區塊鏈技術在未來郵政速遞業務中的應用研究

杜漸 錢哨

摘? 要： 郵政速遞物流很多情況下都存在的用戶個人私密信息暴露、信息真實性欠缺、信用評價體系可信度差等若干問題，區塊鏈技術對郵政速遞業具備天然的耦合性。分析了一次完整的郵政速遞業務中的貨物運轉的區塊鏈業務模型，構建了郵政業速遞應用區塊鏈技術的一種構架模型，分析了基礎數據層面中數據存儲的結構算法，網絡層中網絡的結構模型，以及業務規則層中的技術管理邏輯框架和傳播機制。得出區塊鏈技術一旦應用于郵政業，無論是從建立信用體系，還是防盜防偽，都能夠起到關鍵性提升作用。

關鍵詞： 區塊鏈技術;郵政物流;速遞服務;P2P網絡;數據結構

中圖分類號： U268.6? ? 文獻標識碼： A? ? DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.09.008

本文著錄格式：杜漸，錢哨. 區塊鏈技術在未來郵政速遞業務中的應用研究[J]. 軟件，2020，41（09）：3032+71

【Abstract】： There are a number of problems in many cases of courierpost logistics， such as exposure of users' private information， lack of information authenticity， and poor credibility of credit evaluation system， etc. Block chain technology has a natural coupling to the courierpost industry. Analyses a full postal express delivery of goods in the business operation of block chain business model， build the postal service express delivery of a framework model of application block chain technology， analyzes the basic data in the structure of the data storage algorithm， the network layer in the network structure model， and the technical management in the business rule layer logic framework and the transmission mechanism. It is concluded that once the block chain technology is applied to the postal industry， it can play a key role in improving the credit system and anti-theft security.

【Key words】： Block chain technology; Postal logistics; Express service; P2P network; The data structure

0? 引言

隨著互聯網+產業的不斷演化，中國郵政速遞業近幾年實現了爆發式的迅猛發展。從2010年至2018年，郵政速遞產業進入快速發展期，截至2016年后整體產業發展逐步趨緩，其根本原因其一是我國巨大的人口紅利逐步退卻，其二是產業規模已經接近邊際效應，行業發展初期的價格惡性競爭以及產業門檻低端化，已經因產業并購逐步形成了品牌效應。這期間用戶信息隱私問題、信息安全問題、信息可靠性問題、快遞產業鏈條的可信度問題都是中國郵政速遞業需要盡快解決的關鍵性問題[1-5]。

區塊鏈技術在物流速遞產業上的應用可較好的解決上述問題鎖帶來的風險，全流程的信息共享機制可以確保快遞流程的信息不可篡改，同時也確保了整體流程的可追溯，每一環節都可以快速查詢物流環節，確保了信息的透明性。另一方面，區塊鏈技術可以將整體郵政快遞環節扁平化和去中心化，整體產業不再依托傳統金字塔式的分區管理，可以極大降低快遞產業的中間環節成本，進而優化產業有效降低運營管理成本，提高整體行業的運營效率。

在2016年底發布的《“十三五”國家信息化規劃》中，區塊鏈技術已經被明確作為國家重點產業發展領域被提及并納入國家發展規劃，也是由于區塊鏈技術與下一步國家物聯網產業、裝備制造供應鏈產業以及銀行、保險等，都將因區塊鏈技術而產生質的產業模式變化。《國家郵政局關于推進郵政業服務“一帶一路”建設的指導意見》是近年來國家郵政總局第一次出臺的政策性指導意見，明確了未來將把郵政快遞業務和區塊鏈等新興信息技術融合發展，擬定未來開展區塊鏈的產業研究和推廣工作，對于整體郵政快遞業務的模式創新和拓展制定了扎實的政策基礎[6-8]。

1? 郵政業速遞物流區塊鏈業務模型

一次完整的郵政速遞業務中的貨物運轉，包括很多各環節，其中包括，貨物分揀、貨物裝載、貨物運輸、貨物到達所在城市進行分發，以及速遞員最后一公里配送等環節。整體過程中，有多個參與主體，包括發送貨物人員，運輸工具駕駛員，配送速遞員等等。在這樣多的不同主體參與的條件下，想迅速快捷得知當前貨物狀態，是一件很難的事情，傳統物流中，物流信息只會在到達各個關鍵節點的時候更新數據，中間會經歷很長的時間跨度，只會顯示正在配送中。人們對于自己所購買或即將收到的貨物，了解程度僅限于此。監管部門的信息來源于直接承運人，信息的真實、有效性依賴于人[9-11]。

傳統物流運輸過程與區塊鏈概念具有天然的契合性主要表現在，物流運輸的發貨、承運、運輸、收貨環節中，每一次物流過程發生的信息活動都需要廣播給其他干系人接收，同樣運輸活動的整體流程必然組成了活動鏈條，其去中心化主要體現在不以某官方平臺作為組織方，每一干系人的流程活動自然也是全業務流的接收單位，出現任何意外都可數據確認，保證了不可抵賴性，滿足了各方跟蹤查詢、丟失調換、防偽追溯等需要。如圖1所示，所有干系人關鍵指標信息，如服務質量、承運時間、轉運路線、接收時間等都將被區塊鏈各方保留。

2? 郵政業速遞應用區塊鏈技術的一種構架模型

總體技術架構可以分為應用層、業務規則層、區塊鏈算法定義層、網絡層和基礎數據層的五層構架模型。技術平臺可由第三方信息服務提供商提供，監督管理規則由郵政管理部門制定。具體內容和邏輯關系參照圖2所示。

2.1? 基礎數據層

基礎數據層本質上就是定義物流區塊鏈的數據存儲結構賬本，由鏈式結構算法+區塊頭+區塊體組成，區塊頭主要包括基礎數據結構鏈式區塊之間的加密區塊數據（含時間戳、隨機生成數、加密哈希值等），區塊體包括物流交易環節的具體數據內容信息和物流過程信息[12-15]。見下圖3所示。

基礎數據結構鏈式結構算法的核心是去中心化的存儲結構，任何物流業務的完整生命周期被視為一個節點，各節點的數據存儲結構將同步全網業務干系人的數據存儲賬本。

其中區塊頭的數據封裝過程是交易數據唯一性的存儲過程，包括交易前區塊的隨機生成數、加密哈希數值、交易時間戳、區塊鏈版本數據、Merkle根，其中的時間戳記錄本次物流時間點，Merkle根將把物流交易記錄封裝在區塊頭完成數據鏈式結構的數據查詢定位。

區塊體內容記錄一次物流信息和交易的真實數據內容，其數據的標識ID將與Merkle根進行對應匹配，在確認了區塊鏈的區塊頭信息基礎上，對應于區塊體中的物流信息內容部分[16-18]，如下圖4所示。

Merkle二叉樹是應用于區塊體的一種二叉樹數據結構算法，該算法的開始起點為第一次交易的葉子節點，每葉子節點為物流運輸的關鍵信息（如貨物名稱、金額、支付信息、貨物所有者、當前運輸者等，此處采用較為成熟的SHA256哈希算法）。SHA256哈希算法為雙葉子節點算法，因此生成樹的葉子節點需為偶數，如果整體區塊交易鏈為單數節點則需要將最后一筆交易區塊進行復制，湊成偶數節點形成新的自上而下的雙哈希樹節點，以此類推構成完整的哈希二叉樹至樹根，形成Merkle樹根作為整個塊交易的唯一ID存儲于區塊頭，用于證明工作量。各區塊僅需驗證Merkle樹根而無需校驗整個區塊交易的合法性，反向查詢某個交易節點僅需確認合法性后快速便利二叉樹即可。

2.2? 網絡層

發貨人、收貨人、運輸方、承運方使用個人計算機通過私鑰加密后鏈接進入可信的P2P互聯網供應商網絡平臺，Elastos是專門針對區塊鏈的開源操作系統，通過Elastos可以將用戶的日常場景可信的內嵌其中，結合沙箱隔離機制和網絡隔離機制開發實現。用戶基礎信息存儲于個人云盤，通過P2P網絡實現可信交易服務和區塊鏈服務。國家郵政總局負責對具體郵政速遞運營的第三方互聯網平臺實施監管，區塊鏈技術協議標準和數據規范參照按照國家相關標準執行。如下圖所示[19]。見下圖5所示。

2.3? 業務規則層

業務規則層是定義區塊鏈在運行過程中整體的技術管理邏輯框架，包括委托人激勵機制、訂單收益分配機制、委托代理合約、哈希算法和語言等，比較具有參考價值的是比特幣的PoW 工作量證明機制，或者是以太坊的PoS 權益證明機制都是較為完備的業務層規則邏輯參照。其核心思想是將日常業務、核心管理進行分類處理，如發貨人、收貨人、運輸方、承運方在整體物流運輸過程中的數據處理流量是完全不同的，發貨人和收貨人是業務環節的起點和終點，屬于普通節點。考慮到物流數據的存儲、計算、數據負擔等因素，可采用物流運輸的董事會機制決定數據負擔的高權限節點，如運輸方式整個環節數據負擔最大的環節，因此其權重和核心節點數量將遠高于其他節點，與此分布式計算將整體提高區塊鏈的計算效率[20-23]。

另一個關鍵性因素是區塊鏈的傳播機制，整個物流運輸每一筆運單將形成一個區塊并向物流所有干系人傳播，這個過程是物流交易數據轉換成哈希區塊，記錄在Merkle根插入區塊頭并在整個物流運輸聯盟區塊鏈中進行傳播并存儲，全網各節點都將受到信息并存儲在各個節點的云盤內，從而構成整體去中心計算服務的扁平化P2P網絡體系。

3? 結論

區塊鏈技術在郵政速遞產業上的應用一定程度上可有效解決物流中的用戶個人私密信息安全、干系人信息真實性、信用評價體系可信性等問題。在用戶隱私安全方面，數據采取分布式存儲，使得數據被脫庫的風險和影響降低;在信息真實性方面，使用區塊鏈技術需要雙方甚至多方的共同確認，且交易信息公開透明，所有的信息都可溯源，一旦查出利用速遞進行違法犯罪事件的情況，能夠通過完整的信息進行追溯;在信用評價體系完善方面，對各個環節主體的信用評價也能夠得以建立，在速遞運輸的途中，各個主體的所有行為都能夠被記錄，并且不可篡改，集體維護，可以通過對行為的判定建立一套可信度極高的評價體系，出現問題的主要責任人能夠很快的被各干系人知曉。同樣，利用區塊鏈技術，能夠減少中間成本，一定程度上降低了關于信息維護的人力物力成本。

區塊鏈技術一旦應用于郵政業，將會給行業帶來巨大的便捷，區塊鏈技術的信息透明可見的特性，完美契合郵政行業的需求，用戶能夠清晰的看到自己貨物的當前狀態，增強了用戶對物流整體過程的可信度，提高了購物整體過程的體驗感和滿意度，對于郵政業資金的流動，也能夠起到推進流動的效果。區塊鏈技術的應用較傳統的數據存儲模式，成本更低，數據的整體分散式存儲大大增強了存儲效率，同時增強了數據的安全性，對社會運營總成本起到積極的降低效果。另一方面，區塊鏈的應用，能夠很好的解決郵政業的信用問題，所有的操作都會對應到相應人員，并且每個人的身份認證都需要大家的共同認可，故無論是從建立信用體系，還是防盜防偽，區塊鏈都能夠起到關鍵性的作用。

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