區塊鏈技術在快遞行業中的應用研究

摘要：當前，快遞行業快速發展，但同時面臨諸多挑戰，為了探索區塊鏈在面對這些挑戰中的潛力，文章基于區塊鏈及其相關技術提出了一個快遞運輸方案，通過區塊鏈確保數據安全和用戶隱私保護，并利用智能合約自動處理訂單、更新運輸狀態、丟失申報和賠償流程等，以及解決快遞丟失糾紛問題，提升服務質量。最后，文章分析了在可擴展性和成本等方面的挑戰及展望。

關鍵詞：區塊鏈；快遞；隱私保護；信息安全；智能合約

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）09-0093-04 開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

0 引言

隨著經濟的快速發展，我國的網購和快遞需求在不斷增長，快遞行業縮短了城鄉之間的差距，為網上交易的迅速發展提供了支持，同時改變了傳統的交易方式，帶動了消費的變革，為全國統一大市場賦能[1]。

國家郵政局監測數據顯示，2023年11月1日至11日，全國郵政快遞企業共攬收快遞包裹52.64 億件，同比增長23.22%[2]。與之而來的，快遞行業面臨著巨大的挑戰，如日益復雜的數據安全、隱私保護、快遞丟失糾紛等問題[3]。傳統的中心化數據管理模式通常來說很難高效地去應對篡改數據、泄露信息的風險，更是難以合理的處理快遞丟失糾紛，進而導致客戶對快遞服務的不信任及運輸效率下降[4]。

區塊鏈技術在快遞行業的應用逐漸深入，通過區塊鏈技術可以對各產品進行全程的溯源管理，確保商品的各個配送環節的信息透明和可追溯；區塊鏈技術還可用于自動執行智能合約，可以提高快遞運輸過程中的效率，并能夠減少人為失誤；區塊鏈的不可篡改性的特性，能夠保證交易數據和快遞過程的運輸信息的真實性和不可篡改性，進而增強消費者以及各方之間的信任。

基于區塊鏈的去中心化特性、加密算法，來有效防止數據篡改以及非法訪問，解決數據信息和隱私泄露問題，并通過智能合約技術來合理地解決快遞丟失糾紛。

1 技術概述

1.1 區塊鏈基本理論

區塊鏈技術是一種不需要依賴任何可信第三方的分布式賬本，有著多個獨立節點參與，核心特點是不可篡改性和透明性[5]。區塊鏈網絡是不受控于某個中心控制的，而是以去中心化的方式運作的，分散到區塊鏈網絡中的所有參與者或節點，區塊鏈網絡中的所有節點都有著同樣的數據，通過共識機制來驗證和確認交易是否合法。其結構可以有效減少單點故障的風險，從而顯著提高系統的安全性和可靠性。同時這種去中心化結構使得所有的交易和數據記錄都公開透明，每個節點的權利和義務都一致，彼此之間同步更新數據、廣播交易數據，所有節點都可以訪問和驗證所儲存的數據，可以增強系統的透明度，也更有利于信息對稱[6]。區塊鏈加密技術通過哈希函數、數字簽名、公鑰和私鑰加密等，對于數據信息的安全存儲以及數據的傳輸有了很大的保障，它既能夠保證數據信息的完整性和真實性，還可以保護用戶的隱私[7-8]。

1.2 RSA加密算法

RSA加密算法是一種非對稱加密算法，在許多領域都適用，如數據加密、數字簽名和安全通信等[9]。

1） 密鑰生成

RSA 加密的重點是公鑰和私鑰，密鑰生成步驟如下：

（1） 選擇兩個質數p 和q；

（2） 計算n=p×q，n 為模數，作用于加密和解密過程；

（3） 計算歐拉函數 ?（n） = （p?1）×（q?1），歐拉函數是后面用于計算公鑰和私鑰的指數；

（4） 選擇一個整數e，且e 必須與φ（n） 互質，e 通常選擇65537；

（5） 計算d，使得d×e mod φ（n） = 1；

（6） 公鑰即為（n，e） ，私鑰即為（n，d） 。

2） 加密過程

（1） 將明文轉化為數學形式m，必須保證0lt;mlt;n；

（2） 使用公鑰（n，e） 加密信息，生成密文：c=m^e（mod n）；

（3） 發送密文c。

3） 解密過程

（1） 使用私鑰（n，d） 解密密文c，得到密文：m=c^d（mod n）；

（2） 將m 轉化為原始消息。

RSA數字簽名能保障信息完整性及驗證簽名者身份，在這一過程中，簽名者使用自己的私鑰對消息的哈希值進行加密，以創建簽名，接收者隨后利用公鑰對簽名解密，得出哈希值，并將其與接收到的哈希值進行比對，哈希值一致，則表明信息未被修改，

RSA加密算法安全度很高，要破解RSA加密，攻擊者必須先找到兩個大質數p 和q 的乘積n，這個數學問題是非常困難的，尤其隨著n 的增大，所需要的計算量是指數級的[10-11]。

1.3智能合約

智能合約通常由代碼、數據存儲、觸發條件、執行機制幾個部分組成，其中代碼是智能合約的核心，常用Solidity語言編寫，部署到區塊鏈上。智能合約有著許多的使用場景，如金融服務、供應鏈管理、投票等。金融服務方面，智能合約可在滿足提前設定的條件下自動執行計算機協議，可以分配、核實和執行債權人權利，保障債權人權利和合伙人債務關系[12]；一些商業組織進行投票時，智能合約代碼可詳細規定成員同意合作的規則，可降低所有成員包括類似傳統公司董監高從事自我交易和投機行為的可能性[13]。智能合約是自動執行的，可以減少對人工的依賴，從而降低了因人為因素而導致的風險；合約代碼與交易記錄儲存于區塊鏈上，所有節點均可訪問，大大提高了透明度和用戶的信任；智能合約在區塊鏈網絡上分布式進行，不需要中心服務器，系統就會更加安全難以篡改[14]。

1.4 IPFS 分布式文件系統

各企業通常采取集中式的數據存儲方案，有利于管理和性能優化，成本效益較好，但容易發生單點故障，安全性也不高，不同部門數據的共享可能也存在障礙，區塊鏈常用分布式文件系統進行數據存儲。

IPFS（InterPlanetary File System） 是一種分布式文件系統，主要用于存儲和共享數據，效率比較高，IPFS 并不是傳統的基于位置的尋址，而是基于內容尋址，不同文件或者數據塊都有著自己唯一的哈希值，能夠保證數據的唯一和完整，并可以有效抵御數據的非法篡改；由于數據在網絡中存儲在不同的節點，且每個都可以存儲數據的一部分，且IPFS是一個去中心化的網絡，不受中央控制器控制，故某個節點發生錯誤并不會影響數據的完整。

1.5 區塊鏈體系架構

多數區塊鏈平臺的架構相似，通常分為5個層次數據層、網絡層、共識層、合約層以及應用層。體系架構如圖1所示。

1） 數據層

數據層是區塊鏈體系架構中的基礎層，其他四層都以此為基礎，主要用于管理數據存儲和數據結構。每個區塊包含區塊頭和區塊體，時間戳、版本號、前一個區塊的哈希、當前區塊的哈希等存在區塊頭中，交易記錄等則存在區塊體中，其中交易記錄往往為Merkle樹結構組織（Merkle樹如圖2所示） ，前一個區塊生成的哈希值將區塊鏈接在一起，就構造出了區塊鏈。

2） 網絡層

網絡層負責節點之間的通信和數據傳輸，能夠確保區塊鏈中的各個節點之間可以有效地交換數據信息。在區塊鏈網絡中，網絡廣播數據每個節點都能收到，節點收到其他節點廣播的新區塊或者交易數據后，繼續轉發給其他節點，這樣數據就能在整個網絡中傳播。

3） 共識層

共識層是區塊鏈體系的核心，能夠保證各個節點數據的一致性和有效性。常見的共識機制有工作量證明（Proof of Work， PoW） 、權益證明（Proof of Stake，PoS） 以及委托權益證明（Delegated Proof of Stake，DPoS） 等，表1為上述3種共識機制各方面的對比。

4） 合約層

合約層是區塊鏈體系的重要部分，主要負責智能合約定義、執行以及管理。其封裝了代碼層的腳本及其相關算法的實現機制，這也就使得區塊鏈具有自動化能力。

5） 共識層

應用層主要提供用戶接口和應用功能，負責將區塊鏈技術轉化為實際應用，滿足各種業務要求。用戶不需要了解相關技能，可以調用接口就可以使用接口對應功能。

2 方案設計

針對快遞行業面臨的數據安全、隱私保護、快遞丟失糾紛等問題，文章提出一個基于區塊鏈的快遞運輸方案，利用區塊鏈技術保護消費者信息和權益。本方案具體設計思路如下：

利用區塊鏈的智能合約自動記錄運輸階段的相關信息，如發貨地址、收貨地址、包裹狀態等，實現實時的包裹跟蹤，并可以自動處理快遞結算費用，自動計算運費從發件人扣費，將費用轉移給快遞公司，以此可以減少延時和錯誤，確保各方按時收到款項，并可以減少人為風險，保證相關信息的安全。

如若包裹出現損壞或者丟失，智能合約還能自動開啟索賠流程，由于包裹信息都儲存在區塊鏈中，可以確保索賠流程的公平和透明度。

利用RSA加密算法保證各數據信息的安全性和可靠性，從而避免數據遭受未經授權的修改或者偽造，同時可以用于驗證快遞公司、配送員的身份，發送方可以用私鑰對數據信息進行簽名，接受方則借助公鑰進行校驗，確保信息的真實性得到驗證。

2.1 實現流程

用戶下單后，智能合約自動創建快遞訂單，用戶的身份，包裹的價值、下單時間、地點等信息通過RSA 算法加密，生成交易后區塊鏈網絡驗證有效性后寫入區塊鏈網絡中，然后生成訂單ID，該訂單ID是獨一無二的。

商家或者發貨人確認訂單，包裹轉遞給快遞公司，快遞公司對包裹進行數字簽名，確認收到包裹，將取件時間、地點等信息通過新交易上鏈。

包裹運輸途中經過多個中轉站，每個中轉站實時更新物流信息，節點操作均需要負責節點的簽名確認，確保信息來源的可靠性，這些數據被打包成區塊，經過共識機制DPoS驗證后上鏈。

包裹進行投遞，快遞員最后記錄簽收時間、簽收人等信息，這些信息都是經過數字簽名認證，并上鏈的，收貨人可以通過訂單ID查詢整個運輸過程的詳細信息，所有過程都是公開透明的。

智能合約根據每個節點的情況，即包裹狀態更新為“已簽收”后，自動處理快遞費用，完成訂單，支付信息和結算記錄通過交易寫入區塊鏈，保證支付過程透明并且無法被人非法篡改。

如果出現包裹損壞或者丟失問題，則會向平臺發起查驗請求，進行溯源，從區塊鏈中查詢各階段的運輸信息，確定責任屬于哪一方，賠償過程中的所有記錄，如損壞證明、賠償金額等，都存儲在區塊鏈上，都是確認責任的證據，并自動開啟索賠流程，按照包裹的價值來賠付給消費者。

每次數據寫入區塊鏈時，都必須經過區塊鏈網絡的共識機制的校驗，確保數據的合法性和一致性，發貨人、收貨人、快遞公司可以查詢和驗證區塊鏈上的所有數據，物流運輸平臺上的各個環節的數據信息都被記錄在區塊鏈中，都是不可篡改的，能夠保證整個物流過程的透明性和數據的安全性，同時用戶的隱私也得到了保護，也有利于快遞運輸效率的提高，并提高消費者對快遞物流的信任。

快遞運輸流程圖如圖3所示。

2.2 數據存儲

快遞運輸所有階段的數據都是通過分布式存儲技術實現的，即將數據存儲在多個節點上，并不是集中在某個中心化的服務器上，并且每個節點都有數據的一部分，如果某些節點出現問題，數據依然可以從其他節點恢復，從而可以保證數據的完整性。

用戶下單時生成的訂單信息經過RSA加密，通過鏈上存儲將訂單信息的訂單ID、交易時間地點以及包裹價值等主要信息存入區塊鏈中，并將包裹內容、圖像等存入IPFS中，指向這些文件的哈希值也上鏈存儲，保證數據的真實和完整；每個運輸中轉站在接收到包裹后，將包裹的更新狀態通過鏈上存儲方式記錄在區塊鏈上，同時將掃描圖片、接收照片等通過IPFS存儲；如果出現包裹丟失或者損壞物流糾紛時，相關證據像圖片、視頻等都通過IPFS存儲，并在區塊鏈上記錄相關信息的哈希值和存儲位置，糾紛處理的透明性和公平性能夠得到保證。數據存儲模型如圖4 所示。

2.3 安全性分析

所有數據信息都存儲在區塊鏈上，防止非法修改或刪除數據，有利于數據的完整性的保護，數據使用RSA公鑰對其加密，能夠保證數據在傳輸和存儲的機密性，只有經過授權的私鑰擁有者才能解密這些數據，這樣能夠有效防止未經授權的訪問；在IPFS中，文件被分成幾個分片，分片分散存儲在不同節點，并且每個節點有著自己哈希值，只有擁有對應哈希值的用戶才能檢索和訪問數據，可以有效防止數據泄露；IPFS通過內容尋址相應文件，任何對文件內容的改變都會產生新的哈希值，保證數據存儲過程并不會被篡改；數據寫入需要通過DPoS共識機制的驗證，數據的真實性和區塊鏈網絡的穩定性得到保證。

3 挑戰與展望

3.1 可擴展性

區塊鏈在處理大量數據時，可能會面臨交易處理速度慢和系統吞吐量較小以及耗能高等問題，而在快遞行業中，數據量無疑是龐大的，如何有效存儲和查詢區塊鏈上的信息也是所面臨的挑戰。研究如何根據交易數量和數據設計多鏈結構，不同鏈負責不同的存儲任務，或許能夠改善相關問題。

3.2 隱私保護

雖然區塊鏈具有透明性和不可篡改性，但是同樣也為不法分子的犯罪活動提供了契機，如何在保護隱私的同時保持數據的透明性，也是一個挑戰，此時，如何利用零知識證明、同態加密等技術與區塊鏈結合來保護隱私，這是一個重要的趨勢。

3.3 成本

區塊鏈技術雖然有著更高的數據透明度、安全性和不可篡改性，但相對傳統的中心化平臺需要耗費更多的資源，比如硬件成本、技術開發投入成本。可以融合雙區塊鏈的征信數據和查詢方案，用戶的個人征信報告存儲在一條鏈上，用戶的實時征信數據存儲在另一條鏈上，可以降低數據冗余，節省空間成本[15]；另外各個區塊鏈平臺提出的輕節點方案，可能也是一個降低區塊鏈成本的趨勢。

4 結束語

本文旨在探討區塊鏈技術在面對快遞行業風險的潛力與挑戰，尤其關注如何利用區塊鏈技術來應對快遞運輸中的隱私保護、數據泄露和包裹丟失糾紛問題。結合區塊鏈、分布式存儲、RSA加密技術以及智能合約提出了一個快遞運輸方案，可以自動處理快遞訂單、狀態更新、丟失申報以及索賠流程，能夠保證快遞運輸過程中數據的安全性，有效地保護用戶隱私，并能夠提高快遞服務的透明度、安全性和效率。

未來，或許可以設計和優化多鏈結構提升交易處理速度和系統吞吐量，并降低能耗；采用零知識證明和同態加密等技術來增強數據安全，進一步保證快遞運輸過程中信息的安全；雙鏈征信數據方案和輕節點技術有望減少資源消耗，降低快遞運輸產生的成本。