基于演化博弈的新能源汽车供应链信息上链有效性的智能合约设计

卢志平，肖晓明，陆成裕

（1.广西科技大学 经济与管理学院，广西 柳州 545006；2.广西工业高质量发展中心，广西 柳州 545006）

在供应链管理系统中，信息是决定供应链效率的重要因素之一，是更好地进行供应链管理的重要前提。信息的双向透明度是节点企业更好地进行交易的主要考量标准，即当节点企业获取到的信息越多、越真实，就能做出越高质量的决策。然而，“柠檬市场”的存在为供应链管理带来了巨大的挑战[1]，在供应链信息共享过程中，由于大量虚假信息的充斥[2]，使得企业对真实信息的获取比较困难，信息不对称问题愈发凸显；又由于提供真实信息反而对自身不利，使得部分愿意公开真实信息的个人或企业被迫提供虚假资产信息，导致供应链信息不对称的情况越来越严重，从而造成供应链信息的恶性循环。区块链技术作为21 世纪的一项伟大技术革命进步[3]，拥有去中心化、链式数据结构、不可篡改等特性，为信任机制的搭建提供了技术支撑[4]，有利于解决供应链节点信用和数据共享问题。

目前，已有研究论证了区块链与供应链“双链”融合的高效性。例如，喻麒睿等[5]利用区块链技术对高铁和共享汽车的供应链进行研究，解决了数据信息的溯源问题。李保东等[6]研究开发了区块链技术在汽车供应链产品追溯系统，验证了该系统在提高溯源效率的同时也增加了安全性。Dutta 等[7]通过文献收集的方式，证明了区块链技术对供应链的业务流程管理有很好的改善作用。在利用区块链技术进行信息管理或传递方面，杨慧琴等[8]针对传统供应链“信息孤岛”问题，分析了区块链技术在供应链信息系统中的适用性和优越性。Kopyto 等[9]研究发现，区块链技术将在2035 年在供应链管理中发挥强有力的作用。区块链技术能够实现信息的去中心化，打破“信息孤岛”。同时，区块链还能保证信息在传递过程中的真实性，对整个供应链的管理难度以及成本浪费具有很好的抑制效果。然而，运用区块链技术虽然保证了信息在传递的过程中是绝对真实的，但是并不能排除信息上链前被人为篡改信息的可能。徐琪等[10]研究发现，当实现信息共享后，并不能使系统达到均衡状态，还存在谎报信息的动机。晏国菀等[11]通过对供应商和零售商利润博弈发现，零售商共享真实信息会导致自身利润下降、供应商利润上升，并提出如果双方在共享信息前，能够达成某种利益协议，则信息共享的阻碍因素和扭曲信息的动机将会消失。因此，单纯依靠一个区块链信息系统，并不能保证所共享的信息是完全真实的，还需要对信息录入的源头进行控制。崔铁军等[12]通过仿真分析研究发现，在农产品供应链中，通过设置激励或惩罚机制能够影响主体的策略选择。杨学成等[13]分析了区块链对供应链数据共享的驱动作用，并认为激励系数和惩罚系数对供应链主体数据共享意愿有正向影响。因此，通过设置激励和惩罚机制能够有效降低节点在区块链系统中的违约行为，但如何具体利用激励和惩罚机制在区块链系统中实现对节点行为的控制，还需要进一步研究。

针对已有研究存在的问题，本文从以下两个方面进行研究：首先，以新能源汽车供应链为研究对象，提出基于区块链技术的新能源汽车供应链信息共享的理论框架；其次，选取基于区块链技术的新能源汽车供应链信息管理系统中任意两个参与方作为博弈主体，构建演化博弈模型，探讨所设置的激励和惩罚机制对节点初始行为的影响，根据博弈结果启发设计节点信息上链的智能合约，实现对节点上链行为的控制和监督。

一、新能源汽车供应链区块链信息共享框架构建

首先，供应链节点出于对自身利益的考虑，会选择不共享或错误共享相关信息，且各企业的数据和信息的计量方式是不统一的，往往在需要交易数据和信息时耗费大量的时间，整个供应链成本便会随之增加；其次，人不是完全理性的，在考虑自身利益的情况下进行决策时，会受到感性因素的影响，信息的共享机能会偏离原始信息，企业间的信任问题就会随之暴露。区块链技术的引入能够实现节点相互信任，同时利用智能合约规定数据或信息的统一计量标准，保证各节点在共享信息时能够快速使用而不需要进行分析或筛选。

区块链技术作为一项分布式储存技术，系统内所有节点在任意时间均可以获得完整数据的拷贝，即使是后期加入的企业，也可以使用其加入系统前就被交易的数据，这增加了数据的利用率和信息的完整性。在新能源汽车供应链中嵌入区块链技术的信息共享框架的构建思路如下：

1.新能源汽车供应链按产品交付路线划分，可分为销售商、主机厂、电机供应商、电池供应商等节点，选取以上节点构建一条联盟链，各节点均会分配到一个账户，这个账户可用来交易信息、获取信息收益或支付惩罚等。

2.销售商作为供应链最前端的节点，在获得市场需求时可以将此信息上传至系统，其他节点可以查看；主机厂和供应商可以上传各自的零部件生产库存情况，且任意节点都可以根据对方的库存情况安排生产或变更生产计划等。

3.零件在配送过程中可由供应商或承担运输的物流公司输入物流数据，共享零件配送情况，保证了数据不被篡改。在零件送达主机厂后若出现质量问题，可方便确认责任部门，实现零件在运输或搬运过程中质量问题的追溯，其理论框架的构建如图1 所示。

图1 基于区块链技术的新能源汽车供应链共享信息框架

区块链系统能够保证信息传递的真实性，但对于信息在节点录入系统时的质量缺乏控制，为了完善区块链技术在供应链信息管理方面的功能，应当充分利用其智能合约的特性。基于此，本文从节点博弈的角度，探讨了激励和惩罚机制对节点策略选择的影响，从而制定有效的智能合约，并完成对信息从录入到传递整个过程的控制，而不只局限于单个传递过程。

二、节点行为博弈分析

（一）模型假设与构建

模型所使用到的参数如表1 所示。

表1 模型设计符号及说明

1.博弈主体。选取销售商和主机厂为两个节点。为简化研究，假设博弈主体为A 节点和B 节点，二者是理性博弈群体，各节点都会采用自身效益最大化的策略。

2.策略选择。节点的策略分别有履约和违约，当节点遵守区块链系统的规则、共享初始真实信息，即履约；违反规则、不共享信息或共享不真实信息，即违约。假设博弈A 节点履约的概率为x，违约的概率为1-x；博弈B 节点履约的概率为y，违约的概率为1-y。本次的交易行为会对博弈主体的参数E产生影响。

（二）演化博弈均衡点分析

定理1：区块链技术下，节点A 和节点B 的复制动态方程为

证明1：节点A 的复制动态微分方程。

节点A 选择履约和违约的收益分别为UA1和UA2，平均期望收益为；

由表2 可知：

表2 节点A 和节点B 的博弈收益矩阵

因此，节点A 的平均期望收益为

得到节点A 的复制动态方程为

证明2.节点B 的复制动态微分方程。

同理，节点B 选择履约和违约的期望收益为

节点B 的平均期望收益为

因此，节点B 选择履约的复制动态方程为

证毕。

定理2：系统存在5 个局部均衡点。

证明3：

1.F（x）表示节点A 选择履约策略的概率随时间的变化率。令F（x）=0，得到3 个可能的均衡解。

2.F（y）表示的是节点B 选择履约策略的概率随时间的变化率。令F（y）=0，得到3 个可能的均衡解。

系统的演化过程是往均衡方向发展的，且节点策略选择在稳定点时的变化率应该为0，所以均衡点还要求F＇（x）＜0。因此，对节点A 的复制动态方程中x求偏导得

根据复制动态方程进行平衡点分析可得：

同理，对节点B 的复制动态方程中y求偏导得

根据复制动态方程进行平衡点分析可得：

(三)仿真分析

根据上述演化模型，对不同情况下演化博弈路径进行仿真分析。由所构建的复制动态方程可知，影响区块链技术下供应链节点间的违约与履约的主要因素有：节点的信用指数(E)、抵押的保证金(G)、共享信息带来的信息收益(Ri)、共享信息带来的风险可能性(λ)。本文参数设置参照相关文献[9]，初始令EA=EB=25、RA=RB=8、λ=0.3、G=8，在此基础上讨论参数变化对节点策略选择的影响。

1.研究信用指数参数的变化对演化过程的影响。信用指数表示的是企业履约交易时给自身带来的信用增加值，E越大表示企业的信用越好，之后其他节点越愿意和其进行合作等。控制其他参数不变，变化E的取值，节点A 和节点B 的动态演化结果如图2 所示。随着E的增加，节点选择履约的时间越来越短，说明信用指数的大小正向影响节点选择履约的概率。

图2 信用指数对演化过程的影响

2.讨论保证金参数的变化对演化过程的影响。在区块链平台中，每个加入节点的企业，都需要预先缴纳一定的保证金作为企业信用保证，如果提供的信息有误或其他违约现象，另一节点会获得其保证金金额，通过演化分析，随着保证金金额G的增加，企业越趋向于选择履约，保证金金额G与企业的履约概率成正比，如图3所示。

图3 保证金金额对演化过程的影响

三、基于博弈结果的智能合约设计

智能合约是电子化的合约，能够在无人监管下对非主观类事件进行判断。因此，为了增加信息在供应链中的传递的真实性和安全性，根据演化博弈结果，即信用指数、保证金数目越高，节点的履约概率就越大，可以通过智能合约设置两种规则，具体思路与实例代码如下。

（一）节点入链规则设置

企业的信用指数对信息上链的真实性有正向影响，因此在应用区块链系统时，所有加入的节点均需要通过超级管理员的身份检查，超级管理员检查申请加入节点的信用指数E，若达标则予以授权。基于solidity 智能合约设计的部分代码实现如下：

代码执行结果如表3，只有调用该合约的账户是超级管理员时，才可以在系统中添加其他节点，允许该节点进入系统并进行交易。

表3 保证金合约执行结果

(二)设置保证金规则

利用智能合约设置保证金数目，即要加入该系统就需要缴纳一定数量的保证金金额，保证金金额越高，意味着企业的违约成本就越高，企业就越不可能上传不真实信息。代码实现如下:

首先参与方均须向合约地址缴纳3ether 的保证金，保证其愿意加入该系统并同意交易规则。假设当主机厂发现电机供应商提供的信息有误，主机厂可提出进行复核申请，若复核结果与之前不一样，则主机厂可获得电机供应商的保证金。反之，则电机供应商可获得主机厂的保证金，其智能合约执行结果和交易信息见表3。

综上，通过节点演化博弈结果启发设计了入链规则和保证金的智能合约。入链规则的智能合约能够对申请入链的企业进行筛选，申请企业在通过信用指数检查之后方可以加入区块链系统，并设置对应的访问权限，这一措施从源头上对企业的违约行为进行了抑制，并设置最低信用指数值，实现了系统自动判断参与节点的信用指数是否满足要求；保证金的智能合约设置，能够对在交易过程中出现的违约行为进行控制，保证金越高，对企业违约行为的抑制作用就越明显，从而在信息传递过程中保证了交易信息和数据的质量。两个合约的设计进一步加强了基于区块链技术的新能源汽车供应链信息管理系统的应用实际性和交易安全性。

四、结语

区块链技术作为一项新兴的信息技术，其开发重点是用来解决信息安全和“信息孤岛”的问题，本文基于区块链技术的新能源汽车供应链节点间信息上链前的真实性问题，构建了演化博弈模型，并通过仿真分析得出影响企业上传真实信息的主要因素为信用指数(E)和保证金(G)，信用指数和保证金对节点履约概率均有正向影响。基于此，设置了两种智能合约：其一是把企业的信用指数列为入链标准，设置超级管理员，验证企业的信用指数，当一个企业的信用较低时，拒绝其加入该系统；其二是为了保证信息的真实性，设置了惩罚机制保证金M来提升企业履约概率，当企业选择上传虚假信息或其他违规行为时均会被扣除保证金，保证金越多，违约代价就越高，企业就越不可能违约。

基于演化博弈模型来设计智能合约，不仅能够观察到企业在不同条件下的策略选择，从而更加科学地设计出适合新能源汽车供应链区块链系统的智能合约，而且能够将企业的违约可能量化出来，在限制信用指数和保证金数目的条件下实现了企业的履约概率的增长，这为后续运用区块链技术进行相关信息管理时，对如何保证系统内节点上链初始真实信息提供了参考意见。但是本文研究的信用指数和保证金数目只证明了与节点履约行为的正相关性，并未给出在何种信用指数和保证金数目下，既能够保证系统的交易质量，又能使更多的企业愿意承担违约的风险。因此，在后续的研究中将对这一问题进行深入研究。