基于區塊鏈技術的低碳物流供應鏈生態模型構建

姚興華，高愛霞

(山東財經大學東方學院 工商管理學院，山東 泰安 271000)

自2009年哥本哈根氣候大會以來，低碳經濟成為人們熱議的話題，“低碳革命”正在興起。習近平總書記在黨的十九大報告中提出，要堅定不移貫徹創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念，要在創新引領、綠色低碳、共享經濟、現代供應鏈等領域培育新的增長點，要在交通設施、信息、物流等方面加強網絡建設。低碳經濟的發展是一個系統化的發展，要想達到低碳效果，不僅是某個生產環節、物流環節要做到，物流供應鏈上所有上下游環節都要努力，因此，只有從物流供應鏈整體視角出發，對低碳發展進行研究才更具現實意義。然而，隨著全球化分工的不斷深入，物流供應鏈的鏈條逐漸延長，業務冗雜、零散、瑣碎、地理分散等現象加重，導致整個物流供應鏈上信息的透明度下降，供應鏈鏈上的主體因信息不對稱進行著激烈的博弈，信任成本高昂，對現代物流供應鏈管理來說極具挑戰。

區塊鏈是繼中本聰于2008年提出比特幣概念后衍生而來的，它是比特幣系統的底層技術，典型特征是去中心化、去信任、防偽溯源和智能合約等。2016年以來，關于“區塊鏈+”的嘗試性應用范圍越來越廣，物流供應鏈因其多方協作、信任主體多、商業邏輯完備等特點符合“區塊鏈+”的應用模式而備受矚目。2016年10月，由工信部發布的《中國區塊鏈技術和應用發展白皮書》中提到，一些領域如智能制造、物聯網、供應鏈管理等都是區塊鏈技術的重要應用領域。區塊鏈技術可借助云服務軟件、平臺及基礎設施搭建信息橋梁，將傳統服務由提供型向引領型轉變，可為物流供應鏈的發展提供可靠的技術生態環境。

藉于區塊鏈技術在物流供應鏈中的應用及迫在眉睫的低碳經濟發展形勢，提出基于區塊鏈技術構建低碳物流供應鏈生態模型，探索區塊鏈技術在低碳物流供應鏈中的應用。

一、相關研究現狀

(一)低碳物流供應鏈部分

隨著低碳呼聲的提高，國內外學者對低碳物流進行了大量的研究，通過中國知網檢索，以“低碳物流”為檢索主題，共檢索到393篇文獻，這些研究多是集中于低碳物流的定義、物流各環節低碳研究、物流過程碳排放研究、低碳物流評價研究及物流系統低碳化設計五個方面。但從供應鏈的角度研究低碳物流的文獻比較有限，以“低碳物流”為檢索主題，以 “供應鏈”為檢索關鍵詞，共檢索到15篇相關文獻。如秦燁、李玉保[1](2014)指出在供應鏈環境下低碳物流的運作存在多個博弈主體，通過博弈關系分析，得出低碳物流順利運作的有效思路。王國文[2](2010)結合綠色供應鏈和低碳物流的概念，在供應鏈流程標準的基礎上，構建了綠色供應鏈的框架體系，并參照國外實踐，提出了一系列政策建議。陸小成、杜靜[3](2014)，林敏暉[4](2016)構建了基于知識供應鏈的模型，包括低碳化制造、采購、交付、回收及政策執行等，實現物流管理低碳化。

(二)區塊鏈技術方面

“區塊鏈”的英文翻譯是“Block Chain”，字面意思就是由一個個區塊(Block)連接形成的鏈條(Chain)，區塊包含了一定時間內的系統全部信息交流數據，鏈是由多個信息塊按一定運行規則形成的。區塊鏈技術起源于比特幣，2008年美國次貸危機爆發，雷曼兄弟倒閉后兩周，一位自稱中本聰(Satoshi Nakamoto)的人發表了《比特幣：一種點對點的電子現金系統》一文，標志著比特幣的誕生，文中闡述了“區塊”及“鏈”的概念。盡管區塊鏈起源于數字現金管理，但其分布式數據存儲、密碼學技術及節點到節點的傳輸特點引起了學術界的重視，意識到區塊鏈技術不僅可用于數字貨幣管理，還可用于信任管理、價值管理等，因此2015年以來，區塊鏈技術逐步延伸到社會誠信體系建設、保險及物流供應鏈等領域。可以預見，隨著人工智能時代的到來，區塊鏈技術的應用將對整個世界帶來顛覆式改革，截至2016年年初，全球已有917家創業公司在區塊鏈領域投資逾15億美元。2016年是我國區塊鏈元年，1月20日，央行召開數字貨幣研討會，4月19日，由上海證券交易所牽頭的11家機構共同成立區塊鏈聯盟，7月，工信部發布[2016]840號文件，并委托工信部電子標準院聯合阿里巴巴、騰訊、平安保險等國內重點企業開展區塊鏈技術的研究工作。

國外學者對區塊鏈技術的認識研究，涉及到區塊鏈技術的概念、區塊鏈技術的隱私保護、資源損耗及安全性等方面。如英國學者梅蘭妮·斯萬(Melanie Swan)[5](2015)提出區塊思維模式，認為該模式不僅有一個內存實在，還有無限任意多的副本，對區塊鏈是什么及其發揮作用進行了描述，梅蘭妮·斯萬分析，不久的將來，區塊鏈技術必會引領技術創新潮流，從而改變人們的思維方式與認識模式，在未來數字社會中將會發揮生產力與凝聚力的作用。梅蘭妮·斯萬的觀點具有一定的學術創新性。Androulaki等[6](2017)提出了一種解決區塊鏈技術隱私問題的系統，該系統可通過能由第三方驗證不可見簽名有效性的公眾日志來修改區塊鏈底層協議。Barkatullah等[7](2015)設計了一種高效的比特幣開采處理器，并介紹了與之配套的開采設備，提出通過使用這種高效率的開采硬件來獲取高經濟效益、低資源損耗的經濟模式。Mougayar等[8](2017)分析了區塊鏈安全漏洞問題及應對策略，認為易出現的安全漏洞主要包括DDoS攻擊、木馬私人賬號病毒及廣告病毒等，并介紹了相對安全的做法，如利用硬件認證設備等。

國內學者對區塊鏈技術的研究自2015年以來飛速發展，在中國知網中以“區塊鏈技術”為檢索主題，檢索時間自2015年開始，共檢索到1683條相關文獻，這些大都在技術本身及其應用的層面。技術本身層面，梅海濤，劉潔[9](2016)提到區塊鏈是一種去中心化、去信任的集體維護數據庫技術，本質是一種去掉刪除和更新操作的分布式數據庫。何廣鋒，黃未晞[10](2016)認為區塊鏈的本質特征是“區塊”+“鏈”的結構、去中心化、現代密碼學技術、可信賴、時間戳及可編程的智能合約。許金葉，夏凡[11](2017)認為區塊鏈本質是現代加密技術、數據庫技術及網絡管理激勵機制的集成，是一門集信息學、金融學、數學等學科為一體的解決信任問題的科學。 應用層面，區塊鏈技術應用始于金融領域，但學者們對其應用的研究已延伸至公共管理、物流供應鏈管理、會計、能源等領域。胥月，馬小峰[12](2016)基于區塊鏈技術構建了一套評價學生行為的的綜合評價體系，相較于傳統評價體系，該體系有效避免了因信息不對稱而對學生行為評價失真的情況。張毅等[13](2016)研究將區塊鏈技術應用于政府治理方面，預打造服務過程透明化、組織結構扁平化、可信任的智能化政府，以提高政府工作及創新績效。洪濤[14](2016)提出了區塊鏈在我國農產品電商領域的應用路徑，認為在區塊鏈技術平臺下，可采取“守信聯合激勵，失信聯合懲戒”的措施，保障交易透明化公平化。呂芙蓉，陳莎[15](2016)在分析我國農產品質量安全追溯體系當前現狀的基礎上，結合區塊鏈技術，提出了從信任共識、去中心化、集體維護、分布式記賬等方面重構我國農產品質量安全追溯體系的新思路。武賡等[16](2017)針對傳統電力需求側響應的發展趨勢及區塊鏈技術去中心化的優勢，提出了基于區塊鏈技術的綜合需求側響應資源交易的整體框架思路。魯維維[17](2017)針對傳統供應鏈管理中存在的問題，提出利用區塊鏈技術進行解決。

綜合國內外學者對區塊鏈技術的研究，區塊鏈技術在未來的發展前景相當廣闊，多領域都在嘗試介入。但現有文獻尚未將區塊鏈技術運用于實現物流供應鏈低碳化的方案或思路，本文嘗試從我國物流供應鏈低碳方面的需求出發，結合區塊鏈技術思想提出低碳物流供應鏈生態體系建設的構想。

二、區塊鏈技術與低碳物流供應鏈的耦合分析

區塊鏈技術具有去中心化、安全透明、智能合約等特征，這些特征決定了其應用性適用于特定范圍，因此將區塊鏈技術應用于低碳物流供應鏈需要進行耦合分析。[18]下面就主體、交易機制、智能合約方面進行耦合分析。

(一)主體耦合分析

根據物流供應鏈流程，低碳物流供應鏈流程涉及到低碳計劃、低碳采購、低碳制造、低碳交付、低碳回收等環節，相應的在這個過程中參與的主體有供應商、制造商、物流企業、用戶等，從整個低碳系統來說，低碳標準建立、低碳績效衡量等工作還涉及政府相關部門，所以低碳物流供應鏈是典型的多層次、多元化、多功能的鏈網式組織，該組織的最主要的目的是希望鏈條上的信息流、物流及資金流完美協調、步調一致。

區塊鏈技術的“去中心化”特征決定了區塊鏈數據庫的執行是由多方分布式主體共同參與協作完成的，各主體之間是平等的，在信息的傳播交換及接收存儲上都享有平等的權利義務。從這一角度考慮，二者在主體上是耦合的。如圖1所示。

圖1 區塊鏈與低碳物流供應鏈主體耦合關系

(二)交易機制耦合分析

低碳物流供應鏈上的交付包括：供應商向物流及生產過程的物料處理交付、低碳采購交付、低碳運輸交付、低碳倉儲交付、低碳客戶服務交付等等，存在多重性復雜化特點，在實際交付中主體間往往因缺乏信任導致機會成本加大。

區塊鏈技術具有“防篡改、安全透明、可溯源”等性能，適合跨域也就是多主體間復雜交付，若低碳物流供應鏈中引入區塊鏈技術，可實現真實記錄和交付驗證，這樣各主體會形成共識機制，信任成本也會大大降低。這樣看來，區塊鏈與低碳物流供應鏈在交付機制上是耦合的，如圖2所示。

圖2 區塊鏈與低碳物流供應鏈交易機制耦合關系

(三)智能合約耦合分析

低碳物流供應鏈通過一系列的智能合約保障交易的自動執行。但目前在人們看來，智能合約和區塊鏈的結合才是更完美的[19]。沒有區塊鏈的智能合約，容易被篡改，且被惡意因素干擾，潛在風險系數高。區塊鏈的不可篡改、去中心化、分布式特性就決定了它是一個高可靠性的系統，在區塊鏈內，智能合約是由鏈內多用戶共同參與制定的，通過P2P網絡擴散到每一個節點并存入區塊鏈中，智能合約會定期進行自動機狀態檢查，當有事務或信息傳入時，狀態機會進行驗證，達成共識后會自動執行并通知用戶，整個過程都是由一串串指令實現的，用戶不用擔心合約被篡改或惡意干擾等問題。可見，區塊鏈和低碳物流供應鏈在智能合約上也是耦合的，如圖3所示。

圖3 區塊鏈與低碳物流供應鏈智能合約耦合關系

四、基于區塊鏈的低碳物流供應鏈生態模型構建分析

區塊鏈應用于物流供應鏈信息管理可從對象維度、屬性維度、功能維度3個方面進行分析。在構建基于區塊鏈的低碳物流供應鏈生態模型時亦可從這3個方面著手分析。如圖4所示。

圖4 基于區塊鏈的低碳物流供應鏈生態模型分析框架圖

(一)對象維度

傳統的低碳物流供應鏈只是簡單的將各節點企業串聯起來，而應用區塊鏈技術，其“去中心化”及“智能共享”的特點使得供應鏈上的各節點可以形成一個巨大的網絡整體。

“點”：指各節點企業。可以將區塊鏈技術嵌入節點企業中以互聯網為基礎的物聯網內，因物聯網具備分布式異構特征，剛好與區塊鏈分布式特點耦合，因此滿足區塊鏈技術的運營要求。物聯網是通過識別技術、普適技術、智能感知等技術進行實現的，可支持區塊鏈系統共識機制的建立和完善。

“鏈”：傳統物流供應鏈節點企業是“串聯”的，彼此間由于信息不對稱導致多次交易等問題，有些節點為節省成本而違背“入鏈”規則，最終導致供應鏈陷于癱瘓，低碳問題不能得到有效解決。引入區塊鏈技術，各節點企業的關系由簡單“串聯”變為智能“并聯”，而且信息完全共享，可很大程度上降低信任成本，提高主體間的交易效率，各主體間相互監督，共同遵守低碳規則。

“網”：引入區塊鏈技術后，公共“區塊”按時間序列形成不斷延續的“鏈”，其“去中心化”技術與分布式技術可實現每筆交易的可持續性驗證，從而保證交易的透明化及可溯源性。“網”中還可加入政府相關部門，發布相關低碳標準并進行監督檢查，保障低碳物流供應鏈生態發展。

(二)屬性維度

大數據時代，物流供應鏈上各節點企業通過互聯網絡實現物流、資金流和信息流的有效運轉，其中，物流和資金流是基礎，信息流是聯系紐帶。

物流方面。引入區塊鏈技術，其多方訪問的能力和不可篡改性及透明化共享賬本的特性，可實時跟蹤鏈中物品所有權的變動，貨物裝載、運輸、取件、流程清晰可見，所有信息都會經哈希運算生成相應的Merkle 樹計入區塊中，若參與方在交易過程中出現行為屬性糾紛，區塊鏈的時間戳特性可輕松舉證并追責，任何一方都無法掩蓋一個數據庫的錯誤更改，或扭曲事實將錯誤歸咎于另一方，這將大大提升各節點的交互效率及協作性和準確性。

資金流方面。傳統模式下，供應鏈各方由于信用保障低而往往借助傳統金融機構實現資金流動，中介成本高昂。引入區塊鏈技術后，因其算法安全可靠，各參與方便可建立聯盟鏈，形成“共識機制”，鏈內任何一方的運營都遵循同一套經過協商確定的標準。交易時各方可基于各環節的單據憑證實現核心企業信用背書，通過系統平臺即可實現信用擔保，而無需第三方信用中介，由平臺記錄資產所有權的變動，輸出統一憑證，所有參與方共同簽發憑證，實現無中介式信用流轉，從而降低金融成本。另一方面，中小微企業的信用數據在交易過程逐漸積累并公開，可進一步解決由于信用障礙造成融資難的問題。

信息流方面。存儲和整合是端到端的供應鏈管理的核心命題。傳統供應鏈由于信息透明度不夠，導致某些環節中出現人為錯誤甚至非法活動都不易查驗與取證。區塊鏈技術的信息共享機制及不可篡改性可實現供應鏈中各節點信息暢通透明，降低信息不對稱率及信息失真率，有效避免信任主體的違規行為，各方很容易建立信任， 溝通成本會大幅降低，使供應鏈運行效率得到極大提高。

(三)功能維度

低碳監督。隨著國際對“低碳”的呼吁，物流供應鏈管理也越來越重視低碳排放，控制各環節的低碳運行，但由于“低碳等于高成本”的觀念深入人心，所以各主體在實現低碳時只是遵守最低要求，比如，僅僅是運輸車輛剛剛能通過國家相關部門的強制性檢測，或者檢測不通過時才進行某零部件的維修或更換。從整個物流供應鏈來說，沒有一套經過商榷而形成的低碳排放標準及貫穿其中的碳排放監督測量機制，只是依靠個體自覺性，再就是信息不對稱、信息共享不夠等導致監督不夠，鏈上的主體存在逃避心理，所以無法從根源上解決碳排放問題。引入區塊鏈技術，鏈中的各參與方包括政府部門可以協商確定統一的碳排放標準及獎勵懲罰措施等，各節點建立“碳儀表板”，控制所有環節的碳排放。區塊鏈的信息共享特性可以讓各參與方相互監督，不僅能增強人們的低碳意識，還可大大降低監督成本，改變行業生態。

低碳運輸。運輸是CO2等溫室氣體排放的主要來源之一，在運輸環節，燃油的選擇、燃油的泄露、車輛內置碳排放控制系統、車輛保養、車輛怠速運行時間及車輛平均行駛速度等都會影響碳排放，目前這些因素可以借助感應檢測技術及GPS(全球定位系統)技術進行跟蹤及檢測，但檢測結果只是各節點的內部信息，節點間信息不透明不對稱。區塊鏈則具備解決上述問題的潛力，一方面，它是一個透明的“公共賬本”，能追蹤貨物運輸的整個旅程及每個節點的的信息，在低碳監督的前提制約下，運輸方必定會采取相應的低碳運輸手段，比如優化線路設計、合并運輸、甩掛運輸、減少空載、使用環保車輛、司機低碳駕駛培訓等。另一方面，由于信息共享，運輸效率也會大幅度提高，比如系統會自動將工作分給合適的司機，減少對人工調度員的需求，“最后一英里”交付基礎設施充分利用、共享低碳車輛等，低碳排放自然會降低。

低碳倉儲配送。現代倉儲配送物流活動中，已有一些智能技術如RFID、條碼技術、GPS等對倉貨進行識別、定位等，這些技術大多由NAS (網絡附屬存儲)、DAS (服務器直連存儲) 、SAN (存儲局域網) 等網絡技術支持，便利的同時也有信息被篡改的風險。區塊鏈的“分布式記賬”特性便可解決倉儲數據私自被篡改的問題。區塊鏈記錄了貨物流程的所有信息，確保可追溯性，避免了丟包或冒名領包等現象。依靠區塊鏈技術，可真實的記錄買賣方、合約條款等信息，各方擁有獨有的簽名并進行全網驗證，只有全網加密記錄一致的信息才有效，才會被上傳并實現共享。應用區塊鏈高效便捷的同時，在低碳監督的制約下，相關方會采取相應的低碳倉儲配送手段，比如建造綠色倉庫，在倉庫屋頂安裝設備采用太陽能發電、使用清潔能源叉車、提高倉儲空間利用率、節約土地等；比如訂單集并、使用可循環利用的包裝設備及材料、采用節能節水技術等，既可以提高倉儲配送效益又可以低碳減排。

低碳回收。廢棄物的大量丟棄也是對環境造成很大危害的因素之一，引入區塊鏈技術，信息得以及時共享反饋，一些可再利用或再制造的物料及零部件可以及時回收，二次利用，降低碳排放。

五、基于區塊鏈的低碳物流供應鏈生態模型

區塊鏈系統創造的是一種分布式信任機制，設備與設備之間可彼此驗證，各方以可信賴的方式相互聯系，可顛覆傳統的以中央權力機構為中心的信任模式。將區塊鏈技術引入有中心的物聯網中，可實現安全的去中心化的數據通信和交互。借助區塊鏈技術，來構建統一的去中心化網絡，覆蓋所有移動終端、物聯網網關及區塊鏈節點。在這個區塊物聯網絡系統中，區塊鏈作為一個分布式賬本，其上的每一個“區塊”都記錄本次的交易數據和前一次交易的索引信息，按時間順序首尾相連，形成“鏈”，全網記錄并保存所有信息，因此信息不可篡改。在此網絡系統中，所有節點可構建共享的通用協議，一方面保障所有參與方在相互聯系時共同實施統一標準，另一方面可保障非法節點無法進入，避免惡意攻擊。

根據區塊鏈去中心化的特性，將區塊鏈放在低碳物流供應鏈生態模型的底層，也就是數據層面，在該層面上，各節點由點到鏈再及網，形成鏈網狀結構，此“并聯”系統排列的優點是可以打造多極數據通道，即使部分數據通道被阻斷，不會妨礙信息經由其它通道進行傳輸。在網絡層，合法節點將會得到授權，被授權節點可以獲得來自傳感器和其他節點的公鑰，惡意侵入者沒有公鑰所以不能解密，確保了傳輸信息的安全性。在共識層，各傳感器擁有自己的私鑰，在向全網發布信息時，數據包末尾都會添加私鑰加密的代碼，這樣惡意侵入者就很難偽造傳感器數據。在應用層，區塊鏈系統可確保所有用戶的安全使用，在整個低碳物流供應鏈中，按照最小消耗、最低排放、最優績效的原則設計，實現系統環境最優的目標。低碳物流供應鏈上各環節的任務見圖5。

圖5 低碳物流供應鏈各環節任務

綜上，基于區塊鏈的低碳物流供應鏈生態系統具備數據信息保密、系統內信息共享、抗惡意攻擊、自我修復、生態運行等特點，為區塊低碳物流供應鏈生態系統的發生、形成、穩定乃至生態和諧提供了基礎和條件。基于區塊鏈的低碳物流供應鏈生態模型如圖6所示。

圖6 基于區塊鏈技術的低碳物流供應鏈生態模型

六、基于區塊鏈的低碳物流供應鏈生態系統面臨的問題與解決對策

毋庸置疑任何技術都存在局限性，雖然區塊鏈技術有自身的獨特優勢，但還處在發展初期，無論是技術本身還是技術開發等方面皆存在一些問題。

(一)面臨的問題

1.易產生“中心化”設計組織

自2010年中本聰將項目控制權移交給Gavin Andresen至今，比特幣的核心代碼主要由6個國外程序員持續貢獻。雖然整個代碼隊伍超過200人，但幾乎沒有中國人員，這種情況下，如果未來區塊鏈技術達到一定規模，那么對于其維護更新、未來發展決策等必然會落在一個“中心化”設計組織中。

2.區塊鏈處理速度較慢，耗費大量資源

追求信息數據透明化是區塊鏈的特性之一，但追求透明化的前提是詳細、真實、完整的記錄所有發生的數據，結果就是處理速度慢，每次交易處理大約需要10min，難以滿足低碳物流供應鏈生態運行的各種需求。而且還耗費大量的計算能力和網絡寬帶。截至2016年初，比特幣區塊鏈的全網計算能力已經達到了8×1018 次運算/s，相當于世界上最快的單臺計算機的計算能力的28571倍。由于采用共識機制，需要全網算力，交易速率被限制在6～7筆/s，大量未處理交易只能排隊等待，易出現廣播“風暴”，寬帶資源大量消耗的同時還會導致網絡性能下降，甚至網絡癱瘓。

(二)解決對策

1.政府超前布局，加強頂層設計

政府應重視區塊鏈技術產業的發展，進行統籌協調，組織專家研討，可設立專項基金，出臺一些相應的政策。另外，要重視區塊鏈技術人才的培養，鼓勵有條件的學校開設區塊鏈的相關教學課程，加大培養力度，學企合作，構建技術集成的人才隊伍；嘗試建立國家重點實驗室，夯實區塊鏈技術研究。

2.打造更完善的區塊鏈技術體系

加強核心設備研發和網絡關鍵技術的支持和引導，穩步推進網絡過度，積極創新互聯網核心關鍵技術，學習國外先進的數字方法和信息技術。[20]如Open Access (開放獲取制度)、Virtual Research Environment(虛擬科研環境)、National Licensing (國家許可政策)、Research Data (科研數據)、National Hosting Strategy (國家倉儲戰略)、Legal Frameworks (法律框架)等，建立更完善的區塊鏈技術體系。