尹傳忠，謝毅峰，武中凱 ，方顥蓉

（1.上海海事大學 交通運輸學院，上海 201306； 2.中國鐵路哈爾濱局集團有限公司 經(jīng)營開發(fā)部，黑龍江 哈爾濱 150006；3.大連交通大學 機械工程學院，遼寧 大連 116028)

近年來，多式聯(lián)運成為我國推進物流業(yè)降本增效和交通運輸業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革的重要舉措。多式聯(lián)運的焦點體現(xiàn)在“聯(lián)”與“運”2個方面，信息互聯(lián)互通是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于交通運輸行業(yè)缺乏信息交換共享平臺，各個實體部門采集數(shù)據(jù)格式各不相同，難以提供行業(yè)標準統(tǒng)一、安全可靠的信息服務(wù)，多式聯(lián)運相關(guān)主體獲取信息的準時性較低，多式聯(lián)運各個節(jié)點部門沒有建立良好的信任關(guān)系，導(dǎo)致與其他機構(gòu)、相關(guān)主體很難形成開放自有數(shù)據(jù)庫。然而，區(qū)塊鏈技術(shù)由于其“點對點”傳輸、信息傳輸過程加密、自動執(zhí)行、可溯源、安全性好等特征，能夠有效解決多式聯(lián)運中信息共享、互聯(lián)互通等問題。因此，將多式聯(lián)運信息平臺中嵌入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，有利于加快我國多式聯(lián)運信息平臺的發(fā)展，推動我國多式聯(lián)運整體水平提升。

1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的多式聯(lián)運信息共享機制設(shè)計

1.1 區(qū)塊鏈技術(shù)特征

區(qū)塊鏈系統(tǒng)可以分為公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈。公有鏈是各節(jié)點可以自由加入和退出網(wǎng)絡(luò)，并參加鏈上數(shù)據(jù)讀寫，為扁平的拓撲結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中不存在任何中心化的節(jié)點；聯(lián)盟鏈是各節(jié)點有與之對應(yīng)的實體機構(gòu)組織，通過授權(quán)后才能加入與退出網(wǎng)絡(luò)，各機構(gòu)組織以利益約束構(gòu)成聯(lián)盟，共同維護區(qū)塊鏈的正常運轉(zhuǎn)；私有鏈各節(jié)點的寫入權(quán)限收歸系統(tǒng)內(nèi)部控制，可選擇性開放讀取權(quán)限[1-3]。

私有鏈具備區(qū)塊鏈多節(jié)點運行的通用結(jié)構(gòu)，由于使用范圍控制在一定范圍內(nèi)，雖然可以改善可審計性，但不能夠完全解決信任問題，適用于特定機構(gòu)的內(nèi)部數(shù)據(jù)管理與審計[1]。對于多式聯(lián)運信息平臺，如果囊括平臺用戶以及提供數(shù)據(jù)庫的多主體，是在有限的部門與企業(yè)中使用的內(nèi)部系統(tǒng)，更適宜采用私有鏈技術(shù)。

（1）私有鏈技術(shù)的隱私保障性好。只有用戶提交符合相關(guān)要求的調(diào)用信息請求才能得到指定信息，而對數(shù)據(jù)庫中的其他信息無法調(diào)用，既能夠使用戶獲取需要的信息，又保證了被調(diào)用信息部門數(shù)據(jù)庫中其他信息不被泄露。

（2）信息可溯源性高。通過私有鏈技術(shù)可以追溯平臺中調(diào)用信息的任意用戶，任何數(shù)據(jù)都能夠被記錄，防止數(shù)據(jù)造假，有利于監(jiān)管部門對多式聯(lián)運相關(guān)主體進行有效監(jiān)管。

（3）信息傳輸成本低。將私有鏈技術(shù)應(yīng)用于多式聯(lián)運信息平臺，只需要幾個高算力節(jié)點確認，其交易成本與公有鏈和聯(lián)盟鏈相比極低。同時，使用私有鏈技術(shù)的信息共享平臺不必作為中央服務(wù)器對各部門上傳的數(shù)據(jù)作整合劃分，僅僅是在各部門自有數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上搭建一個服務(wù)功能性的平臺，能夠簡化平臺結(jié)構(gòu)。

此外，私有鏈技術(shù)的安全性優(yōu)越，鏈上成員經(jīng)過嚴格地審核授權(quán)，使系統(tǒng)受到惡意攻擊的可能性小，可以保證多式聯(lián)運信息平臺的可靠性。

1.2 多式聯(lián)運信息共享機制設(shè)計

1.2.1 機制設(shè)計目標

多式聯(lián)運涉及主體眾多，現(xiàn)階段各節(jié)點已形成穩(wěn)定的業(yè)務(wù)規(guī)范流程，各主體針對自身業(yè)務(wù)特點建立了一個甚至多個管理信息系統(tǒng)，但由于各系統(tǒng)間的業(yè)務(wù)構(gòu)架、作業(yè)流程、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)標準存在較大差異，使得各個系統(tǒng)運行操作相互獨立，無法實現(xiàn)共享。信息共享機制的建立旨在運用信息技術(shù)，在多式聯(lián)運的各節(jié)點部門，如港口、鐵路、海關(guān)、貨運代理公司、船務(wù)公司等，在各自搜集信息并存儲于自有數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，搭建多式聯(lián)運信息平臺，以建立全程“一次委托”“一單到底”“一次收取”等服務(wù)方式，實現(xiàn)多式聯(lián)運相關(guān)主體信息共享與互聯(lián)互通，實現(xiàn)統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準，實時信息采集以及信息交互、數(shù)據(jù)安全流動等，設(shè)計目標體現(xiàn)在以下方面。

（1）統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準。目前，多式聯(lián)運各相關(guān)主體的信息系統(tǒng)分別建立在不同的數(shù)據(jù)標準之上，很難實現(xiàn)信息系共享，以國際行業(yè)標準為基礎(chǔ)，建立統(tǒng)一的多式聯(lián)運數(shù)據(jù)標準是實現(xiàn)信息共享的基礎(chǔ)。

（2）信息實時采集。充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能、5G技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)，逐步實現(xiàn)瞬間連接，實現(xiàn)各節(jié)點信息采集的全面化、精準化、自動化，及時掌握各種運輸資源信息，為用戶提供全程的貨物、車輛及單證等動態(tài)追蹤服務(wù)。

（3）信息高效交互。以私有鏈技術(shù)連接不同節(jié)點信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等中的信息資源，實現(xiàn)系統(tǒng)建設(shè)的“點對點”信息交互，防止上下游參與方信息傳遞錯誤，實現(xiàn)各節(jié)點的作業(yè)信息無縫連接。

（4）數(shù)據(jù)安全流動。構(gòu)建能夠生成記錄時間順序、不可篡改、可信任的多式聯(lián)運信息共享系統(tǒng)。在信息傳遞及交換過程中，對其通過密碼學進行加密，保證信息安全、可追溯，防范來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的安全攻擊。

1.2.2 信息調(diào)用機制

基于私有鏈的多式聯(lián)運信息共享機制，圍繞數(shù)據(jù)標準體系，信息交換體系，信息共享、互聯(lián)互通等內(nèi)容，提供安全、可追溯、不可篡改、自動執(zhí)行的信息服務(wù)平臺，涵蓋整個多式聯(lián)運相關(guān)主體。多式聯(lián)運相關(guān)主體為平臺的用戶層，各主體間相對獨立并各自擁有的信息系統(tǒng)，是信息共享機制的用戶基礎(chǔ)。多式聯(lián)運信息共享機制將所有參與的組織機構(gòu)連成一個整體，充分實現(xiàn)信息共享與互聯(lián)互通。以私有鏈技術(shù)架構(gòu)為基礎(chǔ)的信息共享機制，2條信息鏈為主線并貫穿其中，一條信息鏈是用戶通過調(diào)用機制調(diào)取多式聯(lián)運相關(guān)主體的信息數(shù)據(jù)；另一條信息鏈是用戶接入多式聯(lián)運子系統(tǒng)，子系統(tǒng)利用調(diào)用機制調(diào)用各機構(gòu)數(shù)據(jù)庫中的信息，再根據(jù)各自子系統(tǒng)的功能對數(shù)據(jù)進行處理、整合、存儲以及調(diào)用。其中，子系統(tǒng)是由平臺通過串聯(lián)多式聯(lián)運各業(yè)務(wù)流程，各個節(jié)點部門功能，如各流程如業(yè)務(wù)申報、業(yè)務(wù)審核、貨物裝卸、貨物起票、貨物查驗實時跟蹤等，從而衍生出相應(yīng)子系統(tǒng)。多數(shù)據(jù)庫是將多式聯(lián)運子系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)進行調(diào)用、存儲、整合、處理后，存放子系統(tǒng)相應(yīng)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫；各機構(gòu)數(shù)據(jù)庫是各外部部門與企業(yè)的自有數(shù)據(jù)庫。任何數(shù)據(jù)調(diào)用的過程都經(jīng)由該調(diào)用機制完成。多式聯(lián)運信息共享機制設(shè)計如圖1所示。

1.2.3 信息共識機制

多式聯(lián)運信息平臺網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點對記賬、驗證記賬結(jié)果及維護等問題達成共識，如果需要修改某個區(qū)塊內(nèi)的交換信息，必須將該區(qū)塊和后面所有區(qū)塊的信息進行修改。通過區(qū)塊鏈技術(shù)的共識機制，可以保證存儲于私有鏈數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的不可篡改性，是多式聯(lián)運信息平臺通過私有鏈技術(shù)的追溯功能建立各方間信任的技術(shù)保障。

圖1 多式聯(lián)運信息共享機制設(shè)計Fig.1 Design of multimodal transport information sharing mechanism

2 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的多式聯(lián)運信息平臺構(gòu)架

2.1 總體構(gòu)架

多式聯(lián)運信息平臺的核心是私有鏈的信息共享機制。平臺首先定位于區(qū)域多式聯(lián)運信息平臺，如長三角區(qū)域、京津冀、港珠澳大灣區(qū)等，各區(qū)域多式聯(lián)運信息平臺成熟后，將區(qū)域平臺進行有序連接，最終構(gòu)建全國性的多式聯(lián)運綜合信息平臺[4-9]。這樣，可以充分發(fā)揮私有鏈技術(shù)隱私性好、可追溯性高、以及成本低等特征優(yōu)勢，避免初期由于規(guī)模過大導(dǎo)致多式聯(lián)運信息平臺功能無法實現(xiàn)。多式聯(lián)運信息共享系統(tǒng)主要包括多式聯(lián)運信息共享子系統(tǒng)和多式聯(lián)運信息共享私有鏈技術(shù)構(gòu)架2個部分。多式聯(lián)運信息平臺總體架構(gòu)示意圖如圖2所示。

2.2 基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)層

多式聯(lián)運信息平臺需要有大數(shù)據(jù)作為支撐，信息采集與信息傳輸?shù)乃綄ζ脚_發(fā)展起到重要作用。信息采集是利用RFID和EDI等通訊技術(shù)實時采集集裝箱、列車、船舶和汽車等運載工具的實時位置、編號等信息，實現(xiàn)貨物運輸中各類狀態(tài)信息[8]。這些信息來源于監(jiān)管中心、海關(guān)、檢驗檢疫、堆場/物流園區(qū)、鐵路運輸、公路運輸、水路運輸，以及金融相關(guān)企業(yè)與組織機構(gòu)等外部系統(tǒng)，相關(guān)主體將各自所采集信息錄入自有信息系統(tǒng)中，建立完備數(shù)據(jù)庫供自身及平臺使用。這些數(shù)據(jù)可以通過私有鏈的共享機制進行有序調(diào)用，進而實現(xiàn)信息互聯(lián)互通。

圖2 多式聯(lián)運信息平臺總體架構(gòu)示意圖Fig.2 Overall framework of multimodal transport information sharing platform

2.3 技術(shù)構(gòu)架層

多式聯(lián)運信息共享私有鏈技術(shù)構(gòu)架，為用戶從各機構(gòu)自有數(shù)據(jù)庫中調(diào)用數(shù)據(jù)提供技術(shù)支持，是多式聯(lián)運信息共享系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，包括數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層及合約層4個部分。

數(shù)據(jù)層是私有鏈技術(shù)架構(gòu)的底層，封裝區(qū)塊數(shù)據(jù)、哈希函數(shù)、時間戳、非對稱加密等，一般是不可篡改、分布式的數(shù)據(jù)庫。網(wǎng)絡(luò)層由P2P網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點管理及其傳播機制構(gòu)成，實現(xiàn)了私有鏈網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸與信息交換。共識層封裝各種共識算法，如工作量證明(Proof-of-Work，POW)、權(quán)益證明(Proof-of-Stake，POS)、委托權(quán)益證明(Delegated Proof-of-Stake，DPOS)等。共識層是通過代碼設(shè)計來實現(xiàn)信任，確定區(qū)塊鏈的區(qū)塊構(gòu)造者，以及維護全網(wǎng)數(shù)據(jù)一致性。合約層封裝算法、腳本代碼以及智能合約3個部分，其中智能合約是由各類不同的算法以及腳本代碼構(gòu)成，可視為一段部署在私有鏈上的去中心化、信息共享、可自動運行合約條款的計算機程序或代碼，將協(xié)議雙方約定的內(nèi)容進行編碼寫入?yún)^(qū)塊中，約定內(nèi)容形成后，系統(tǒng)將自動執(zhí)行合約[10]。

2.4 應(yīng)用服務(wù)層

多式聯(lián)運信息共享子系統(tǒng)體現(xiàn)為應(yīng)用服務(wù)層，通過私有鏈技術(shù)架構(gòu)調(diào)用各機構(gòu)自有數(shù)據(jù)庫信息，進行部分信息整合、處理、利用以及提供衍生功能，為用戶提供信息服務(wù)。

（1）通關(guān)監(jiān)管服務(wù)信息子系統(tǒng)為客戶提供多式聯(lián)運在線申報、審批以及信息查詢等服務(wù)，涵蓋了業(yè)務(wù)申報、海關(guān)報關(guān)、檢驗檢疫報檢、查驗狀態(tài)、熏蒸處理、計費放行等業(yè)務(wù)。

（2）物流金融保險服務(wù)信息子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)為各聯(lián)運單位和銀行、保險機構(gòu)提供電子化平臺。貨主可以通過該系統(tǒng)實現(xiàn)向保險企業(yè)咨詢、選購保險業(yè)務(wù)及交付保費；銀行通過該系統(tǒng)可以對相關(guān)企業(yè)所擁有的資產(chǎn)進行評估、處理及擔保融資等業(yè)務(wù)。

（3）客戶服務(wù)信息子系統(tǒng)連接了多式聯(lián)運各相關(guān)主體，為客戶整合各環(huán)節(jié)用戶基本信息與運輸過程中相關(guān)信息資源，建立一套完整的客戶數(shù)據(jù)庫。包括聯(lián)運業(yè)務(wù)咨詢、業(yè)務(wù)訂單受理、貨物狀態(tài)追蹤查詢、投訴與建議等功能，旨在實現(xiàn)“一站式”客戶服務(wù)。

（4）協(xié)同作業(yè)信息子系統(tǒng)提供單據(jù)管理、聯(lián)運方案、港口裝卸、鐵路/公路運輸、場站操作等服務(wù)，實現(xiàn)在各節(jié)點上的信息共享與互聯(lián)、互通，并進行集約化管理。平臺通過數(shù)據(jù)交換專用引擎，輔以創(chuàng)建多源異構(gòu)接口，對區(qū)域多式聯(lián)運關(guān)鍵節(jié)點的數(shù)據(jù)檢索、入庫、核驗、匯總，實現(xiàn)一體化的多式聯(lián)運協(xié)同作業(yè)方案。

（5）商務(wù)服務(wù)子系統(tǒng)主要為客戶提供商務(wù)信息交流和財務(wù)電子化結(jié)算等服務(wù)，涵蓋商務(wù)信息流轉(zhuǎn)、在線支付、電子訂艙、財務(wù)管理、稅務(wù)管理等業(yè)務(wù)，使多式聯(lián)運作業(yè)流程和各階段的服務(wù)有效協(xié)調(diào)、調(diào)度，為客戶實現(xiàn)“一站式”服務(wù)功能。

（6）綜合信息服務(wù)子系統(tǒng)，主要為客戶提供商務(wù)信息交流和財務(wù)電子化結(jié)算等服務(wù)，涵蓋了商務(wù)信息流轉(zhuǎn)、在線支付、電子訂艙、財務(wù)管理、稅務(wù)管理等業(yè)務(wù)。

此外，平臺的用戶層主要包括多式聯(lián)運相關(guān)主體，其他相關(guān)用戶通過嚴格的用戶協(xié)議，可以進入平臺，獲取相關(guān)信息，貨主(收貨人)也可以通過平臺對貨物進行查詢、追蹤以及與相關(guān)的多式聯(lián)運經(jīng)營人等進行信息交互。

2.5 信息互聯(lián)互通

區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于多式聯(lián)運信息平臺，充分發(fā)揮其隱私保障性、安全性、可溯源性等特征的優(yōu)越性，促進各主體之間的相互信任，實現(xiàn)信息互聯(lián)互通。

（1）去中心化。不同于以往的信息平臺數(shù)據(jù)池，將數(shù)據(jù)進行收集、整合并存儲到信息平臺的中心服務(wù)器中的信息整合存儲。以私有鏈技術(shù)架構(gòu)為依托所構(gòu)建的多式聯(lián)運信息平臺基礎(chǔ)功能僅作為信息通訊架構(gòu)，實現(xiàn)參與方之間的連接，用戶通過信息系統(tǒng)調(diào)用所需要部門存儲于自有數(shù)據(jù)庫之中的信息，實現(xiàn)“點對點”信息交互。多式聯(lián)運信息系統(tǒng)通過節(jié)點設(shè)備與各部門數(shù)據(jù)庫相連接，是多式聯(lián)運各主體互聯(lián)互通的重要基礎(chǔ)。

（2）分布式數(shù)據(jù)庫。區(qū)塊鏈是一個不斷增長的分布式數(shù)據(jù)庫。在多式聯(lián)運信息共享系統(tǒng)中，僅將用戶信息和用戶調(diào)用信息存儲于私有鏈數(shù)據(jù)庫中；在私有鏈中存儲的數(shù)據(jù)由全部節(jié)點共同維護；各個子系統(tǒng)整合處理的數(shù)據(jù)和平臺運作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)等，儲存在獨立于私有鏈數(shù)據(jù)庫之外的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中。

（3）關(guān)鍵詞檢索。在用戶發(fā)出調(diào)用數(shù)據(jù)庫信息指令時，通過智能合約對信息進行調(diào)用。良好的關(guān)鍵詞檢索機制設(shè)計，可以實現(xiàn)使用者單個調(diào)用數(shù)據(jù)和批量調(diào)用數(shù)據(jù)的功能，用戶快捷精確地搜尋到所需要的數(shù)據(jù)，也可以為子系統(tǒng)的衍生功能與服務(wù)提供便捷的數(shù)據(jù)檢索。

（4）智能合約。在多式聯(lián)運信息共享私有鏈技術(shù)架構(gòu)中，設(shè)置合適的智能合約，當用戶向信息系統(tǒng)提交調(diào)用信息指令時，并通過關(guān)鍵詞檢索，符合智能條約設(shè)定的要求，系統(tǒng)將相關(guān)信息自動從相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中調(diào)送至用戶。數(shù)據(jù)庫供應(yīng)方協(xié)調(diào)設(shè)計完善的智能合約，規(guī)定數(shù)據(jù)信息調(diào)用的準則。由于智能合約滿足要求自動調(diào)取數(shù)據(jù)的機制，相比于傳統(tǒng)審核機制中通過人工審核通過調(diào)用請求更快捷高效。

（5）信息加密與追溯。將用戶調(diào)用信息的過程用私有鏈技術(shù)進行加密，使得調(diào)用信息這一事件既被進行加密又可被追溯。如果產(chǎn)生信息泄露事件，可以通過追溯能力確認對指定信息進行調(diào)用的用戶信息，在使用多式聯(lián)運信息共享平臺的各組織機構(gòu)之間建立良好的信任關(guān)系。

3 結(jié)束語

信息互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享是目前影響我國多式聯(lián)運發(fā)展的瓶頸，各主體之間缺乏有效的信任關(guān)系是其中的關(guān)鍵問題。將區(qū)塊鏈技術(shù)中的私有鏈相關(guān)技術(shù)與框架結(jié)構(gòu)應(yīng)用在多式聯(lián)運信息平臺之中，可以充分發(fā)揮私有鏈技術(shù)中的“點對點”信息傳輸、自動執(zhí)行、可溯源等特性，為解決上述問題提供新的思路。以私有鏈技術(shù)架構(gòu)為基礎(chǔ)的信息調(diào)用機制作為多式聯(lián)運信息平臺核心，能夠保證多式聯(lián)運信息安全、可追溯、高效便捷地在系統(tǒng)之間有序流動，有利于打破目前多式聯(lián)運各主體之間的信息孤島壁壘，實現(xiàn)信息互聯(lián)互通及數(shù)據(jù)共享。同時，充分利用區(qū)塊鏈的私有鏈關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計我國自主知識產(chǎn)權(quán)的多式聯(lián)信息平臺，有利于促進我國多式聯(lián)運高質(zhì)量發(fā)展及交通強國建設(shè)。