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        基于區(qū)塊鏈的區(qū)域配送資源數(shù)據(jù)共享模型研究

        2019-08-21 02:27:28石永強(qiáng)黃天智張智勇楊磊
        財訊 2019年21期
        關(guān)鍵詞:區(qū)塊鏈

        石永強(qiáng) 黃天智 張智勇 楊磊

        摘? 要:從配送行業(yè)的現(xiàn)狀,不難發(fā)現(xiàn)在配送市場上,區(qū)域配送資源數(shù)據(jù)共享困難。因為配送資源數(shù)據(jù)種類多,體量大,集中困難,數(shù)據(jù)共享一直是個難點。數(shù)據(jù)不公開,配送企業(yè)間盲目競爭,損害了企業(yè)的自身利益,也降低了社會總效益。本文提出一個基于區(qū)塊鏈的區(qū)域配送資源數(shù)據(jù)共享模型,具有去中心化、集體維護(hù)、安全可信、不可篡改等特點,適用于解決區(qū)域配送資源數(shù)據(jù)共享的難題。文中從區(qū)塊鏈的一般原理出發(fā),針對配送資源數(shù)據(jù)的復(fù)雜性設(shè)計了獨特的存儲結(jié)構(gòu),詳細(xì)說明了模型的架構(gòu)。通過模型與現(xiàn)存方案的對比,分析了本模型的優(yōu)勢以及帶來的影響。

        關(guān)鍵詞:區(qū)塊鏈;配送資源數(shù)據(jù);共享模型;區(qū)域配送

        一、引言

        在目前的區(qū)域配送的市場上,配送資源及數(shù)據(jù)主要掌握在兩種角色手中,一是物流公司(Logistics Company,LC),擁有較多配送資源,掌握大部分的配送資源數(shù)據(jù)。單一物流公司擁有的人力資源與設(shè)備資源較少,其一方面承擔(dān)配送關(guān)系中資源提供方角色,一方面承擔(dān)信息提供者角色。作為資源提供方,能夠利益最大化地利用自己的資源,然而作為信息提供方,考慮相對較少,不加整理地將需求信息提供給外者,信息的準(zhǔn)確性難以保證,無法說服他人信任,容易導(dǎo)致資源的不合理配置與利用。二是物流信息中介(Logistics information intermediary,LII),有自己的信息平臺,在平臺上發(fā)布整合過的配送供需雙方的資源數(shù)據(jù)。雙方各取所需,但是盲目地選擇,沒有算法作支撐,配送資源的合理利用很難實現(xiàn),加之平臺提供者有可能對平臺數(shù)據(jù)進(jìn)行篡改,無法保證信息的安全可靠。

        數(shù)據(jù)可被篡改,傳輸不安全等嚴(yán)重阻礙了區(qū)域流通業(yè)的發(fā)展。然而區(qū)塊鏈的誕生,將改變這種配送資源數(shù)據(jù)不均勻分布于相關(guān)企業(yè)的現(xiàn)狀。

        區(qū)塊鏈技術(shù)可以幫助配送供需雙方快速安全地認(rèn)證權(quán)限,實現(xiàn)自由的數(shù)據(jù)訪問和分享。因此將區(qū)塊鏈技術(shù)引入配送領(lǐng)域,會使區(qū)域配送資源數(shù)據(jù)得到極大程度地公開,配送資源流動合理性得到極大提升,“區(qū)塊鏈+”配送將是未來區(qū)域配送領(lǐng)域發(fā)展的一大方向。

        從區(qū)塊鏈技術(shù)在各行各業(yè)近兩年的發(fā)展看,金融與供應(yīng)鏈領(lǐng)域應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)較多,也有醫(yī)療,能源等相關(guān)領(lǐng)域有所應(yīng)用。薛騰飛等利用改進(jìn)的DPoS機(jī)制構(gòu)建了一個基于區(qū)塊鏈的醫(yī)療數(shù)據(jù)共享模型。蔡金棋等設(shè)計了一種基于區(qū)塊鏈的3層能源交易架構(gòu),并對區(qū)塊鏈在能源交易中應(yīng)用需要解決的問題和面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了分析。郭珊珊利用區(qū)塊鏈上區(qū)塊信息不可篡改的特性,實現(xiàn)了供應(yīng)鏈上的可信溯源查詢。朱建明等在分析了區(qū)塊鏈的特點、局限性以及其鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)散列原理的基礎(chǔ)上,提出了基于區(qū)塊鏈的B2B+B2C供應(yīng)鏈各交易主體結(jié)構(gòu)簡圖及動態(tài)多中心協(xié)同認(rèn)證模型。張曉玫等提出了區(qū)塊鏈金融模式,并指出區(qū)塊鏈能在根本上改變?nèi)谫Y雙方的信息結(jié)構(gòu),從根本上緩解小微企業(yè)的信貸配給。

        可以看出,區(qū)塊鏈結(jié)合配送領(lǐng)域的應(yīng)用較少,主要由于配送領(lǐng)域的數(shù)據(jù)種類多,體量大,集中困難,使區(qū)塊鏈在配送領(lǐng)域的發(fā)展舉步維艱。本文提出了基于區(qū)塊鏈的區(qū)域配送資源數(shù)據(jù)共享的一種模型(Distribution data share model ,DDSM),幫助解決區(qū)域配送資源數(shù)據(jù)存儲集中、安全共享難、數(shù)據(jù)可信度過度依賴于少數(shù)中心化組織機(jī)構(gòu)等問題,實現(xiàn)去中心化,可信任的配送資源數(shù)據(jù)共享。

        二、區(qū)塊鏈基礎(chǔ)知識

        數(shù)據(jù)層與網(wǎng)絡(luò)層為區(qū)塊鏈提供硬件基礎(chǔ)與技術(shù)條件,哈希函數(shù)將不同大小的數(shù)據(jù)塊映射成固定長度的地址碼,方便數(shù)據(jù)的查找,非對稱加密確保某筆交易只有參與人知道交易詳細(xì)情況,外界只了解交易的發(fā)生與否,既公布了交易信息,又保護(hù)了交易雙方的隱私;共識層是去信任的關(guān)鍵,是以算法作支撐,在一定的規(guī)則下,各節(jié)點絕對信任當(dāng)值節(jié)點(負(fù)責(zé)下個區(qū)塊的寫入工作)的操作;激勵層解釋了各節(jié)點爭相做記賬員的驅(qū)動力,例如在比特幣區(qū)塊鏈中各節(jié)點的驅(qū)動力是比特幣;合約層是交易雙方簽定的契約,由算法實現(xiàn),交易在此契約下自動完成,具有同步性,交易內(nèi)容難以更改;應(yīng)用層是面向各行各業(yè)的接口,各領(lǐng)域都可以根據(jù)自己領(lǐng)域內(nèi)的業(yè)務(wù)流程特點,將區(qū)塊鏈引用進(jìn)本行業(yè)發(fā)展。

        區(qū)塊鏈的特性就是去中心化、去信任、集體維護(hù)、可靠數(shù)據(jù)庫。區(qū)塊鏈出現(xiàn)之前數(shù)據(jù)庫都集中在中心化的機(jī)構(gòu),交易雙方的數(shù)據(jù)要經(jīng)過中心機(jī)構(gòu)的流轉(zhuǎn),中心機(jī)構(gòu)是雙方信任的基礎(chǔ),交易產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)都存在中心機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫中,由數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一保管處理。區(qū)塊鏈的出現(xiàn)帶來了新的數(shù)據(jù)存儲的方式,它沒有中心化的機(jī)構(gòu),而是人人維護(hù)數(shù)據(jù)庫,而且維護(hù)建立在某種規(guī)則之上,可以使所有參與方信服,且一旦記錄存入數(shù)據(jù)庫中將無法更改,確保了數(shù)據(jù)的安全性。

        三、區(qū)域配送資源數(shù)據(jù)共享模型

        (1)節(jié)點間共識機(jī)制

        DPoS與PoS不同的是,DPoS機(jī)制中每個節(jié)點都有權(quán)參與到選舉本輪記賬的節(jié)點,每個節(jié)點投出手中的股份權(quán)益給一個代表,獲得權(quán)益最多的代表節(jié)點將負(fù)責(zé)本輪記賬。本模型中各節(jié)點的算力有差別,可以將算力較高的物流中介節(jié)點當(dāng)作候選節(jié)點,少部分的物流公司如果其算力夠強(qiáng)也可以加入到候選節(jié)點中。各個節(jié)點都有股份權(quán)益,股份權(quán)益的大小將與兩部分內(nèi)容相關(guān),一是本節(jié)點的算力,算力越強(qiáng)其股份權(quán)益越大;二是服務(wù)接收方對節(jié)點提供的服務(wù)的評價,評價越高,其股份權(quán)益越大。如此可避免高算力節(jié)點一直有高話語權(quán),導(dǎo)致各節(jié)點努力提高算力而忽視客戶服務(wù)。算力相當(dāng)于各節(jié)點的服務(wù)硬件水平,高算力意味著高的硬件水平,可提供更完善的服務(wù);股份權(quán)益相當(dāng)于比特幣區(qū)塊鏈激勵層中的比特幣,是各節(jié)點爭相記賬的驅(qū)動力,可以把它看成LIIS和LCRS中各節(jié)點的信用積分,與各節(jié)點的利益掛鉤,信用積分越高者越能吸引需求量,積分較低者對需求量沒什么吸引力,且長期如此的話可能會倒閉,退出LIIS和LCRS節(jié)點群。共識層的DPoS,不僅使大家對記賬權(quán)達(dá)成共識,也解釋了激勵層中的激勵因素。

        (2)配送資源數(shù)據(jù)Item塊

        本文將配送資源分為兩類,一類可以稱之為靜態(tài)數(shù)據(jù),如配送場所包括的配送中心的地址數(shù)據(jù),配送設(shè)備包括的叉車的規(guī)格參數(shù),存儲設(shè)備包括的貨架托盤的型號參數(shù),運輸設(shè)備包括的各種貨運車輛的型號參數(shù),裝載量參數(shù)等短時間內(nèi)不會發(fā)生變化的數(shù)據(jù);一類稱之為動態(tài)數(shù)據(jù),如配送供需雙方交易包括的時間,地點,特殊需求,當(dāng)前市場上的配送能力,需求量等實時發(fā)生變化的數(shù)據(jù)。

        靜態(tài)數(shù)據(jù)短時間內(nèi)不發(fā)生變化,可以將存儲在數(shù)據(jù)庫中一片獨立的空間,用哈希函數(shù)計算哈希值存儲于Item塊中,避免頻繁的調(diào)取與存儲導(dǎo)致的高處理成本。動態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)別于靜態(tài)數(shù)據(jù)的存儲空間,因為其數(shù)據(jù)量較少,而且對于交易比較重要,可以直接錨定在Item上,便于事后追蹤查詢。

        每隔一段時間,就會有一個節(jié)點會滿足各種條件,且獲得其他節(jié)點的認(rèn)可,產(chǎn)生一個區(qū)塊,記錄該段時間內(nèi)的所有成功的交易。每筆交易都會產(chǎn)生一個Item塊,一個區(qū)塊(Block)里有多個Item塊,由算法產(chǎn)生特定的頭部,鏈接在上個區(qū)塊后。

        (3)分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

        分布式數(shù)據(jù)庫的基本思想是將原來集中式數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分散存儲到多個通過網(wǎng)絡(luò)連接的數(shù)據(jù)存儲節(jié)點上,以獲取更大的存儲容量和更高的并發(fā)訪問量。本模型中,各節(jié)點都能平等地訪問物流公司或物流信息中介數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),分布式數(shù)據(jù)庫可以進(jìn)行線性擴(kuò)展,便于時時記錄配送市場上產(chǎn)生的少量交易數(shù)據(jù)。海量用戶可以通過應(yīng)用程序接口訪問交易數(shù)據(jù),而不會產(chǎn)生并發(fā)用戶量較多,系統(tǒng)反映遲鈍的情況。

        四、工作流程

        模型中,用戶通過網(wǎng)頁,手機(jī)終端等交互界面向DDMS查詢當(dāng)前市場上的配送資源,得到反饋,并選擇供應(yīng)方,DDMS收到請求后,開始一系列的運作,批量交易完成后會錨定到配送區(qū)塊鏈上,具體的工作流程如下:

        步驟1.單筆交易中,需求方通過終端查詢目前市場上存有的配送資源,并與供方溝通后達(dá)成協(xié)議,交易等待處理并產(chǎn)生交易數(shù)據(jù)。

        步驟2.某段時間內(nèi)發(fā)生了n場交易,交易信息等待被寫入數(shù)據(jù)庫。

        步驟3.在同段時間內(nèi),LIIS與LCRS根據(jù)LIIS中各節(jié)點的股票權(quán)益,投票產(chǎn)生本輪可以生產(chǎn)區(qū)塊的節(jié)點。

        步驟4.投票產(chǎn)生的節(jié)點生成區(qū)塊,包括相應(yīng)的區(qū)塊頭與區(qū)塊體,區(qū)塊頭中有區(qū)塊產(chǎn)生的當(dāng)前時間,上一區(qū)塊的Hash值,本區(qū)塊的Hash值等頭信息,區(qū)塊體中每筆交易有雙方交易的公鑰,且單筆交易的存儲形式為靜態(tài)數(shù)據(jù)加動態(tài)數(shù)據(jù)共同存儲,區(qū)塊體會記錄這一段時間內(nèi)發(fā)生的所有合法交易。

        步驟5.區(qū)塊頭與區(qū)塊體生成完畢之后,在LIIS與LCRS里廣播,LCRS聽到廣播后對其進(jìn)行合法性審查,符合格式才承認(rèn)該區(qū)塊合法,并鏈入到上一區(qū)塊尾部,一旦發(fā)生錯誤就必須重新投票產(chǎn)生記錄節(jié)點,引起延遲,造成效率低下,但出錯的概率較低,這種影響可忽略不計。

        步驟6.各個節(jié)點依據(jù)新添加的區(qū)塊更新自己的數(shù)據(jù)庫。

        步驟7.返回步驟1。

        五、模型構(gòu)成特點

        針對配送行業(yè),本模型構(gòu)成元素有以下特點:

        一是物流信息中介節(jié)點服務(wù)器群(Logistics information intermediary node servers ,LIIS)和物流公司審查服務(wù)器群(Logistics companies reviewing servers ,LCRS):從區(qū)域配送資源數(shù)據(jù)的分布情況可以看出,主要的配送資源數(shù)據(jù)集中在物流信息中介與物流公司,由于物流信息中介較之于物流公司而言有更完善的信息平臺,所以在工作量上,可以將更多的數(shù)據(jù)存儲操作交給物流信息中介服務(wù)器群,將數(shù)據(jù)合法性審查交給物流公司服務(wù)器群,節(jié)點之間的共識采用授權(quán)股權(quán)證明機(jī)制(Delegated Proof of Stake),用一小群節(jié)點做為代表進(jìn)行POS記賬(主要是LIINS與LCRS),比工作量機(jī)制共識速度更快,且耗費的計算資源更少。二是配送資源數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu):結(jié)合配送資源數(shù)據(jù)的復(fù)雜性,設(shè)計適合應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),方便區(qū)域內(nèi)配送供需雙方存取應(yīng)用。三是分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(Distributed database system ,DDBS):數(shù)據(jù)同時存儲于物流信息中介與物流公司的服務(wù)器,解決雙方數(shù)據(jù)不共享問題,避免盲目競爭,方便各節(jié)點的查詢,也給用戶的查詢帶來便利。

        六、模型評估

        采用對照分析法來評估提出的區(qū)域資源數(shù)據(jù)共享模型,一方面,通過模型與現(xiàn)有方案之間的對比,找出模型較之與現(xiàn)存方案的優(yōu)勢;另一方面就模型解決的具體問題進(jìn)行展開分析。表1從五個角度對模型與現(xiàn)存方案進(jìn)行了比對,發(fā)現(xiàn)模型比現(xiàn)有解決方案更具優(yōu)勢。

        模型中尚存在一些不足,比如在區(qū)域配送資源區(qū)塊鏈創(chuàng)建初期,由于鏈中區(qū)塊較少,存在較大的信任風(fēng)險,數(shù)據(jù)可能會被篡改,容易出現(xiàn)交易糾紛。

        七、結(jié)束語

        隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的不斷發(fā)展,其對各行各業(yè)的滲透也將越來越深,區(qū)塊鏈結(jié)合配送領(lǐng)域的研究在學(xué)術(shù)界也開始有初步的研究,本文提出的區(qū)域資源配送數(shù)據(jù)共享模型可以實現(xiàn)區(qū)域配送資源合理配置,交易過程公開透明,交易數(shù)據(jù)可溯源,LIIS與LCRS的有效配合將改變以往中心機(jī)構(gòu)之間的零和博弈,實現(xiàn)企業(yè)效益,社會效益的雙贏。為構(gòu)建這一平臺,還有一些問題尚可討論,比如有無必要鏈接到比特幣公有鏈中,配送資源的配置是否可以使用人工智能等。模型中的一些設(shè)計細(xì)節(jié)還有待進(jìn)一步完善,這些都有待在以后的工作中不斷摸索。

        參考文獻(xiàn)

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        作者簡介:石永強(qiáng)(1975-),男,副教授,研究方向:物流經(jīng)濟(jì),物流戰(zhàn)略管理;

        張智勇(1970-),男,博士生導(dǎo)師,研究方向:區(qū)域物流與區(qū)域經(jīng)濟(jì),物流與供應(yīng)鏈管理。

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