（華南理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易學(xué)院，廣東廣州 510006 ）

1 研究背景

航運(yùn)市場承載著世界上大多數(shù)商品貿(mào)易，在全球經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要作用。航運(yùn)指數(shù)是反映航運(yùn)市場在不同時期的運(yùn)力、運(yùn)量等綜合變動對于運(yùn)價影響的相對數(shù)，是航運(yùn)市場的晴雨表，在海運(yùn)的風(fēng)險管理和規(guī)避中起著重要作用［1］。波羅的海干散貨運(yùn)價指數(shù)（BDI）是國際最具有影響力的指數(shù)，已被廣泛用于反映國際干散貨市場的運(yùn)價。它由經(jīng)紀(jì)人采集固定航線運(yùn)價，然后對各航線計算運(yùn)價指數(shù)，通過加權(quán)平均得出綜合指數(shù)后定期發(fā)布，其它航運(yùn)指數(shù)編制方法與BDI 類似。國內(nèi)目前有上海航運(yùn)交易所發(fā)布的中國出口集裝箱運(yùn)價指數(shù)（CCFI），中國沿海散貨運(yùn)價指數(shù)（CBFI）和“一帶一路”航貿(mào)指數(shù)等指數(shù)。我國正在推動以上海為主導(dǎo)+廣州、寧波等為輔助的全球航運(yùn)中心建設(shè)，航運(yùn)指數(shù)編制是其中核心的內(nèi)容。

航運(yùn)指數(shù)是航運(yùn)企業(yè)與貨主等市場從業(yè)者判斷市場運(yùn)價水平、開展金融衍生品交易的重要參考工具，但目前航運(yùn)交易所大多數(shù)是發(fā)布綜合指數(shù)，一條航線的具體情況在其中往往無法反映。若交易航線不在指數(shù)統(tǒng)計航線中，還需根據(jù)當(dāng)前綜合指數(shù)自行協(xié)商換算，影響了指數(shù)參考的準(zhǔn)確性，即缺乏航線指數(shù)。其次，航運(yùn)業(yè)投資大，回報周期長，屬于風(fēng)險性行業(yè)，即使在一周內(nèi)，運(yùn)價的波動也很大［2］，運(yùn)價波動是航運(yùn)市場風(fēng)險的集中反映，給參與者帶來巨大的經(jīng)營風(fēng)險，從業(yè)者可以通過航運(yùn)金融衍生品來控制運(yùn)價大幅波動風(fēng)險，因而業(yè)界對航運(yùn)指數(shù)的時效性也有更高的要求，但發(fā)布周期固定的航運(yùn)指數(shù)影響對市場反映的實(shí)時性，難以反映快速變化的航運(yùn)市場。最后，目前航運(yùn)指數(shù)編制采集的運(yùn)價是每條航線上固定報價人提交的數(shù)據(jù)，大多是考慮市場上具有代表性的企業(yè)報價，但是在波動頻繁的航運(yùn)市場中，覆蓋范圍更廣的報價數(shù)據(jù)更能反映波動的市場情況，少量固定報價人提供的數(shù)據(jù)對整條航線運(yùn)價情況反映有一定的局限性，從而使得計算得到的指數(shù)與航運(yùn)市場實(shí)際供需變化有所出入。

區(qū)塊鏈及智能合約具有的弱中心化、不可篡改、去信任和自執(zhí)行等特點(diǎn)恰好契合了上述航運(yùn)指數(shù)編制所面臨的問題，為航運(yùn)指數(shù)編制方法的完善提供了實(shí)踐條件。本文提出一種基于區(qū)塊鏈的航運(yùn)指數(shù)編制新方法，運(yùn)用區(qū)塊鏈中的分布式共識和智能合約可自執(zhí)行等手段實(shí)現(xiàn)航線指數(shù)和實(shí)時綜合指數(shù)的計算以及運(yùn)價的收集，并利用智能合約實(shí)現(xiàn)航運(yùn)運(yùn)價數(shù)據(jù)上鏈、指數(shù)計算和歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。通過將區(qū)塊鏈融入航運(yùn)指數(shù)的新編制方法中，使得市場從業(yè)者可以通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)參與和基于區(qū)塊鏈的編制得到的信息服務(wù)從一種服務(wù)所有人的“標(biāo)準(zhǔn)化、程序化”固定模式向可以根據(jù)個體需要實(shí)行個性化定制的模式轉(zhuǎn)變，基于區(qū)塊鏈編制的航運(yùn)指數(shù)能更好的服務(wù)于航運(yùn)從業(yè)者。

2 相關(guān)工作

2.1 區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N由多方共同維護(hù)，使用密碼學(xué)保證傳輸和訪問安全，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)一致傳輸、難以篡改、防止抵賴的記賬技術(shù)，也稱為分布式賬本技術(shù)［3］。它集成了密碼學(xué)、共識機(jī)制和分布式網(wǎng)絡(luò)等多種技術(shù)，以P2P 網(wǎng)絡(luò)作為通信載體，依賴密碼學(xué)確定所有權(quán)保護(hù)隱私，使用分布式共識保障一致性并維護(hù)節(jié)點(diǎn)的自治管理，具有去/弱中心化、無需信任和防篡改等優(yōu)點(diǎn)。極具潛力的區(qū)塊鏈已經(jīng)應(yīng)用到了圖書情報、版權(quán)保護(hù)和文化產(chǎn)業(yè)等多個領(lǐng)域［4-6］，在航運(yùn)領(lǐng)域，周毓萍等［7］提出搭建聯(lián)盟區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)航運(yùn)結(jié)算中心各參與主體點(diǎn)對點(diǎn)交易并實(shí)現(xiàn)去中心化交易。劉偉榮等［8］研究通過區(qū)塊鏈智能合約保證集裝箱的流轉(zhuǎn)和支付，使集裝箱形成點(diǎn)對點(diǎn)共享。

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景和設(shè)計體系，區(qū)塊鏈主要分為公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈三大類，如表1 所示。航運(yùn)指數(shù)編制工作由航運(yùn)公司、貨主等特定主體參與完成，其進(jìn)入?yún)^(qū)塊鏈均需相關(guān)認(rèn)證，因此選擇聯(lián)盟鏈作為航運(yùn)指數(shù)編制方法的區(qū)塊鏈原型。

表1 區(qū)塊鏈分類

表1（續(xù)）

在區(qū)塊鏈技術(shù)領(lǐng)域，智能合約可看作是運(yùn)行在分布式賬本上預(yù)置規(guī)則、條件響應(yīng)自動執(zhí)行，可封裝、驗(yàn)證和執(zhí)行分布式節(jié)點(diǎn)復(fù)雜行為，完成信息交換、價值轉(zhuǎn)移等的計算機(jī)程序［9］，它擴(kuò)展了區(qū)塊鏈的功能，幫助區(qū)塊鏈植入不同應(yīng)用場景。

2.2 Hyper ledger Fabric

Hyper ledger Fabric 是一個允許多方參與、開發(fā)、部署和運(yùn)行區(qū)塊鏈應(yīng)用的聯(lián)盟鏈平臺，采用模塊化插件的靈活設(shè)計架構(gòu)，具有高度的彈性、擴(kuò)展性和靈活性，適用于航運(yùn)區(qū)塊鏈。它克服了公有鏈項(xiàng)目吞吐量低、缺乏完善的身份認(rèn)證模塊等的缺陷，更適用于特定場景。在Fabric 中主要包括客戶端、背書節(jié)點(diǎn)、排序節(jié)點(diǎn)和記賬節(jié)點(diǎn)［10］，其中背書節(jié)點(diǎn)和記賬節(jié)點(diǎn)又合稱為Peer 節(jié)點(diǎn)。客戶端是用戶與Fabric 網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)，用以發(fā)起交易請求等；背書節(jié)點(diǎn)主要對交易預(yù)案進(jìn)行校驗(yàn)、模擬執(zhí)行和背書簽名；排序節(jié)點(diǎn)根據(jù)交易次序構(gòu)造區(qū)塊并發(fā)送到記賬節(jié)點(diǎn)；記賬節(jié)點(diǎn)則驗(yàn)證交易的有效性并將有效交易提交到賬本。

Hyper ledger Fabric 提供圖靈完備的智能合約（Hyper ledger Fabric稱之為chain code，即鏈上代碼，簡稱鏈碼），具有良好的可擴(kuò)展性，主要有系統(tǒng)鏈碼和用戶鏈碼，系統(tǒng)鏈碼負(fù)責(zé)Fabric 節(jié)點(diǎn)自身的處理邏輯；用戶鏈碼是由區(qū)塊鏈成員根據(jù)不同場景需求編寫的業(yè)務(wù)處理邏輯代碼。鏈碼部署在獨(dú)立且隔離的Docker 容器中，無法被外界干預(yù)和篡改。

3 基于區(qū)塊鏈的航運(yùn)指數(shù)編制方法核心點(diǎn)

3.1 基于智能合約的航線指數(shù)和實(shí)時綜合指數(shù)設(shè)計

傳統(tǒng)航運(yùn)指數(shù)編制方法中，航運(yùn)指數(shù)由航交所發(fā)布，但是基于市場上的資源配置情況，航交所只能發(fā)布有限指數(shù)，而且大多是航線固定的航運(yùn)綜合指數(shù)，航運(yùn)指數(shù)權(quán)威性則依賴于航運(yùn)機(jī)構(gòu)的國際影響，給航運(yùn)指數(shù)的應(yīng)用帶來了局限性。遠(yuǎn)期合約已成為能夠針對某一條具體航線進(jìn)行風(fēng)險規(guī)避的最佳選擇［11］，也是航運(yùn)價格衍生品交易品種中最活躍、最具吸引力的產(chǎn)品。但是基于航交所有限的人力物力，就航運(yùn)從業(yè)者需求專門另外編制某條航線指數(shù)的可能性較小。在大數(shù)據(jù)時代，只要充分交易的市場存在合理需求以及可行性，便可以開拓新指數(shù)業(yè)務(wù)。區(qū)塊鏈智能合約恰可實(shí)現(xiàn)航線指數(shù)的按需定制和即時部署，與航運(yùn)市場特征和從業(yè)者需求天然適應(yīng)。

Hyper ledger Fabric 允許用戶自己定義鏈碼執(zhí)行的策略［12］，因此航線指數(shù)設(shè)計中，對于不在綜合指數(shù)統(tǒng)計航線中的交易航線或某些航線，如天津-香港航線，首先，雙方協(xié)商確定指數(shù)計算模型等相關(guān)信息后可編寫待實(shí)例化的鏈碼方案。然后客戶端節(jié)點(diǎn)根據(jù)方案先執(zhí)行安裝鏈碼命令，將鏈碼安裝到背書節(jié)點(diǎn)指定路徑后執(zhí)行實(shí)例化鏈碼命令，構(gòu)造部署命令的提案請求消息，并發(fā)給背書節(jié)點(diǎn)請求處理，背書節(jié)點(diǎn)通過LSCC 系統(tǒng)鏈碼將實(shí)例化數(shù)據(jù)保存到通道賬本的狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中。部署成功后系統(tǒng)會返回對應(yīng)的chaincodeID 等信息作為其特征屬性值，最后只需初始化鏈碼執(zhí)行環(huán)境，從而正常提供鏈碼服務(wù)。

鏈碼實(shí)例化完成后，區(qū)塊鏈成員即可收集此航線的報價數(shù)據(jù)，然后雙方可根據(jù)約定從某個時間點(diǎn)二人進(jìn)行交易參考調(diào)用鏈碼計算得到的航線指數(shù)，無需機(jī)構(gòu)的國際影響力即可發(fā)布指數(shù)。部署需要的航線指數(shù)計算算法偽代碼1），假設(shè)某條新航線指數(shù)計算采用簡單算數(shù)平均方法，如下式（1），首先確定航線指數(shù)的基期運(yùn)價，基期代表的是運(yùn)價水平的常態(tài)，為了反映市場運(yùn)價的長期變動趨勢，所以選擇固定基期，基期指數(shù)設(shè)定為1 000，然后調(diào)用時間段的報價數(shù)據(jù)，若此段時間內(nèi)無報價，則返回0，若有報價則計算航線的平均運(yùn)價，最后利用報告期和基期的比值計算指數(shù)。

區(qū)塊鏈允許有需要的節(jié)點(diǎn)部署航線指數(shù)及調(diào)用合約計算，但是也加大了節(jié)點(diǎn)惡意攻擊的可能性。因此為了維護(hù)航運(yùn)區(qū)塊鏈，防止區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)資源被濫用或者用戶部署無限循環(huán)的鏈碼，避免網(wǎng)絡(luò)因惡意程序或大量密集操作走向失控［13］，設(shè)定基于超級賬本的航運(yùn)指數(shù)編制中的任何可編程的部署、計算受計費(fèi)限制，該計費(fèi)單位定義為cost，在區(qū)塊鏈中實(shí)例化鏈碼、調(diào)用指數(shù)計算等操作有一定的計費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。因此，交易雙方若需部署如上的航線指數(shù)鏈碼，首先需要支付費(fèi)用，費(fèi)用從提交方案的賬戶中扣除。在航運(yùn)區(qū)塊鏈場景中，航運(yùn)報價數(shù)據(jù)屬于企業(yè)的商業(yè)機(jī)密，無計費(fèi)要求下成員可能為了追求實(shí)時指數(shù)而無限制的部署及調(diào)用合約計算，濫用企業(yè)報價數(shù)據(jù)，因此設(shè)計付費(fèi)機(jī)制。編寫付費(fèi)偽代碼2）加入指數(shù)計算合約中，每次計算指數(shù)前首先啟動扣費(fèi)程序。

當(dāng)區(qū)塊鏈成員需要計算一個新指數(shù)的時候，需要對部署成功的鏈碼執(zhí)行調(diào)用操作，首先查詢peer節(jié)點(diǎn)上已經(jīng)實(shí)例化的鏈碼列表，然后通過發(fā)送交易的方式實(shí)現(xiàn)鏈碼的調(diào)用?？蛻舳说腟DK 與鏈碼通過背書節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互，首先創(chuàng)建鏈碼調(diào)用規(guī)范對象，封裝成一個鏈碼請求體數(shù)據(jù)包，包括鏈碼版本、chaincode ID 對象（鏈碼名稱等）等，通過gRPC 發(fā)送給背書節(jié)點(diǎn)請求執(zhí)行調(diào)用鏈碼操作，背書節(jié)點(diǎn)收到調(diào)用鏈碼的消息請求后，查看本地維護(hù)的表中是否有相應(yīng)的鏈碼名稱再轉(zhuǎn)發(fā)給docker 容器，docker容器收到鏈碼消息后，首先按照付費(fèi)合約判斷用戶余額是否充足以支付計算，若是則彈出支付確認(rèn)框來確認(rèn)是否支付，確認(rèn)支付后可進(jìn)行下一步的計算。當(dāng)計算完成后，鏈碼容器將回復(fù)Chain Message_COMPLETE 至背書節(jié)點(diǎn)，通知已完成鏈碼的調(diào)用流程，最后將封裝了簽名結(jié)果、鏈碼執(zhí)行返回值、讀寫集等的交易結(jié)果以提案響應(yīng)的形式返回給請求客戶端，Peer 節(jié)點(diǎn)將執(zhí)行成功的交易模擬執(zhí)行結(jié)果發(fā)送給orderer 節(jié)點(diǎn)請求排序出塊。編寫鏈碼調(diào)用算法偽代碼3）模板提供參考。

其次，對于綜合指數(shù)，區(qū)塊鏈的開放性和以及全網(wǎng)統(tǒng)一的分布式賬本，支持分布式架構(gòu)中的數(shù)據(jù)記錄工作處于實(shí)時狀態(tài)。而預(yù)制的智能合約支持部署的綜合指數(shù)計算智能合約可隨時計算指數(shù)，從而使得航運(yùn)從業(yè)者需要時可進(jìn)行計算綜合指數(shù)。

根據(jù)市場需求以及區(qū)塊鏈的特點(diǎn)，設(shè)置兩種形式的航運(yùn)綜合指數(shù)計算合約，一是周期綜合指數(shù)計算合約，按照傳統(tǒng)指數(shù)發(fā)布周期發(fā)布，事先設(shè)定定期觸發(fā)的合約條件自動計算指數(shù)；二是實(shí)時綜合指數(shù)計算合約，設(shè)定可以讀取當(dāng)前時間激活，當(dāng)成員在某個時間需要根據(jù)當(dāng)前指數(shù)簽訂運(yùn)價合同或進(jìn)行衍生品交易時，只需支付計算費(fèi)用，便可調(diào)用合約進(jìn)行實(shí)時綜合指數(shù)的計算。若所需費(fèi)用不足則會觸發(fā)異常使得調(diào)用回滾，無法得到計算結(jié)果?；趨^(qū)塊鏈的智能合約在調(diào)用及執(zhí)行中不需要第三方的介入，且在任意時間均可調(diào)用合約，從而滿足參與者對實(shí)時指數(shù)的需要。

3.2 基于區(qū)塊鏈的航運(yùn)運(yùn)價數(shù)據(jù)采集

區(qū)塊鏈支持航線指數(shù)和實(shí)時綜合指數(shù)的計算，獲取更加實(shí)時的微觀信息。但是傳統(tǒng)編制方法中每條航線基于固定報價人的樣本采集方式，具有局限性。區(qū)塊鏈支持更多的人參與，數(shù)據(jù)可以源源不斷產(chǎn)生并匯聚至多方數(shù)據(jù)采集者，從而可以擴(kuò)充樣本，捕捉傳統(tǒng)指數(shù)編制方法中無法反映的變化，各種數(shù)據(jù)源提供了利用大數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上生成最新信息的可能性。在基于區(qū)塊鏈的航運(yùn)指數(shù)新編制方法中，運(yùn)價數(shù)據(jù)的采集通過構(gòu)建的航運(yùn)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，航運(yùn)企業(yè)、貨主、經(jīng)紀(jì)人等直接通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)向區(qū)塊鏈賬本寫入運(yùn)價合同數(shù)據(jù)的方式，引入市場中盡可能多的報價人為航運(yùn)指數(shù)編制提供樣本數(shù)據(jù)，擴(kuò)大樣本量。

然而，在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)大樣本采集的過程中由市場利益相關(guān)者提供數(shù)據(jù)將衍生出參與者缺乏激勵和樣本數(shù)據(jù)造假的問題。以下將就這兩個新問題進(jìn)行分析。

3.2.1 基于區(qū)塊鏈的token 激勵

區(qū)塊鏈P2P 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計雖可拓展參與的節(jié)點(diǎn)，但無法保證每個節(jié)點(diǎn)參與報價的積極性。同時運(yùn)費(fèi)數(shù)據(jù)及成交信息屬于企業(yè)機(jī)密經(jīng)營數(shù)據(jù)，開發(fā)難度大，在無措施保障的情況下難以激發(fā)參與者持續(xù)參與，無法滿足編制指數(shù)的長期、大量數(shù)據(jù)需求。根據(jù)哈維茨的機(jī)制設(shè)計理論，市場經(jīng)濟(jì)中每個理性經(jīng)濟(jì)人都會有自利的一面，其個人行為會按照自利的規(guī)則行動，如果能有一種機(jī)制使追求個人利益的行為正好與總體價值最大化的目標(biāo)相吻合，那么這一機(jī)制就是激勵。航運(yùn)企業(yè)和貨主等存在需要航運(yùn)指數(shù)的客觀需求，但是如何將這種需求轉(zhuǎn)化為行動則是激勵機(jī)制發(fā)揮的作用。因此，可利用區(qū)塊鏈的Token設(shè)計有效的激勵機(jī)制，吸引更多企業(yè)參與報價，滿足航運(yùn)指數(shù)計算中對數(shù)據(jù)量的要求。

根據(jù)現(xiàn)有研究，區(qū)塊鏈的其中一個應(yīng)用方向是以Token 作為支付工具和激勵手段構(gòu)建去中心化經(jīng)濟(jì)活動［14］。基于Hyper ledger Fabric 的航運(yùn)區(qū)塊鏈定義的Token 是一種憑證或者權(quán)益，可在區(qū)塊鏈內(nèi)不同地址之間轉(zhuǎn)讓，其轉(zhuǎn)讓過程無需受信任的第三方機(jī)構(gòu)。本文提出基于Token 的激勵機(jī)制，以Token作為記錄航運(yùn)指數(shù)編制中企業(yè)貢獻(xiàn)的工具，激勵更多的市場主體參與報價，提交真實(shí)數(shù)據(jù)的參與者都有機(jī)會獲得Token 獎勵，這種表達(dá)權(quán)由設(shè)定的規(guī)則予以保障。具體內(nèi)容如下：

1）設(shè)定參與者成功提交合同數(shù)據(jù)即發(fā)放Token，而Token 的使用規(guī)則可由航運(yùn)指數(shù)編制參與者共同商定，其中包括作為支付工具用于換取部署航線指數(shù)合約和執(zhí)行合約計算所需的cost 這一重要用途，從而實(shí)現(xiàn)獲得的Token 與cost 消費(fèi)的循環(huán)，如圖1。

2）當(dāng)參與者報價失敗，無法獲得用于換取cost的Token。

圖1 token 生產(chǎn)消費(fèi)閉環(huán)圖

3.2.2 基于區(qū)塊鏈成對報價模式

航運(yùn)指數(shù)是航運(yùn)從業(yè)者進(jìn)行交易的重要參考依據(jù)，為保證航運(yùn)指數(shù)反映航運(yùn)市場的能力，使用真實(shí)的運(yùn)價數(shù)據(jù)編制航運(yùn)指數(shù)尤為重要。傳統(tǒng)編制方法中的市場運(yùn)價收集通常采用經(jīng)紀(jì)人報價模式。經(jīng)紀(jì)人公司是獨(dú)立的第三方，其收入與市場成交直接相關(guān)，為保證航運(yùn)市場的成交數(shù)量，經(jīng)紀(jì)人會在報價時竭力靠近最可能成交的價格，最大可能的減少虛假樣本的存在，因此經(jīng)紀(jì)人報價模式下生成的航運(yùn)指數(shù)能最大程度反映市場運(yùn)價水平［15］。若從經(jīng)紀(jì)人單一報價改為區(qū)塊鏈上航運(yùn)從業(yè)者均可直接參與的報價模式，由于航運(yùn)衍生品交易與指數(shù)掛鉤以及Token 激勵的作用，航運(yùn)交易者提供虛假數(shù)據(jù)達(dá)到操縱指數(shù)的動機(jī)是客觀存在的，航運(yùn)企業(yè)可能虛高報價哄抬高指數(shù)以提高收益，貨主可能虛低報價壓低指數(shù)以降低成本，即基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)采集可能存在虛假樣本，此種情況下的報價不是典型的市場價格，若機(jī)械的將其作為樣本，可能使得生成的指數(shù)缺乏客觀性。

為解決基于區(qū)塊鏈編制新方法中可能存在的數(shù)據(jù)造假問題，在區(qū)塊鏈中，設(shè)計成對報價模式替代傳統(tǒng)單一報價方式，即同一份運(yùn)價合同中航運(yùn)企業(yè)、貨主和經(jīng)紀(jì)人等參與者的任意兩方，通過各自的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上傳報價合同。區(qū)塊鏈平臺將對同一合同的兩方信息進(jìn)行驗(yàn)證，即賦予合約雙方相互鑒證的權(quán)利，經(jīng)過驗(yàn)證無誤的合同數(shù)據(jù)即有效樣本數(shù)據(jù)才能寫入?yún)^(qū)塊鏈賬本?；趨^(qū)塊鏈的指數(shù)編制方法使得從業(yè)者在P2P 網(wǎng)絡(luò)中，不同的多個節(jié)點(diǎn)共同完成統(tǒng)計樣本的收集，實(shí)現(xiàn)“人人都是統(tǒng)計員”［16］。

3.2.3 數(shù)據(jù)收集方式有效性模式驗(yàn)證-博弈分析

為解決基于區(qū)塊鏈擴(kuò)充樣本采集設(shè)計了成對報價和基于Token 的激勵機(jī)制，本節(jié)將以航運(yùn)企業(yè)和貨主為例，利用博弈論理論分析成對報價的有效性。

博弈分析基本假設(shè)：

1）每一次寫入?yún)^(qū)塊鏈的航運(yùn)企業(yè)和貨主的航運(yùn)合同數(shù)據(jù)一致即為報價成功，系統(tǒng)自動發(fā)放Token，其成功提交合同數(shù)據(jù)的收益分別為。

2）航運(yùn)企業(yè)和貨主的合同數(shù)據(jù)不一致則報價失敗，并使得其失敗的代價不可接受，以此作為報價不一致的懲罰，無法獲得航運(yùn)指數(shù)，假設(shè)航運(yùn)企業(yè)和貨主的損失分別為。由于雙方獨(dú)立報價存在虛假報價的情況下，報價一致的可能性很小，因此認(rèn)為非協(xié)商成對報價時雙方同時虛高/虛低報價是報價不一致。

3）航運(yùn)企業(yè)和貨主都是理性人，會根據(jù)航運(yùn)指數(shù)來調(diào)整他們合同的定價價格。

博弈模型描述如下：

以協(xié)商成對報價為例進(jìn)行博弈分析，利益可能促使企業(yè)采取負(fù)面行為（例如撒謊或操縱）以最大化效用，包括忽略或放棄合同的真實(shí)性來產(chǎn)生或接受有利于自己的合同。航運(yùn)企業(yè)或貨主有動機(jī)操縱或依賴合同執(zhí)行的結(jié)果以換取利益，即雙方竄通謀取利益。由假設(shè)（3）可知，航運(yùn)企業(yè)或貨主會根據(jù)航運(yùn)指數(shù)來調(diào)整下一期合同的價格，報價的高低會造成指數(shù)的升降，影響下一階段航運(yùn)市場的價格，下面采用多階段博弈來分析協(xié)商成對報價中的博弈關(guān)系：

以虛高報價為例，貨主同意航運(yùn)企業(yè)共同將航運(yùn)指數(shù)哄高，提交比簽訂的實(shí)際合同更高的運(yùn)價。假設(shè)貨主與航運(yùn)企業(yè)保持長期交易，且每期的航運(yùn)合同價格只與當(dāng)期航運(yùn)指數(shù)相關(guān)，對每期，當(dāng)航運(yùn)指數(shù)上漲時，下一期貨主再次簽訂合同時貨運(yùn)價格也上升，由此帶來的損失為，航運(yùn)企業(yè)隨著航運(yùn)指數(shù)上漲獲得的收益為，因此，當(dāng)每一期航運(yùn)企業(yè)提議共同虛高報價抬高航運(yùn)指數(shù)時，針對貨主是否同意虛高報價的行為，利用多階段博弈分析貨主收益結(jié)果如圖2，其中第一收益為航運(yùn)企業(yè)，第二收益為貨主。

由此可知，若貨主與航運(yùn)企業(yè)保持長期合作，并同意虛高報價，則每一期航運(yùn)指數(shù)發(fā)布后，下一期貨主都要承受由于航運(yùn)指數(shù)升高、航運(yùn)價格上漲帶來的成本增加。因此貨主會自覺約束自己的行為，選擇真實(shí)報價。

其次，若航運(yùn)企業(yè)每一期都可以自主選擇貨主，一段時間后升高的航運(yùn)指數(shù)帶來的合同運(yùn)價之間的差額利潤促使航運(yùn)企業(yè)放棄與原貨主的合作，而貨主只能參考此時的航運(yùn)指數(shù)與其他航運(yùn)企業(yè)簽訂合同，由于航運(yùn)指數(shù)的升高導(dǎo)致運(yùn)價的增加使得運(yùn)輸成本增加，此時貨主利益受損。因此該多階段博弈最優(yōu)的戰(zhàn)略是最初貨主不同意虛高報價，雙方取消協(xié)商報價。

當(dāng)雙方合謀虛低報價時，同理可得，此時指數(shù)下降導(dǎo)致航運(yùn)企業(yè)利益受損，從而選擇真實(shí)報價。綜合比較博弈分析，無論是非協(xié)商報價還是協(xié)商報價，交易雙方在激勵機(jī)制下成對報價的最優(yōu)策略都是（真實(shí)報價，真實(shí)報價）。經(jīng)過以上的分析，可以驗(yàn)證，基于區(qū)塊鏈的成對報價模式可以促使報價雙方提供真實(shí)的航運(yùn)運(yùn)價數(shù)據(jù)。

4 基于區(qū)塊鏈的航運(yùn)指數(shù)編制方法基本框架

區(qū)塊鏈運(yùn)用共識機(jī)制在機(jī)構(gòu)之間建立“信任”網(wǎng)絡(luò)，將信任建立在技術(shù)背書之上，而非中心化信用機(jī)構(gòu)。這種機(jī)制保證了分布式節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)交互可以在無需相互信任及中心機(jī)構(gòu)信任擔(dān)保的情況下進(jìn)行，同時降低航運(yùn)指數(shù)的權(quán)威性對發(fā)布機(jī)構(gòu)影響力的依賴。

4.1 整體框架

如圖3 所示，本文提出的基于區(qū)塊鏈的航運(yùn)指數(shù)編制方法由報價人（航運(yùn)公司、貨主和經(jīng)紀(jì)人等）、聯(lián)盟鏈和智能合約這些部分構(gòu)成：報價人作為航運(yùn)聯(lián)盟鏈的權(quán)威節(jié)點(diǎn)參與到區(qū)塊鏈中，與系統(tǒng)進(jìn)行交互，如提交航線的運(yùn)價數(shù)據(jù)賺取Token，用于換取cost 以進(jìn)行計算航線指數(shù)和實(shí)時指數(shù)，實(shí)現(xiàn)Token的生產(chǎn)，在獲取區(qū)塊鏈中計算的指數(shù)等過程中完成Token 消費(fèi)；聯(lián)盟鏈中存儲報價人的身份和報價數(shù)據(jù)的摘要信息，同時結(jié)合智能合約存儲指數(shù)計算公式合約以及指數(shù)計算結(jié)果等，實(shí)現(xiàn)報價樣本的收集、指數(shù)計算與獲取等業(yè)務(wù)邏輯；智能合約模塊負(fù)責(zé)提供航運(yùn)指數(shù)計算和查詢操作，包括合約的部署、初始化和鏈碼交互，其執(zhí)行與交互需要依靠共識算法、激勵及P2P 通信網(wǎng)絡(luò)等區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)。其它則包括獲得證書的用戶調(diào)用SDK 的相關(guān)接口對區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的權(quán)限規(guī)定。整體業(yè)務(wù)流程如圖3：

圖3 整體框架

4.2 航運(yùn)報價數(shù)據(jù)上鏈

企業(yè)的報價合同經(jīng)各節(jié)點(diǎn)提交寫入?yún)^(qū)塊鏈才能進(jìn)行指數(shù)計算。報價合同中的信息包括航線、時間、運(yùn)價、運(yùn)量和貨物種類等。為保護(hù)報價人隱私，設(shè)計加密傳輸模塊使用密鑰交換協(xié)議和對稱加密算法相結(jié)合。編寫相應(yīng)的報價合同上鏈偽代碼4）。

區(qū)塊鏈中航運(yùn)公司和貨主采用成對報價模式。航運(yùn)公司和貨主客戶端先向區(qū)塊鏈服務(wù)器端發(fā)送生成公私鑰的請求；服務(wù)器產(chǎn)生公私鑰對并將公鑰返回到客戶端；客戶端根據(jù)公鑰生成對稱密鑰key 并用其對報價合同進(jìn)行加密；接著將客戶端公鑰和加密合同發(fā)送到區(qū)塊鏈服務(wù)器；服務(wù)器根據(jù)客戶端的公鑰再次生成對稱密鑰，進(jìn)而將加密的報價合同解密，得到合同詳細(xì)信息；服務(wù)器調(diào)用同一合同編號的合同（成對報價提交的報價合同編號相同）進(jìn)行運(yùn)價的對比，運(yùn)價一致說明報價成功，合約自動發(fā)放token 獎勵給報價者，同時合同被發(fā)到特定處進(jìn)行存儲；否則報價失敗，無法獲得token；最后返回報價執(zhí)行結(jié)果到客戶端，完成上鏈。

5 結(jié)論

區(qū)塊鏈憑借其開放共識、去信任等特性，吸引了許多領(lǐng)域的專家學(xué)者投入研究，推動了區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展。本文提出了基于區(qū)塊鏈的航運(yùn)指數(shù)新編制方法，為解決傳統(tǒng)編制方法中的指數(shù)時效性不足和缺乏航線指數(shù)的問題，利用區(qū)塊鏈的弱中心化和去信任以及智能合約的自動化執(zhí)行等特點(diǎn)，設(shè)計航線指數(shù)合約，說明其部署和調(diào)用過程，可計算實(shí)時指數(shù)；為解決固定航線上樣本覆蓋不足提出基于區(qū)塊鏈擴(kuò)大樣本覆蓋而引入市場主體參與樣本采集方法，而該方法衍生出缺乏激勵和數(shù)據(jù)造假問題，因而提出了基于Token 的激勵機(jī)制和市場交易雙方成對報價的樣本采集方式，運(yùn)用博弈分析驗(yàn)證了激勵機(jī)制和成對報價解決樣本數(shù)據(jù)造假和鼓勵參與者持續(xù)報價等衍生問題的有效性；在數(shù)據(jù)上鏈過程中使用加密模塊使得報價數(shù)據(jù)在傳輸過程中都進(jìn)行了加密處理，保證了運(yùn)價在傳輸過程的安全。本文基于區(qū)塊鏈搭建了航運(yùn)指數(shù)新編制方法的整體框架，將有助于加快區(qū)塊鏈技術(shù)在航運(yùn)等領(lǐng)域的應(yīng)用。但是基于區(qū)塊鏈的航運(yùn)指數(shù)編制方法中激勵機(jī)制的具體化、智能合約分布機(jī)制等仍需在后續(xù)的研究進(jìn)一步探討。

注釋：

1）Contarct hyzscalculation.go

1：func get Data Average Price (APIstub shim.Chain code Stub Interface，t1 string，t2 string)int {

2：resultsIterator，_：=APIstub.Get State By Range(t1，t2) //調(diào)用某段時間的報價數(shù)據(jù)

3：var price，count =0

4：for results Iterator.Has Next() {

5：query Result，err：=results Iterator.Next()

7： If err !=nil{return 0 }

8： price，_=strconv.Atoi(string(query Result.Value))

9： price+=price

10： count+=1}

11：return price/count}

12：func (s *Smart Contract)average (API shim.Chaincode Stub Interface，args ［］string) sc.Response {

13：P，_：=get Data Average Price (API，args［1］，args［2］) // 計算航線指數(shù)

14：B，_：=strconv.Atoi(args［3］)

15：Return IR：=P/B}

2）1：func integral Change(APIstub shim.Chaincode Stub Interface，args ［］string) sc.Response {

2： if (balance -ncost)＞=0{ //檢查余額余額是否充足

3： integral AsBytes，_：=json.Marshal(string(index -ncost))

4： APIstub.Put State(args［0］，integral As Bytes)

5： return shim.Success(integral As Bytes)}

6： return shim.Error("Balance is less")}

3）1：Var Fabric_Client=require(‘fabric-client’)//加載SDK 模塊

2：Channel.add Peer(peer);

3：var request={

4： chaincodeID.name：‘ ’ //調(diào)用的鏈碼名稱

5： Fcn：‘Invoke’ //調(diào)用函數(shù)

6： args：［‘a(chǎn)rg1’，‘a(chǎn)rg2’，‘a(chǎn)rg3’］//參數(shù)

7： ChannelID：‘ ’ //所用通道ID

8： Version：‘ ’ //鏈碼版本

9：};

10：Channel.sendTransactionProposal(request)//發(fā)送交易

4）1：publicGetRsp，err：=c.cli.myClient.GetKeyValue(context.TODO()，getPublicReq)

2：privateN1，_：=btcec.NewPrivateKey(btcec.S256())

3：secretN1：=btcec.GenerateSharedSecret(privateN1，publicGetRsp.PubKey)

4：encyptCode：=MyDesEncrypt(dataAsBytes，string(secretN1))

5：getPostRsp，err：=c.cli.myClient.GetKeyValue(context.TODO()，encyptCodeReq)

6：decyptCode：=MyDESDecrypt(encyptCode，secretN2)

7：json.Unmarshal(［］byte(decyptCode)，&contract)

8：If contract.Price==args［6］&&contract.Route==args［4］&&contract.TypeOfGoods==args［5］&&contract.BasePrint==args［7］&&contract.Weight==args［8］{

9：result="1"

10：transferToken(APIstub，args)

11：writeContra(APIstub，args)

12：jsonResp="Comparison success："+data

13：}else {

14：result="2"

15：jsonResp="Comparison failure："+data}