基于区块链的区域配送资源数据共享模型研究

石永强 黄天智 张智勇 杨磊

摘  要：从配送行业的现状，不难发现在配送市场上，區域配送资源数据共享困难。因为配送资源数据种类多，体量大，集中困难，数据共享一直是个难点。数据不公开，配送企业间盲目竞争，损害了企业的自身利益，也降低了社会总效益。本文提出一个基于区块链的区域配送资源数据共享模型，具有去中心化、集体维护、安全可信、不可篡改等特点，适用于解决区域配送资源数据共享的难题。文中从区块链的一般原理出发，针对配送资源数据的复杂性设计了独特的存储结构，详细说明了模型的架构。通过模型与现存方案的对比，分析了本模型的优势以及带来的影响。

关键词：区块链;配送资源数据;共享模型;区域配送

一、引言

在目前的区域配送的市场上，配送资源及数据主要掌握在两种角色手中，一是物流公司（Logistics Company，LC），拥有较多配送资源，掌握大部分的配送资源数据。单一物流公司拥有的人力资源与设备资源较少，其一方面承担配送关系中资源提供方角色，一方面承担信息提供者角色。作为资源提供方，能够利益最大化地利用自己的资源，然而作为信息提供方，考虑相对较少，不加整理地将需求信息提供给外者，信息的准确性难以保证，无法说服他人信任，容易导致资源的不合理配置与利用。二是物流信息中介（Logistics information intermediary，LII），有自己的信息平台，在平台上发布整合过的配送供需双方的资源数据。双方各取所需，但是盲目地选择，没有算法作支撑，配送资源的合理利用很难实现，加之平台提供者有可能对平台数据进行篡改，无法保证信息的安全可靠。

数据可被篡改，传输不安全等严重阻碍了区域流通业的发展。然而区块链的诞生，将改变这种配送资源数据不均匀分布于相关企业的现状。

区块链技术可以帮助配送供需双方快速安全地认证权限，实现自由的数据访问和分享。因此将区块链技术引入配送领域，会使区域配送资源数据得到极大程度地公开，配送资源流动合理性得到极大提升，“区块链+”配送将是未来区域配送领域发展的一大方向。

从区块链技术在各行各业近两年的发展看，金融与供应链领域应用区块链技术较多，也有医疗，能源等相关领域有所应用。薛腾飞等利用改进的DPoS机制构建了一个基于区块链的医疗数据共享模型。蔡金棋等设计了一种基于区块链的3层能源交易架构，并对区块链在能源交易中应用需要解决的问题和面临的挑战进行了分析。郭珊珊利用区块链上区块信息不可篡改的特性，实现了供应链上的可信溯源查询。朱建明等在分析了区块链的特点、局限性以及其链式结构散列原理的基础上，提出了基于区块链的B2B+B2C供应链各交易主体结构简图及动态多中心协同认证模型。张晓玫等提出了区块链金融模式，并指出区块链能在根本上改变融资双方的信息结构，从根本上缓解小微企业的信贷配给。

可以看出，区块链结合配送领域的应用较少，主要由于配送领域的数据种类多，体量大，集中困难，使区块链在配送领域的发展举步维艰。本文提出了基于区块链的区域配送资源数据共享的一种模型（Distribution data share model ，DDSM），帮助解决区域配送资源数据存储集中、安全共享难、数据可信度过度依赖于少数中心化组织机构等问题，实现去中心化，可信任的配送资源数据共享。

二、区块链基础知识

数据层与网络层为区块链提供硬件基础与技术条件，哈希函数将不同大小的数据块映射成固定长度的地址码，方便数据的查找，非对称加密确保某笔交易只有参与人知道交易详细情况，外界只了解交易的发生与否，既公布了交易信息，又保护了交易双方的隐私;共识层是去信任的关键，是以算法作支撑，在一定的规则下，各节点绝对信任当值节点（负责下个区块的写入工作）的操作;激励层解释了各节点争相做记账员的驱动力，例如在比特币区块链中各节点的驱动力是比特币;合约层是交易双方签定的契约，由算法实现，交易在此契约下自动完成，具有同步性，交易内容难以更改;应用层是面向各行各业的接口，各领域都可以根据自己领域内的业务流程特点，将区块链引用进本行业发展。

区块链的特性就是去中心化、去信任、集体维护、可靠数据库。区块链出现之前数据库都集中在中心化的机构，交易双方的数据要经过中心机构的流转，中心机构是双方信任的基础，交易产生的各种数据都存在中心机构的数据库中，由数据中心统一保管处理。区块链的出现带来了新的数据存储的方式，它没有中心化的机构，而是人人维护数据库，而且维护建立在某种规则之上，可以使所有参与方信服，且一旦记录存入数据库中将无法更改，确保了数据的安全性。

三、区域配送资源数据共享模型

（1）节点间共识机制

DPoS与PoS不同的是，DPoS机制中每个节点都有权参与到选举本轮记账的节点，每个节点投出手中的股份权益给一个代表，获得权益最多的代表节点将负责本轮记账。本模型中各节点的算力有差别，可以将算力较高的物流中介节点当作候选节点，少部分的物流公司如果其算力够强也可以加入到候选节点中。各个节点都有股份权益，股份权益的大小将与两部分内容相关，一是本节点的算力，算力越强其股份权益越大;二是服务接收方对节点提供的服务的评价，评价越高，其股份权益越大。如此可避免高算力节点一直有高话语权，导致各节点努力提高算力而忽视客户服务。算力相当于各节点的服务硬件水平，高算力意味着高的硬件水平，可提供更完善的服务;股份权益相当于比特币区块链激励层中的比特币，是各节点争相记账的驱动力，可以把它看成LIIS和LCRS中各节点的信用积分，与各节点的利益挂钩，信用积分越高者越能吸引需求量，积分较低者对需求量没什么吸引力，且长期如此的话可能会倒闭，退出LIIS和LCRS节点群。共识层的DPoS，不仅使大家对记账权达成共识，也解释了激励层中的激励因素。

（2）配送资源数据Item块

本文将配送资源分为两类，一类可以称之为静态数据，如配送场所包括的配送中心的地址数据，配送设备包括的叉车的规格参数，存储设备包括的货架托盘的型号参数，运输设备包括的各种货运车辆的型号参数，装载量参数等短时间内不会发生变化的数据;一类称之为动态数据，如配送供需双方交易包括的时间，地点，特殊需求，当前市场上的配送能力，需求量等实时发生变化的数据。

静态数据短时间内不发生变化，可以将存储在数据库中一片獨立的空间，用哈希函数计算哈希值存储于Item块中，避免频繁的调取与存储导致的高处理成本。动态数据区别于静态数据的存储空间，因为其数据量较少，而且对于交易比较重要，可以直接锚定在Item上，便于事后追踪查询。

每隔一段时间，就会有一个节点会满足各种条件，且获得其他节点的认可，产生一个区块，记录该段时间内的所有成功的交易。每笔交易都会产生一个Item块，一个区块（Block）里有多个Item块，由算法产生特定的头部，链接在上个区块后。

（3）分布式数据库系统

分布式数据库的基本思想是将原来集中式数据库中的数据分散存储到多个通过网络连接的数据存储节点上，以获取更大的存储容量和更高的并发访问量。本模型中，各节点都能平等地访问物流公司或物流信息中介数据库中的数据，分布式数据库可以进行线性扩展，便于时时记录配送市场上产生的少量交易数据。海量用户可以通过应用程序接口访问交易数据，而不会产生并发用户量较多，系统反映迟钝的情况。

四、工作流程

模型中，用户通过网页，手机终端等交互界面向DDMS查询当前市场上的配送资源，得到反馈，并选择供应方，DDMS收到请求后，开始一系列的运作，批量交易完成后会锚定到配送区块链上，具体的工作流程如下：

步骤1.单笔交易中，需求方通过终端查询目前市场上存有的配送资源，并与供方沟通后达成协议，交易等待处理并产生交易数据。

步骤2.某段时间内发生了n场交易，交易信息等待被写入数据库。

步骤3.在同段时间内，LIIS与LCRS根据LIIS中各节点的股票权益，投票产生本轮可以生产区块的节点。

步骤4.投票产生的节点生成区块，包括相应的区块头与区块体，区块头中有区块产生的当前时间，上一区块的Hash值，本区块的Hash值等头信息，区块体中每笔交易有双方交易的公钥，且单笔交易的存储形式为静态数据加动态数据共同存储，区块体会记录这一段时间内发生的所有合法交易。

步骤5.区块头与区块体生成完毕之后，在LIIS与LCRS里广播，LCRS听到广播后对其进行合法性审查，符合格式才承认该区块合法，并链入到上一区块尾部，一旦发生错误就必须重新投票产生记录节点，引起延迟，造成效率低下，但出错的概率较低，这种影响可忽略不计。

步骤6.各个节点依据新添加的区块更新自己的数据库。

步骤7.返回步骤1。

五、模型构成特点

针对配送行业，本模型构成元素有以下特点：

一是物流信息中介节点服务器群（Logistics information intermediary node servers ，LIIS）和物流公司审查服务器群（Logistics companies reviewing servers ，LCRS）：从区域配送资源数据的分布情况可以看出，主要的配送资源数据集中在物流信息中介与物流公司，由于物流信息中介较之于物流公司而言有更完善的信息平台，所以在工作量上，可以将更多的数据存储操作交给物流信息中介服务器群，将数据合法性审查交给物流公司服务器群，节点之间的共识采用授权股权证明机制（Delegated Proof of Stake），用一小群节点做为代表进行POS记账（主要是LIINS与LCRS），比工作量机制共识速度更快，且耗费的计算资源更少。二是配送资源数据存储结构：结合配送资源数据的复杂性，设计适合应用的数据结构，方便区域内配送供需双方存取应用。三是分布式数据库系统（Distributed database system ，DDBS）：数据同时存储于物流信息中介与物流公司的服务器，解决双方数据不共享问题，避免盲目竞争，方便各节点的查询，也给用户的查询带来便利。

六、模型评估

采用对照分析法来评估提出的区域资源数据共享模型，一方面，通过模型与现有方案之间的对比，找出模型较之与现存方案的优势;另一方面就模型解决的具体问题进行展开分析。表1从五个角度对模型与现存方案进行了比对，发现模型比现有解决方案更具优势。

模型中尚存在一些不足，比如在区域配送资源区块链创建初期，由于链中区块较少，存在较大的信任风险，数据可能会被篡改，容易出现交易纠纷。

七、结束语

随着区块链技术的不断发展，其对各行各业的渗透也将越来越深，区块链结合配送领域的研究在学术界也开始有初步的研究，本文提出的区域资源配送数据共享模型可以实现区域配送资源合理配置，交易过程公开透明，交易数据可溯源，LIIS与LCRS的有效配合将改变以往中心机构之间的零和博弈，实现企业效益，社会效益的双赢。为构建这一平台，还有一些问题尚可讨论，比如有无必要链接到比特币公有链中，配送资源的配置是否可以使用人工智能等。模型中的一些设计细节还有待进一步完善，这些都有待在以后的工作中不断摸索。

参考文献

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作者簡介：石永强（1975-），男，副教授，研究方向：物流经济，物流战略管理;

张智勇（1970-），男，博士生导师，研究方向：区域物流与区域经济，物流与供应链管理。