区块链技术构建可信仓单系统应用研究

李博 潘文锋

摘 要：仓单是大宗商品流通的重要凭证，对于节约交易成本、提高大宗商品流通效率有重要作用。长期以来，我国非标准仓单市场存在仓单信息缺失、信用担保不足和流动性不佳等问题。为解决以上问题，提高非标准仓单信用水平，提出使用区块链技术构建可信仓单系统的解决方案。首先设计区块链仓单系统模型，再运用开源区块链产品HyperLedger Fabric进行概念验证，解决传统仓单系统存在的信息孤岛问题，最终建立有效的仓单信息公示平台。

关键词：非标准仓单;区块链技术;可信仓单系统

0 引言

仓单是仓储物经过“资产证券化”后的流通票据，在降低货物仓储、物流环节的损耗和提高大宗商品流通效率方面发挥着不可替代的作用。仓单除了具有标识仓储物所有权的基础功能外，还具备有价证券的属性。我国仓单分为标准仓单和非标准仓单。段伟常[1]详细介绍了我国标准仓单概念、内涵，分析了仓单与现货之间的关系和存在的诸多问题，以发达国家动产质押业务为参照，指出我国动产质押监管模式存在明显不足，并提出使用区块链架构下标准仓单的应用模型，以实现标准仓单信用“增级”。

非标准仓单在我国有更大的市场体量，但是，纵观非标准仓单市场发展现状，存在仓单信息缺失、信用担保不足、流动性不佳等问题，难以满足仓单业务要求。

区块链技术的发展为解决上述非标准仓单面临的问题从技术上提供了新思路。区块链技术具有去（多）中心化、数据公开透明、数据可溯源和难篡改特性，对于构建组织间互信关系，提高仓单信息可信度，跟踪和记录仓单流转完整信息具有重要意义。蒋东东等[2]基于区块链搭建了电子仓单流转平台，有效论证了该方案的可行性。依托核心机构权威性建立仓单市场联盟，有利于实现核心企业信用传递，提高仓单信用水平。但是区块链技术保证链上流转的信息不可篡改，无法对货权进行有效监控。因此本文提出区块链与物联网技术结合，把对机器的信任延伸至物理世界，利用传感器技术、RFID标签和嵌入式技术打通物理世界与数字世界的信任壁垒，建立可信仓单系统。

1 仓单应用存在的问题

仓单是在存货人按照仓储合同约定将仓储物交付给保管人后，由保管人向其出具提取仓储物的凭证[3]。仓单是仓储合同当事人（存货人和保管人）履行仓储合同义务的证明，即存货人已履行了交付仓储物给保管人的义务，保管人履行了对仓储物进行验收的义务。仓单是一种物权凭证，存货人获得仓单，即意味着获取了仓单记载的仓储物所有权，仓单持有人可凭仓单请求保管人给付仓储物。仓单还是一种有价证券，仓单持有人对所持仓单及其标注的仓储物拥有处置权，可以通过在仓单上背书并经保管人签字或盖章后转让仓单项下仓储物的所有权，也可以通过质押仓单获取融资服务。

在我国，仓单分为标准仓单和非标准仓单。标准仓单是由期货交易所指定交割仓库签发的实物提货凭证，需要经过规定的流程并在交易所注册后始生效。非标准仓单是标准仓单的补充，凡是不满足标准仓单注册条件的仓单都是非标准仓单。通常情况下，非标准仓单是由仓储机构为货主出具的仓库保管单、入库单等有效凭证。

目前，仓单在我国市场应用中存在以下问题：

（1）仓单信息孤岛现象严重。我国仓单业务种类丰富、流程复杂，涉及的参与方众多。通常参与仓单业务的机构间系统相互独立，信息孤岛现象明显，尤其是仓单在经过多次转让、连续交易、质押等操作后，极易发生有效信息缺失、信息链条不完整、权责不明确等问题。这些问题容易滋生虚开仓单、重复质押等风险，加大了监管部门对当事人道德监控的难度。

（2）非标准仓单信用担保不足。我国仓单信用水平高低不一，总体表现为标准仓单信用水平高于非标准仓单信用水平。标准仓单有交易所对其进行信用背书，具有较高的信用水平。非标准仓单的信用水平则主要依赖于签发主体和第三方信用担保机构，通常签发非标准仓单的机构在规模和抗风险能力方面表现欠佳，能够为非标准仓单提供信用背书的第三方担保机构数量较少，因此非标准仓单面临信用担保不足的问题。

（3）仓单流动性不佳。标准仓单持有成本较高，通常只应用于大宗商品外贸现货和国内期货交易所，市场体量有限。非标准仓单数量远远超过标准仓单数量，属于仓单市场中的长尾部分。但是非标准仓单因为面临信用担保不足的问题，所以其信用水平较低，市场流动性表现不佳;在质押融资方面，仓单质押业务活跃度不高，参与银行融资的仓单数量占比不到5%。

2 区块链技术可解决的关键问题

区块链思想诞生于2008年中本聪（Nakamoto Satoshi）[4]发表的题为《比特币：一种点对点的电子货币系统》的论文。他提出了一种在没有可信任第三方机构参与的情况下，通过点对点网络解决双重支付问题的方案。该方案使用了时间戳、数字加密、分布式共识机制等关键技术，这种揉合了多种信息技术的分布式记账方式被称为区块链技术。区块链本质上是建立一种公平、公开、公信的交易机制，具有去中心化的特点。它通过创建数据公开透明和不可篡改的交易环境抑制参与者作恶的心理，通过组织参与机构进行相互监督规范参与者交易行为，共建组织间的信任关系。

仓单市场缺少有效仓单信息公示机制和行业公认的仓单信用标准。区块链技术具有信息公开透明、数据可溯源、难篡改的特性，可通过两个方面积极改善上述问题。

（1）建设高可信的仓单信息公示平台。使用区块链技术建设仓单信息公示平台，解决参与机构间的信息孤岛问题，提高仓单信息可信度。区块链技术也被称为分布式账本技术，区块链网络中的每个节点都维护着一份相同的账本，联盟成员可以基于本地账本准确获取仓单基本信息，跟踪仓单注册、转让和质押等流转信息，有效避免因仓单信息缺失导致仓单多重质押等风险。

（2）建立联盟成员公认的仓单信用标准。使用区块链技术构建仓单市场联盟，依托核心企业权威性，建立联盟内公认的仓单信用标準。我国仓单业务涉及的参与机构具有种类多、数量大、规模各异的特点，不具备建立中心化信任模型的基础条件。利用区块链技术构建仓单市场联盟，由核心企业组成联盟链的多中心组织，对区块链网络内的仓单业务进行信用背书，有利于核心企业信用传递，提高非标准仓单信用水平。

3 模型设计与构建

3.1 区块链技术构建可信仓单系统模型设计

我国仓单市场缺少有效的仓单信息公示机制和行业公认的仓单信用标准。解决该问题的关键是建立一个信息公开透明、仓单公信度高的仓单市场联盟。本文设计了一种基于区块链技术构建可信仓单系统的解决方案，其逻辑模型如图1所示。

模型参与机构包括仓单持有人、仓储机构、信用担保机构和银行。其中，仓单持有人为仓单实际所有者，持有人可以基于所持仓单开展多种业务;仓储机构是仓储物的存管机构，拥有仓储物的监管权;信用担保机构可以为仓单信用提供担保，提高仓单信用水平;银行在仓单质押业务中充当质权人角色。

模型中将上述参与机构分为核心机构和普通机构，其中，核心机构指在行业中发展较好、具有权威性的企业，包括核心仓储机构、核心信用担保机构和核心银行;普通机构指经营规模较小的市場参与者，包括仓单持有人、普通仓储机构、普通信用担保机构和普通银行等。

为每个参与机构搭建专属的区块链节点，这些节点上记录有仓单信息，存储着相同的仓单账本。在该模型中选择核心仓储机构、核心信用担保机构、核心银行的区块链节点形成联盟链的多中心组织，负责对区块链网络中发生的每一笔仓单业务进行确认和信用背书，普通节点只需要对与自己相关的仓单业务进行验证和背书签名即可。

基于区块链技术构建的仓单系统模型中流转的仓单信息具有公开透明、数据可溯源和难篡改的特点，该仓单信息公示平台可信度较高;经过区块链仓单系统办理的仓单业务不仅由参与双方承认，还得到核心机构的认可，有利于提高仓单信用水平，形成行业公认的仓单信用标准。

3.2 基于HyperLedger Fabric的可信仓单系统构建

HyperLedger Fabric是一种开源的区块链技术产品，是目前应用最广泛的联盟链产品[5]。Fabric提供了身份管理、账本管理、交易管理、智能合约（链码）管理等功能，能够快速搭建商业区块链平台。本实验使用Fabric 1.2.0版本搭建可信仓单系统原型，以验证上述模型可行性。基于区块链技术的可信仓单系统架构如图2所示。

该系统分为4层结构，自下而上第一层是基础设施层，使用Level DB作为区块链状态数据库，Linux服务器提供系统服务;第二层是容器层，使用Docker技术虚拟化多个docker容器代表不同的网络节点;第三层是区块链核心技术层，使用Fabric在docker容器之间建立区块链网络;第四层是仓单系统应用层，通过Web应用调用Fabric提供的API与区块链网络进行交互。

该实验构建了一个包含1个Orderer排序服务节点和7个Peer节点的区块链仓单系统，其中区块链系统中各节点功能描述如表1所示。

该实验区块链系统包含两种类型的节点，一种是Orderer节点，负责对系统中的交易数据进行排序，生成区块;另一种是Peer节点，负责在区块链系统中发起交易、背书交易结果、验证区块和记录账本数据。区块链仓单系统核心机构节点与普通机构节点均属于Peer节点，但是二者在功能方面存在差异：①对交易进行签名背书时，普通节点只需要对与己相关的仓单业务签名背书，核心节点需要对网络中发生的所有仓单业务签名背书;②普通机构节点具有发起仓单业务、背书仓单信息、查询和记录仓单账本数据的基础功能，核心机构节点除了具有普通机构节点的功能外，还具有管理同类型普通节点的功能，例如新增节点和运维等工作。

区块链中Peer节点通过设计不同智能合约实现了不同功能。智能合约是区块链系统中可自定义的代码文件，当满足特定条件时区块链节点会触发智能合约的代码，执行相应操作。本实验共运行了7份不同的智能合约，分别对应7种不同角色的区块链节点，并决定了相应功能。

以仓单登记注册业务为例，说明区块链系统内业务流程特点。区块链仓单系统仓单注册业务流程如图3所示。

存货人完成仓储物入库工作后，由仓储机构通过区块链系统录入仓单基本信息并提交仓单注册申请，仓单基本信息被保存在仓储机构节点的状态数据库中，并标记为申请状态。仓储机构申请的动作被记录在区块链系统中不可修改的区块链上。该仓单注册申请需要得到区块链网络核心机构节点的背书签名，方可提交，仓单注册申请提交成功后，仓储机构节点状态数据库中的仓单基本信息和区块链上申请信息被同步到区块链系统中的其它节点上。存货人可以从本地节点获知仓单注册申请的信息，然后通过区块链仓单系统对仓单基本信息进行确认，存货人确认动作会被记录到本地节点不可以修改的区块链上，确认同样需要获得核心机构节点的背书签名后才能成功。仓单注册申请经存货人确认成功后，区块链系统所有节点数据再一次同步更新。此时，根据仓单是否需要信用担保，决定仓单注册下一步流程。如果不需要信用担保，则仓单注册申请流程完成，区块链状态数据库中的仓单基本信息会被更新为流通状态;如果需要信用担保机构进行担保，信用担保机构基于本地节点的信息完成担保确认操作，核心机构节点背书签名确认后，将确认操作信息同步到区块链系统的全部节点，完成仓单注册流程。上述业务流程看似复杂，但是实际上的背书签名操作、状态数据库和区块链数据网络同步等工作均由智能合约自动完成，无需人工操作。

基于区块链技术的仓单系统特点在于仓单基本信息和仓单业务全过程均被被记录在不可篡改的区块链上。这些信息在联盟内公开透明，区块链的每一个节点都可以基于本地账本数据查询仓单基本信息，获取仓单完整的流转信息。另外，每一个经过核心企业节点背书的仓单业务不仅由参与双方承认，还经过核心机构的信用背书，仓单信用水平将得到有效提升。

4 结语

使用区块链技术构建可信仓单系统对于建立仓单信息公示机制和制定行业公认仓单信任标准具有重大意义。区块链技术是目前信息公开度最大、可信度最高的信息公示技术。加入联盟链的成员可以基于本地节点，准确获取仓单基本信息和流转过程，对于仓单的来龙去脉有更全面的了解，从而有效地预防“仓单重复质押”等风险，亦可为事后纠纷提供有效证据。同时，以核心仓储机构、核心信用担保机构、核心银行节点为多中心的联盟链网络，代表了仓单市场最高信用水平，经由核心机构节点背书的仓单和仓单业务在联盟范围内具有普遍的公认度，对于建立行业公认的仓单信任标准十分有益。

在仓单领域使用物联网技术，可以实现对仓储物生产、存储和物流环节的监控。区块链和物联网的结合有利于形成有形资产和数字资产的直接映射关系，解决链上、链下数据信任问题，区块链技术可保证存储在区块链上的数据不被恶意篡改，物联网技术可提高上链数据真实性，反映仓储物实际情况，有效防止“一货多用，虚开仓单”等风险事件的发生。

本文提出 “区块链+物联网”的技术建议，为解决数据上链环节的真实性问题提供了思路。虽然区块链可以保证存储在链上的数据不被恶意篡改，但是无法监控线下欺骗行为，不具有判断初始上链数据真实性的能力。虚开仓单是仓储物保管人与仓单非法持有人线下勾结产生的欺骗事件，区块链技术并不能防范该类问题的发生。

参考文献：

[1] 段伟常. 区块链架构下标准仓单融资机理研究[J]. 金融理论与实践，2018，467（6）：54-58.

[2] 蒋东东，商玉林，田野，等. 基于区块链的电子仓单流转平台建设[J]. 西安工程大学学报，2017，31（6）：829-835.

[3] 李栋. 仓单制度研究[D]. 济南：山东大学，2004.

[4] NAKAMOTO S. Bitcoin： a peer-to-peer electronic cash system[DB/OL].  https：//bitcoin.org/bitcoin.pdf？.

[5] 張增骏，董宁，朱轩彤，等. 深度探索区块链-Hyperledger技术与应用[M]. 北京：机械工业出版社，2018.

[6] 饶东宁，王军星，蒋志华，等. 区块链技术在物流供应链领域应用综述[J]. 软件导刊，2018，17（9）：1-3+8.

[7] ANDROULAKI E，BARGER A，BORTNIKOV V，et al. Hyperledger fabric： a distributed operating system for permissioned blockchains[DB/OL].  https：//arxiv.org/pdf/1801.10228.pdf.

[8] 徐忠，邹传伟. 区块链能做什么，不能做什么[J]. 金融研究， 2018（11）：1-18.

[9] 袁勇，王飞跃. 区块链技术发展现状与展望[J]. 自动化学报，2016，42（4）：481-494.

[10] 董宁，朱轩丹. 区块链技术演进及产业应用展望[J]. 信息安全研究，2017，3（3）：200-210.

[11] 吕坤， 鲍可进. 基于区块链的数字资产交易系统设计与实现[J].  软件导刊， 2018， 17（7）：213-217.

[12] 黄征，李祥学，来学嘉，等. 区块链技术及其应用[J]. 信息安全研究，2017，3（3）：237-245.

[13] 孙毅，范灵俊，洪学海. 区块链技术发展及应用：现状与挑战[J]. 中国工程科学，2018，20（2）：27-32.

[14] 吴思进. 区块链将在物流领域得到广泛应用[J]. 中国储运， 2016（11）：58.

[15] 侯义斌，梁勋，占小瑜. 基于区块链的电子证据系统架构模型[J].  计算机科学，2018， 45（S1）：361-364.

[16] 郎希. 区块链技术在金融行业的应用场景[J]. 现代营销：经营版，2018，308（8）：182.

[17] 张夏恒.  基于区块链的供应链管理模式优化[J]. 中国流通经济， 2018（8）：42-49.

[18] 宫晓林，杨望，曲双石. 区块链的技术原理及其在金融领域的应用[J]. 国际金融， 2017（2）：46-54.

[19] 张，刘德. 区块链中的安全问题研究[J]. 数字技术与应用， 2017（8）：199-200.

[20] 何蒲，于戈，张岩峰，等. 区块链技术与应用前瞻综述[J]. 计算机科学，2017（4）：1-7+15.

（责任编辑：江 艳）