区块链技术在提单电子化领域的应用研究

邢虎松，邓元慧

（1.交通运输部 水运科学研究院，北京 100736；2.中国科协创新战略研究院，北京 100012）

一、引言

提单是国际货物物流中核心的单证，具有货物运输合同的证明、货物收据和物权凭证三项基本功能，是国际贸易、物流围绕的核心作业流程。纸质提单流转效率低、成本高，据国外研究显示，平均一份提单至少流转3次，而每次流转的平均费用大概为600元，从启运地到最终目的地至少花费5—10天的时间。同时，纸质提单还存在伪造、预借和倒签提单等诈骗行为的产生。随着互联网的快速发展，提单单子化是未来提单发展的重要方向，目前基于EDI技术的两种电子提单模式可以有效的解决纸质提单的流转效率、流转成本和提单诈骗等问题，但存在电子化程度过低、责任分配不均及安全保障机制不够完善等问题。区块链技术具有不可篡改、安全透明、智能合约和可验证性的特点，为解决电子提单在货物运输中的转让和占有问题提供新方向。目前马士基、中远海运等先进港航企业均在探索基于区块链技术的智能提单从而实现数字价值转移，后续将继续延伸至诸多纸质文件递交流程，例如船舶买卖合同、港口通关文件、信用证、植物检疫许可等；CargoX公司声称基于区块链技术的智能提单已通过测试，可将提单的发放和处理成本降到85%。同时，许多研究人员对区块链在提单领域进行研究。韩瑜（2018）[1]对比分析了基于EDI技术与基于区块链技术的国际物流系统，提出了区块链技术在集装箱物流中的应用及可能存在的问题；刘昱刚（2018）[2]从理论上搭建了基于区块链技术的电子提单流转平台，并详细的描述了平台的功能模块以及提单流转流程，为电子提单的微观应用提供支撑；朱兴雄（2018）[3]以区块链技术为基础，搭建供应链各参与方的共同联盟链，构建各方共享的供应链联盟平台，智能调整授信额度，并通过智能合约实现按时还款和结算，尝试整合商流、信息流、资金流物流等数据。

二、电子提单发展现状及问题

（一）电子提单的发展

电子提单是指通过电子数据交换系统传递的包含纸质提单一切内容的数据化文件，其从生成到传递、转交的过程中都是实行电子化的运行模式，国际物流的参与方可以凭密码通过EDI系统进行电子提单相关数据的流转[4]。电子提单在实践中能否替代纸质提单的关键在于能否实现纸质提单所具备的三项基本功能：一是能够证明货物运输合同和收据；二是能够作为银行支付货款的担保；三是具备流通性，由于电子提单的无形性，使其不像纸质提单那样通过转让各方实现实际占有，这也是电子提单能否替代纸质提单的关键所在。虽然目前电子提单相关规定尚不完善，但部分国家和国际组织还是进行了有益尝试，其中部分运行机制已比较成熟。当前电子提单的主要有两种应用模式：一种是CMI电子提单规则（登记制）；另一种是Bolero提单规则（权利凭证）。

早在1990年，国际海事委员会通过了《电子提单规则》。《规则》采用功能等同原则来确保电子提单的法律效力，采用电子提单的密码的流转来代替纸质提单的背书转让。在该规则下，每一次电子提单的密码流转，都需要以承运人为中心来开展。但由于通过密码来完成电子提单的转让使承运人责任过重，因此运用不多，在实践中也存在很多问题，但是对电子提单的探索发展具有重要意义。

Bolero提单规则是指使用电子提单服务商Bolero提供的电子提单服务。Bolero是由航运、银行、保险、物流等企业组成业务共享平台，旨在提供电子提单、供应链融资和信用证等服务。参与方必须先注册成为平台用户，航运公司收到货物后同时向发货人和平台发出电子指令，将发货人记录为“单据”所有人，内容与纸质提单一致。当提单需要流转或货物所有权发生转让时，则将同为Bolero用户的新的货物所有人用Bolero格式传递给平台，平台确认新所有人成为提单所有人并拥有货物权利，从而完成电子提单的签发、转让以及货物所有权的转换，并通过系统规则约束参与方，保障电子提单流转过程的法律效力。目前超过40多个国家、1 000家企业成为其用户。

（二）电子提单存在的问题

电子提单不仅可以解决因提单晚于船舶到达目的港的问题，而且又具有一定的交易安全性，因而有着应用的可能性和广阔的应用前景。目前，电子提单主要基于EDI技术，其主要的流转模式CMI模式、Bolero模式两种。CMI模式运行时间较长，参与方经验相对成熟，但其缺点是整个系统封闭，而且是一个中心化的系统，必须是平台内用户之间使用，系统规则受合同法调整，而不适用海商法规则。Bolero提单规则是通过多方参与共同建立权利登记中心，进而记录交易中电子提单的流转。相比CMI电子提单规则，Bolero提单规则的好处在于其有自身专门的登记机构，所有在其上的用户都必须登记，同时，该规则也会为用户提供特定的ID，保障用户在交易过程中的信息安全，避免像在CMI电子提单规则中可能出现的承运人泄露商业秘密的现象[5]。然而，Bolero模式虽然一定程度上可以解决安全问题，但是该模式用户使用成本费用比较高，对于后台数据的保密性难以保证，所以并不是参与方都可以认可并接受这种模式。

同时，根据EDI系统的工作原理和流程可知，EDI系统中的各参与方接收的、提取的数据信息都必须要经过EDI中心网络进行分析、汇总、统计，这不仅易造成传输效率低下，而且也更容易出现信息在EDI中心存在误差或者被篡改的问题。此外，EDI系统中心化的运行方式存在很大的安全隐患，一旦网络中心出现故障，那么整个系统都将受到影响从而导致数据丢失。可见目前的电子提单存在一些无法忽视的弊端，如电子化程度过低、责任分配不均及安全保障机制不够完善等。此外，电子提单的无形性、数字化的特点导致其在流转过程中无法通过常用方式，如背书实现质押；同时随着货物运输实践的发展，提单流通性的含义更丰富。因此，如何在电子提单流转过程中实现质押运作、保护交易双方的权益、合理分配当事人责任，如何保障电子提单在各方之间透明转让并被各方接受认可不产生模糊纠纷是重点问题，是影响电子提单未来发展的关键。

三、应用区块链技术的优势及问题

（一）区块链技术基本内容

1.区块链的内涵。区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学方式来保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础框架与计算范式[6]。区块链通俗的理解就是一个电子账簿系统，其目的是确保账本记录和过程不可篡改、真实，而使用“分布式技术”等只是实现这个目的的手段。

2.区块链技术系统的特点。（1）去中心化，整个网络没有中心化的硬件存储中心或机构，任意参与方间的权利和义务是均等的，即平权。（2）集体维护，系统中的所有数据块由系统中所有参与方共同维护，每个参与方分享权利和义务。（3）高度透明，开源的程序保障了账务信息记录和商业规则可以被参与方监管。（4）去信任，利用技术上保证在没有中立机构参与的情况下交易的进行，系统中不存在是否信任。（5）匿名性，区块链的技术的去信任可以确保参与双方没有必要了解对方，交易在匿名方式下进行。（6）不可篡改，部分参与方对数据库的修改无法影响其他参与方的数据库，除非能控制整个系统中超过51%的参与方同时修改。（7）可追溯，区块链中的每一笔交易记录都通过密码学与相邻两个区块串联，可以追溯每一笔交易。

3.区块链关键技术。从区块链的内涵、特点可知区块链技术是一个去中心化的数据库，是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法、时间戳等关键技术的新型应用模式。从软件架构的角度而言，区块链技术系统可分为数据层、网络层、共识层、激励层、合约层以及应用层[7]。

（二）应用区块链技术的优势

从目前电子提单的使用的实际情况和发展前景来看，权利凭证模式具有广阔的发展前景，可以利用区块链技术实现电子信息不可篡改性、点对点价值转移、全球信用，可真正实现与纸质提单具有等同的功能。基于区块链的电子海运提单具有三个优势：

1.安全保密性。纸质提单容易被仿造、倒签，也可能由于被仿冒或者填写误差等原因产生诸多安全信任问题。基于区块链的电子提单所涉及到的贸易信息是在区块链网络上使用电子密钥来发起、转让、更改、存储提单信息，避免提单被伪造、丢失、修改，只有交易方的私人密钥才能访问，是客户、码头、堆场、供应商、政府监管部门等物流参与方的交接凭证，可确保电子单据安全存储并且不可窜改。

2.经济高效性。海运提单的流转程序复杂，以邮寄的方式多方流转，流转效率极低，需要耗费大量的人力和物力。电子海运提单可以立即签发，不需要经过打印、邮寄和归档，并且可以通过智能合约及时转移到保险公司、银行以及收货人手中，并且会自动对各类交易数据进行推演，能够自动对账，有效地缩短了提单处理和流转的时间，实现提单的高效化运作，提高贸易运输的效率。

3.公平平等性。区块链技术应用分布式存储、点对点传输关键技术提供了去中心化的解决方案，利用可追溯的块链式数据结构，确保数据的真实可信，有效解决了中心化平台在的信息隐私保护方面存在的问题，确保了参与主体地位的平等。相关的提单流转规则、记录是由参与方共同参与、集体维护、共同存储，从而确保了信息的高度透明，确保每个参与主体具有平等的知情权。

（三）应用区块链技术的问题

虽然基于区块链技术的电子海运提单将使得航运物流的发展迎来一次巨大的变革，但是在现实应用中仍然存在着巨大的阻力。

1.基于区块链技术的电子海运提单最重要的是要突破国际间和国内法律和规则的限制。例如虽然在《电子商业示范法》、《鹿特丹规则》、《国际海事委员会电子提单规则》等国际规则、公约中均承认电子提单的法律地位，但是目前只有澳大利亚、加拿大等少数国家以立法的形式承认电子提单的法律效力[8]。在我国，电子提单制度较发达国家的电子提单制度仍有很大差距，而在我国《海商法》中关于提单的规定只适用于纸质提单。电子提单需要大多数国家认可电子提单，并且同意应用区块链技术构建的电子提单应用平台。再如，在国际海上货物运输贸易纠纷的审判中，电子提单由于合理性、合法性、客观性以及与案件本身的关联性以及国家管辖权等问题，则需要相关审判机构能够具备验证电子提单真实性的相关系统。

2.区块链自身系统的特点及网络信息的不确定性带来的电子提单应用的稳定性。由于区块链的分布式存储和共识机制，网络中任意两个节点之间的交易均会通知网络上的所有节点进行交易的记录、更新和验证，不仅对区块链服务平台的处理能力、存储、网络等提出更高要求，而且对各参与主体信息中心的处理存储能力提出更高的要求。电子提单是通过网络进行流转、传递，一旦网络系统出现故障导致停止运行，那么其信号和缓存可能会意外丢失或遭破坏，极易会对电子提单的相关方造成损失。同时，电子提单在网络领域流转的过程中也可能存在所有者忘记密码、密码被盗的情况，造成贸易参与方交易无法找回而损失。此外，电子提单的处理对于提单操作人员也提出了新的要求，需要从业人员既要通晓电子提单的操作规程和计算机业务，又要掌握国际海上货物运输专业知识。

四、构建基于区块链技术的电子提单应用平台

海运提单不仅是运输合同、重要的物权证明，更是办理保险、金融质押等物流金融活动的核心单据。通过区块链和电子签名技术可以将电子海运提单流转及电子签收过程写入区块链存证，可支持承运人、收发货人、金融机构、托运人、海关、商检等多个参与方在线完成提单的整体流转过程，实现整个过程中的商流、信息流、资金流与单据流一致。基于此，本文构建以联盟区块链为基础的电子提单应用系统构建，并初步搭建电子提单存证平台，并简要分析电子提单的流程，从而不仅实现提单的流转，而且能够通过智能合约完成自动对账。

（一）提单电子化的应用系统构架

基于区块链技术的系统构架，结合海运提单的作业特点，搭建基于区块链技术的电子提单的系统，通过系统界定电子提单的属性规则、运作规则、参与规则等，从而完成电子提单的签发、提单转让、提单质押等整个运作流程。系统结构图如图1所示。

图1 基于区块链技术的电子提单的系统构架示意图

1.数据层：利用数据区块确定并记录提单的基本信息，主要包括承运人、收发货人、收发货地、提单货物信息、提单可否转让等基本信息，并确定上述信息的公开规则及记录规则。利用时间戳技术，记录并每个提单区块按照时间顺序相连，结合非对称加密技术确定公钥和私钥。利用哈希函数、哈希值，确保信息不被篡改。

2.网络层：利用P2P网络、数据验证技术将海运提单的相关参与方纳入到对等网络中，并根据海运提单处理的参与方对提单的需求特点定义不同的权限、共识及数据同步的规则及机制，从而使系统网络中的每个参与方都需要承担网络路由、节点发现和区块数据传输、验证的功能。当网络中有新的提单区块产生时，参与方节点间会广播这个新区块，并对该节点进行验证。

3.共识层：运用PBFT（实用拜占庭容错）、PoS（投注共识）等共识算法对上链数据的有效性达成共识，并确保网络上的每个参与方、相关方的数据库账本在记账的时候能够保持存储数据和交易数据的一致，从而有效地解决了两军问题和拜占庭将军问题，从而确保每个参与主体拥有与之匹配的权限。

4.激励层：区块链参与的节点越多，整个系统稳固性越强，可靠性越高。因此需要通过有效的激励措施促进参与主体加入区块链网络的积极性，并可确保节点有利可图，因而能吸引越多参与方节点参与到共识的过程里。联盟链中的相关主体可以依托业务关系加入网络，并且在网络中能够提升效率和降低运营成本。

5.合约层：根据提前预设的电子提单流转规则、交易规则和认证规则，从而可以利用智能合约实现提单流转过程的自动化、智能化。例如提单从货代到货主、银行、收货人、航运公司、政府管理部门等相关主体，从而实现提单流转过程中的去信任的问题。

6.应用层：利用上述的技术建立一个联盟性质的区块链系统，电子提单的相关参与方可以以平等的身份加入该对等网络，从而建立信任度高、应用性强、便捷高效的基于区块链技术的电子提单应用系统。

（二）电子提单应用平台的构架

根据对海运电子提单系统的构架，将包含运价规则电子合同写入区块链，结算双方共享同一份双方认可的交易数据和运价规则，从而可以建立具有提单生成、交易、金融、监管对账等功能模块的区块链电子提单应用平台（见图2）。

图2 基于区块链技术的电子提单应用平台

航运区块链电子提单应用平台以区块链技术为底层技术平台，航运活动的参与主体既是平台的使用方、参与方，也是平台的建设者和持有者，该平台以联盟区块链的形式存在，允许所有的参与主体建设平台的数据中心，这样参与主体的数据中心既是指令的生成单元，也是指令的存储单位，从而确保各种电子数据的可靠性、不可更改性，从而是各参与主体具有知情权和参与权，从而确保平台的可持续发展。

1.提单生成：发货人拟定承运货物清单后委托货代托运订舱，航运公司确定、装箱核对后依据发货人的要求签发电子提单，明确电子提单流转等特性，并生成相应的密钥，公钥由承运人掌握，私钥使用方主要有监管机构、银行保险机构、收货人，并根据预定规制明确不同使用方所能掌握的提单信息，从而保证提单的隐私性。提单生成后便在应用平台上公示。

2.提单监管：当货物需要质押时，发货人则可发出质押指令，系统根据规则生成金融机构的密钥，则承运人直接与金融企业产生联系，金融机构则具有了所有权和监管权；当收货人支付货款后则根据智能合约自动生成属于收货人的密钥，承运人与收货人产生联系，则货物支配权则由金融机构转移至收货人。

3.提单交易：当提单需要交易时，发货人发出交易指令，经承运人则可确认指令并执行转让交易后，系统生成新的承接人的密钥，则货物所有权则发生了转让交易，承运人与新的承接人凭密钥建立了联系，其流程与提单监管类似。

随着系统的不断完善，平台未来可实现对账功能。由于区块链技术可以确保交易数据实时性、真实可靠且不可篡改，当产生大量相互关联的交易后，那么计费后的对账单基本是一致的，从而实现了交易即清算，从而有效的避免了清算对账所带来的大量的人力物力的耗费。根据2017年奥纬齐询的报告预测，利用区块链技术缩短结算周期，每年可以节约100亿美元～200亿美元[9]。同时，随着系统的不断完善，可以将航运过程中的各种证明、证书等利用区块链技术进行储存、流转存证和查询。

（三）电子提单平台的应用流程

依托电子提单应用平台，可以实现电子提单的签发、流转和海运货物的追踪。下面简要介绍电子提单应用平台的流程。

（1）发货人（或其代理人）通过电子提单应用平台向承运人（或其代理人）发送货物运输内容、要求细则，并申请托运。此信息仅双方可见，并按时间序列存储在相关方及平台服务器内。

（2）承运人对发货人提出的托运申请进行处理，如果承运人具有相关的仓位和运力，托运申请符合承运人的要求，承运人则接受托运申请，平台将自动生成电子提单并发送送货人，由发货人确认并通知承运人。预提单信息主要包括发货人名称、收货时间与地点、货物说明、运输方式及班次等情况。此时电子提单预生成，提单信息仅双方可见，并按时间序列存储在相关方及平台服务器内。

（3）发货人向海关等相关政府部门发送电子提单，进行预报关报检，相关政府部门对相关单据进行预检，确认后将信息及相关证明传送给发货人和承运人，并按时间序列存储在相关方及平台服务器内。

（4）承运人在船边收到货物并装载后，承运人将正式签署电子提单，并自动生成发货人、政府监管、保险、银行等与电子提单相关方的私钥。发货人确认私钥后将拥有货物的支配权以及面向各类主体私钥的支配权，此时电子提单签发完毕。正式提单生成后将在整个应用平台进行登记，并按时间序列储存在平台及所有参与方的储存中心。

（5）当需要通过银行结算或进行质押时，发货人将面向金融机构的私钥发送给相关金融机构。金融机构确认后完成货物的结汇或质押。当面向金融机构的私钥启动后，原发货人的私钥将丧失所有权功能，成为查询私钥，金融机构成为电子提单的持有人，货物支配权则转移至金融机构。此时整个流程信息将以时间序列存储在平台及所有参与方的存储中心，相关方则可以通过密钥获取提单的响应信息。

（6）提单原收货人向金融机构通过电子付款形式通过平台向银行付款赎单后，金融机构确认后，并将属于收货人的私钥发送给收货人，收货人确认后，则金融机构的私钥将丧失所有权功能，成为查询私钥。收货人私钥启动后，收货人取得对货物的支配权。此时整个流程信息将以时间序列存储在平台及所有参与方的存储中心，相关方则可以通过密钥获取提单的响应信息。

（7）当需要变更收货人时，由发货人或金融机构（主要是指提单控制权人）在平台上向承运人发出申请，承运人确认后发起电子提单收货人更改。整个流程的信息将以时间序列存储在平台及平台所有参与方的存储中心。

（8）当货物将要到达港口后，承运人向电子提单所标注的收货人发送取货指令，收货人输入私钥确定身份后接受取货指令，承运人随即为收货人生成新的通信私钥。整个流程信息以时间序列存储在平台及平台所有参与方的存储中心。

（9）当货物到达港口后，承运人向收货人的终端发送到货通知，双方通过电子指令确定提货时间和地点，收货人持私钥赴指定地点取货。私钥使用后随机失效。电子订单完成并自动公示，相关信息存储在平台及平台所有方的存储中心。

五、促进区块链技术应用的建议

现行的国际商务规则、国际航运规则主要是西方主导建立，且在新形势下部分规则内容也逐渐表现出局限性。区块链技术发展为我国融入和参与国际电子商务规则、国际航运规则的制度带来了巨大的机遇，而电子提单的发展为现行规则的改变提供了可能和重要契机。因此建议我国抓住机遇，赋予电子提单合法地位，成立电子提单服务平台，并推广使用，从而形成我国在国际电子提单应用领域的国际电子商务规则、国际航运规则话语权。因此从政府、市场两个方面提出促进区块链技术在提单电子化领域应用的建议。

（一）政府：赋予电子提单合法地位，构建包容性市场

提单电子化是未来发展的趋势，在发达国家积极投入的情况下，我国只有积极行动才能抓住历史性机遇，参与相关规则的制定，贡献自己的力量[10]。区块链技术在电子提单电子化应用的落地不仅仅是技术问题，更大的难题是如何协同各参与主体以及政府监管的关系。在区块链技术领域我国与其他国家站在相同的起跑线上。因此建议相关部门在《海商法》明确提出提单也包括纸质提单和电子提单，并具有同等的法律效力，从而赋予电子提单合法地位。同时，收集和整理目前电子提单在实践运用过程中存在的问题，参考《国际海事委员会电子提单规则》[11]，结合区块链技术的特点及互联网技术的发展，研究提出适用于规范电子提单运行的制度和规则，从而为基于区块链技术的电子提单的发展提供依据和规范。

同时，要鼓励物流领域的相关领袖企业加强创新，提升对新技术的接受程度，鼓励中小型科技创新企业进入电子提单领域。政府一方面对区块链在电子提单领域的应用给予恰当的扶持，另一方面还需要在市场规制方面发挥重要作用，对可能出现的垄断和不正当竞争予以打击。用开放的心态对待相关领域的所有企业，用现代化的手段监测它们的运行，一旦有违社会公平正义，政府强力之手就能够做到精准介入，从而构建包容性的发展市场。

（二）市场：集聚共识，成立电子提单平台

虽然目前我国电子提单的发展处于起步阶段，在推广使用上存在一定的问题，性质、技术、规范等问题应该如何解决也改进仍然需要学界和社会相关人士的进一步探讨，但是区块链技术的出现将极大的改变登记制模式的问题，将为提单电子化提供良好的技术平台。区块链技术可以保障信息的单一性、不可篡改并且可以在非中心化的模式下开展，是理想的权利凭证。随着互联网技术与无纸化的发展，电子提单未来将成为提单的重要组成部分甚至可能彻底取代纸质提单。目前虽然电子提单实际应用时间段，而且我国尚没有本土的电子提单服务商，因此在实务中多是应外方要求被动使用，例如Bolero等电子提单服务商曾到我国做推广应用，但并没有取得成果，所以电子提单使用量占提单总量比例较低。

因此，要充分发挥市场、行业和主导企业的作用，大家凝聚共识，抓住机遇，主动探讨和研究电子提单新模式，加强纵向沟通与横向协调，从而利益聚合与表达，通过制修订的行业技术标准、服务标准确立行业规则，进而成立电子提单服务平台，建立基于区块链技术的海运提单电子化应用平台，推广使用电子提单，并出台电子提单规则。未来在此基础上形成国际贸易的信用、信息、法律纠纷解决中心等，从而掌握国际电子商务规则、国际航运规则话语权。