳輸消息的哈希值和業務部的公開密鑰生成一個數字簽名，而后這筆交易向所有成員公布，訂單區塊隨后加入區塊鏈。

（2）運輸區塊

訂單驗收核實后，第三方物流公司根據訂單內容合理選擇運輸方式、配置運輸工具、規劃運輸路線，這些數據信息錄入運輸區塊中，包括：①運輸工具信息（車輛型號、車牌號、航班號、集裝箱代號等）、②路線信息（距離、路況、途徑中轉站）、③時間信息（預計到達時間、實際到達時間）等。該區塊由業務部和運輸部鏈接，業務部利用訂單區塊的哈希值和運輸部的公開密鑰簽署數字簽名后，同樣向所有成員公布，運輸區塊加入區塊鏈。

（3）倉儲區塊

貨物送至指定地點倉庫后，第三方物流公司要進行必要的庫存管理措施，此過程的數據信息錄入倉儲區塊，包括：①入庫信息（入庫時間、驗貨員、入庫單）、②出庫信息（出庫時間、驗貨員、出庫單）、③倉位信息（倉位號、溫濕度、空氣含量）、④貨物信息（種類、數量、貨損貨差）等。運輸部通過運輸區塊的哈希值以及倉儲部的公開密鑰生成簽名，再向所有成員公布，倉儲區塊進入區塊鏈。

（4）配送區塊

貨物到達指定配送中心后，第三方物流公司將貨物配送至收貨方地址處，收貨方查看區塊信息確認無誤后簽收。此區塊錄入的數據有：①配送人員信息（姓名、電話）、②配送方式（車輛信息）、③配送時間（預計時間、實際時間）、④簽收信息（簽收時間、簽收人）等。倉儲部通過倉儲區塊的哈希值和配送區塊的公鑰簽署數字簽名，經過廣播公布后將配送區塊加入區塊鏈。而后在簽收貨物環節，配送人員通過區塊信息核實簽收人信息，才可完成物流過程。

第三方物流區塊鏈結構圖，如圖4。

第三方物流區塊鏈記賬格式圖，如圖5。

3. 第三方物流服務質量改進體現

（1）物流信息處理的改進

區塊鏈以分布式多節點的結構將供貨方、收貨方、貨物、物流、資金流、信息流等所有詳細信息存儲在每個區塊中，相當于物流活動的大型數據庫，各個物流節點通過獨有的密鑰進行簽名和驗證，所有的信息都要上傳到網絡實現信息共享和共識。

貨物從發出到接收過程的所有信息都準確無誤地保存在區塊鏈中，將傳感器、RFID、GPS、GIS等物流信息技術和區塊鏈技術結合，便可實現信息的實時追蹤，也能直接定位到出現問題的環節。例如在運輸食品的過程中有些食品變質了，任何一方都可以直接用手機查看區塊鏈，便可看到整個運輸過程中集裝箱、運輸車輛或者倉庫的溫濕度；如果貨物出現丟失或毀損，通過查看區塊鏈，就可得知在哪個環節出了問題，也簡化了追究責任獲取賠償的過程。同時，在貨物配送簽收環節，需派件員和收貨人在確認區塊鏈中的信息無誤后用雙方獨有的私有密鑰進行簽名，不能缺少任何一方的簽名。這樣一來，一方面派件員無法偽造簽名，避免了派件員逃避責任和考核的現象；另一方面也杜絕了有人冒名收取貨物的現象，可有效的促進物流實名制的落實。第三方物流區塊鏈和物流信息技術的結合，如圖6。

（2）物流運作效率的改進

目前，我國物流活動仍需要大量的人力交接和交流工作，以及大量的紙質文件使得物流活動繁瑣復雜，區塊鏈可以實現交易的數字化和自動化，大大降低流程的復雜性，壓縮中間環節。另外區塊鏈的高度準確性避免了錯誤和欺詐現象的發生，從而縮短了物流運作過程的時間，減少不必要的浪費。

當區塊鏈技術發展到一定程度，還可以將其應用于智能化運輸，把物流相關信息存儲在區塊中，區塊鏈會自主決定運輸路線和日程安排。區塊鏈還可以通過調取以往的區塊鏈記錄進行分析，根據經驗不斷優化路線和日程，使效率不斷提高。

（3）物流信用機制的改進

物流企業在申請貸款時，需要提供相應的信用信息，但信息的不完整、不準確和高成本使得貸款難以實現。區塊鏈的用處在于它記錄了大量的信息，這些信息不但透明且難以篡改，因此，申請貸款時不再需要征求銀行、征信公司等開具信息證明，貸款機構可以直接調取區塊鏈的相關信息數據。

圖9 EMS物流信息加密過程

圖10 3月26日物流信息圖

圖11 3月27日物流信息圖

物流本身是無形的，在網絡上記錄的是物流的數字產品，區塊鏈可以證明物流的所有權，由于區塊鏈的不可更改和不可偽造，便使物流商品具備了資產化的特征。基于區塊鏈的智能資產構建的無須信任的資產管理系統可以解除信任危機和欺詐風險，使物流企業更迅速、更便捷地獲取融資，從而改善營商環境。

（4）物流管理活動的改進

區塊鏈除了可以實時追蹤貨物的物流信息，同樣可查詢物流人員的信息，每個工作人員信用度和被投訴率等均記錄在區塊鏈內，向所有成員公開，如客戶在區塊鏈中查看某工作人員信息后不滿意，可提出更換其他人員。區塊鏈中記載了物流人員的詳細信息和所有工作記錄，不可更改的區塊鏈確保了這些信息的真實可靠。區塊鏈還可以與個人檔案銜接，檔案管理部門可以通過調取區塊鏈獲取個人信息，任何工作的信用記錄可直接導入個人檔案，為了當前的業績考核和今后的工作生活，每個人必須擔負起自己的責任，也能有效的改善物流人員的態度和素質問題。

（四）實例分析

基于區塊鏈的資產托管系統于2016年10月上線后，已成功實現了上百筆交易，解決了傳統托管系統中環節繁瑣的問題，減少了重復信用校驗，原有業務環節也縮短了將近60%～80%。2017年1月10日，中國郵政儲蓄銀行與IBM宣布推出該資產托管系統，這是中國銀行業首次將區塊鏈技術應用于銀行核心業務。郵政儲蓄銀行應用的區塊鏈技術，將為郵政的其他業務提供技術支撐和經驗基礎。美國郵政局、澳大利亞郵政局在2016年相繼提出應用區塊鏈技術服務于其金融和物流業務，照此趨勢，中國郵政將區塊鏈技術應用于物流業務指日可待。根據國家郵政局統計的2016年各月國內主要快遞企業消費者申訴情況，得到2016全年我國主要快遞企業有效申訴率排行如表1，其中EMS的申訴率為7.87，其物流服務質量處于中上游水平，與順豐速運差距較大，與四通一達競爭激烈，可見其服務質量仍有可提升的空間。

2016年EMS申訴率中（如表2），主要問題為延誤、丟失毀損、投遞服務等，區塊鏈技術恰好可以有效解決這幾類問題，提高服務質量。

本文選取中國郵政速遞物流為例，為了更清楚地展示區塊鏈的實現過程，本文以寄件人、收件人和EMS等三方簡單的快遞業務為例（此處假設寄件人李某從廣州用EMS寄20kg生鮮食品給北京的收件人王某）。

（1）區塊鏈賬戶的注冊登錄

EMS所有物流工作人員均要注冊區塊鏈賬戶，注冊時以個人工號開通賬戶，每個賬戶包含三個模塊，分別為基本信息（姓名、職務、聯系方式、所屬部門）、績效考核（獎懲情況、信用度）、密鑰信息（公鑰、私鑰）等，前兩個模塊向所有成員公開，密鑰模塊僅有本人可見，每個注冊的工作人員都會由系統分配公鑰和私鑰。EMS區塊鏈注冊界面初步構想，如圖7。

（2）物流信息的全流程加密

李某填寫EMS快遞詳情單，EMS業務員A接單并將訂單內所有信息錄入訂單區塊。這些信息通過Mekle樹計算出Mekle根計入訂單區塊頭，張某在確認訂單的正確性后，憑借訂單號獲取個人私鑰，與業務員A的公鑰共同生成數字簽名，訂單區塊按此交易確認時間加蓋時間戳，公私鑰加密的訂單錄入保證了訂單信息的安全性，任何人不得篡改，隨即業務員A將這筆交易廣播至運輸部、倉儲部、配送部各個節點，經核實記入區塊鏈， EMS區塊鏈個人信息模塊界面初步構想，如圖8。

其他區塊程序如上，每個區塊的錄入都需要上一區塊的私鑰才能完成簽名，也就是說，整個物流過程中，信息是絕對安全加密的，任何人沒有可以篡改偽造的機會。該包裹信息的加密過程如圖9。

（3）貨物狀態的實時追蹤

區塊鏈可實現貨物的實時追蹤，李某和王某都有權利通過區塊鏈查看這20kg生鮮的物流狀態和詳細信息，相比于目前快遞的物流查詢功能，區塊鏈下的物流追蹤不僅僅是到某個節點才更新一條物流信息。例如李某于2019年3月25日寄出，他在26日上午查詢時，貨物仍在運輸途中，這時他看到的物流信息如圖10。

當李某于3月27日8時查詢時，物流信息更新為如圖11。

區塊鏈與物流信息技術的結合，為貨物的安全提供了極大的保障。李某通過以上物流追蹤，可實時定位貨物的具體位置，并通過貨物包裝的傳感器了解溫濕度情況，確保生鮮處于合適的儲存狀態。

（4）物流人員的有效監督

對于涉及此物流過程的工作人員，寄件人李某和收件人王某都有查看其信息的權利，例如在派件員D的信用度一欄，可知其準時率、延誤率、丟件毀損率、態度評分等，如在配送活動發生之前查看對D的某項指標不是很滿意，可聯系配送部更換人員。如在配送結束后對D的服務不滿意，可直接在其人員信息界面評價或投訴，記錄會直接更新至區塊鏈相關板塊。如此透明的考核記錄直接激勵工作人員認真負責地做好本職工作并對顧客保持良好的服務態度。

六、結論與展望

1. 結論

本文首先從相關概念、主要特征和工作原理上對區塊鏈技術展開了較為全面的介紹，區塊鏈技術以區塊的形式儲存數據，通過哈希運算、時間戳、非對稱加密技術等實現數據的加密和共享，從而形成一條無法篡改的鏈條。其次針對目前第三方物流服務質量中存在的貨物安全、信息傳遞、物流時效以及服務態度四個方面的問題，提出了設計適合物流活動的區塊鏈來改進第三方物流服務質量的構想，這條區塊鏈包括訂單區塊、運輸區塊、倉儲區塊和配送區塊四個組成部分，利用區塊鏈技術中的分布式數據存儲和信息加密等技術，可有效地實現貨物安全的保障和物流信息的追蹤，提高第三方物流服務質量。最后以中國郵政速遞物流為例，從用戶注冊、物流信息加密、物流狀態實時追蹤、人員管理四個方面全面展示了區塊鏈在物流中的具體應用。

2. 展望

從早期比特幣的挖掘搬運，到現實中物品的搬運，區塊鏈的應用已從金融領域邁向其他各個方面。繼互聯網+、大數據、云計算、人工智能后，區塊鏈從一個陌生的技術術語變成各個領域最受關注的話題，并開始走入大眾生活視野，成為一個熱門的新興領域。目前“物流+區塊鏈”已成為行業內熱衷探討的話題和有價值的研究內容，區塊鏈技術對商品溯源、物流追溯、物流征信、物流金融服務、基于智能合約的流程優化都有著重要意義，故未來區塊鏈更多會與物流供應鏈結合，通過“供應鏈+區塊鏈”將一些中小企業串起來，形成物流、信息流、資金流全過程記錄、追溯的有力保障。盡管區塊鏈技術目前還存在一系列的問題，在今后的發展中還會遇到更多的挑戰，只要在發展中不斷改進和完善，相信在不遠的將來，區塊鏈技術會與物流實現完美的結合，解決物流中存在的種種問題，極大地提升物流效率。