基于區(qū)塊鏈的供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳藝文

（四川大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，成都610065）

0 引言

區(qū)塊鏈起源于2008 年，由一位化名中本聰?shù)膶W(xué)者在密碼朋克郵件組中發(fā)表的論文——《比特幣：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》，文中提出了一種不需要第三方參與，結(jié)合密碼學(xué)、分布式共識(shí)、經(jīng)濟(jì)學(xué)博弈等多種技術(shù)，允許交易雙方直接進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易的電子現(xiàn)金交易系統(tǒng)。自提出以來(lái)，區(qū)塊鏈技術(shù)得到廣泛普及并逐漸從加密數(shù)字貨幣領(lǐng)域延伸到各行各業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用中。

供應(yīng)鏈最早來(lái)源于彼得·德魯克提出的“經(jīng)濟(jì)鏈”，后經(jīng)由邁克爾·波特發(fā)展成為“價(jià)值鏈”，最終演變?yōu)椤肮?yīng)鏈”。隨著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的不斷轉(zhuǎn)變、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷創(chuàng)新，新時(shí)代下的供應(yīng)鏈管理更加注重維護(hù)核心企業(yè)前向、向后網(wǎng)鏈關(guān)系，是維系企業(yè)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的至關(guān)重要環(huán)節(jié)。

本文基于區(qū)塊鏈的特點(diǎn)，針對(duì)供應(yīng)鏈管理面臨的挑戰(zhàn)，分析區(qū)塊鏈與供應(yīng)鏈結(jié)合所帶來(lái)的創(chuàng)新性突破，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于區(qū)塊鏈的供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)。為核心企業(yè)提供更加安全、可靠和透明的管理方案，打通多個(gè)環(huán)節(jié)的信息流通，提高全鏈條工作效率和生產(chǎn)效率。

1 供應(yīng)鏈管理面臨的挑戰(zhàn)

供應(yīng)鏈?zhǔn)菍⒐?yīng)商、制造商、分銷商、零售商，到最終消費(fèi)者連成一個(gè)整體的功能性網(wǎng)鏈。供應(yīng)鏈管理的核心目標(biāo)是對(duì)商流、信息流、物流、資金流的全方位控制。新時(shí)期下，供應(yīng)鏈管理面臨新的挑戰(zhàn)。

圖1 供應(yīng)鏈要素及主要流程

1.1 管控力不足

核心企業(yè)是發(fā)起供應(yīng)鏈的重要角色，并在供應(yīng)鏈組建完成后承擔(dān)全鏈領(lǐng)導(dǎo)、帶動(dòng)作用。一條完整供應(yīng)鏈至少包括核心企業(yè)、供應(yīng)商、物流企業(yè)、多級(jí)經(jīng)銷商等多個(gè)角色，各個(gè)角色之間的關(guān)系維護(hù)以及供應(yīng)鏈整體管控是核心企業(yè)的主要職責(zé)。但往往在供應(yīng)鏈實(shí)施過(guò)程中，由于流通環(huán)節(jié)繁多，信息無(wú)法及時(shí)共享，核心企業(yè)對(duì)各層級(jí)的組織架構(gòu)不熟悉，對(duì)供應(yīng)鏈的管控力大打折扣，甚至逐漸演化成以供應(yīng)商為主體的供應(yīng)鏈、以批發(fā)商為主體的供應(yīng)鏈或以經(jīng)銷商為主體的供應(yīng)鏈。

1.2 組織化程度低

組織化程度低是供應(yīng)鏈管理存在的普遍問(wèn)題。以我國(guó)現(xiàn)有國(guó)情為例，作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，理論上農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈管理的最初供應(yīng)者是具有一定組織架構(gòu)的農(nóng)村專業(yè)合作社。而我國(guó)農(nóng)民合作社還處于初級(jí)階段，往往規(guī)模較小、功能不健全，屬于松散型聯(lián)合，并仍存在大量小規(guī)模生產(chǎn)、分散經(jīng)營(yíng)的農(nóng)戶個(gè)體，組織化程度低。在零售終端，除具有一定規(guī)模的市場(chǎng)或連鎖經(jīng)營(yíng)的專營(yíng)店組織化程度相對(duì)較高外，低級(jí)市場(chǎng)中眾多的零售商組織化程度同樣較低，為供應(yīng)鏈管理造成障礙。

1.3 系統(tǒng)運(yùn)行成本高

供應(yīng)鏈系統(tǒng)運(yùn)行成本主要包括從供應(yīng)鏈的起始到終點(diǎn)所發(fā)生的交易成本和物流成本，隨著信息化的普及，供應(yīng)鏈信息成本的投入也逐年提升。由于供應(yīng)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)存在跨時(shí)間、跨地域等障礙，核心企業(yè)難以對(duì)供應(yīng)鏈全局信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，交易信息、物流信息受制于第三方無(wú)法完全共享，信息不全、信息滯后、信息失真等情況時(shí)有發(fā)生，直接導(dǎo)致了各節(jié)點(diǎn)的信息成本提高，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行成本被抬高。

2 區(qū)塊鏈與供應(yīng)鏈的結(jié)合

區(qū)塊鏈從本質(zhì)上說(shuō)是一種去中心化、難篡改、可追溯、多方共同維護(hù)的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。其核心在于通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)手段，創(chuàng)造一種多方信任機(jī)制，形成可靠的組織關(guān)系。行業(yè)普遍認(rèn)同區(qū)塊鏈適用于具有多方參與、共同協(xié)作的應(yīng)用場(chǎng)景，促進(jìn)跨機(jī)構(gòu)、跨個(gè)體、跨地域系統(tǒng)的運(yùn)作、降低維護(hù)成本。著眼于供應(yīng)鏈管理，從整體來(lái)看供應(yīng)鏈?zhǔn)且粋€(gè)具有整體性功能的網(wǎng)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，但從個(gè)體而言，供應(yīng)鏈卻是一個(gè)松散型、開(kāi)放性的組織，包含了相互獨(dú)立、具有獨(dú)立決策能力的多類成員角色。因此，本質(zhì)上供應(yīng)鏈?zhǔn)且环N具有復(fù)雜業(yè)務(wù)邏輯的、多方參與、共同協(xié)作的組織結(jié)構(gòu)，區(qū)塊鏈與供應(yīng)鏈的結(jié)合勢(shì)必為現(xiàn)有供應(yīng)鏈管理提供新的可行方案。

區(qū)塊鏈在供應(yīng)鏈管理中的優(yōu)勢(shì)有：

（1）多方參與，共同維護(hù)

無(wú)論是以核心企業(yè)為主體的供應(yīng)鏈或以經(jīng)銷商為主體的供應(yīng)鏈，任何供應(yīng)鏈模式都需要多種角色共同參與，共同維護(hù)。利用區(qū)塊鏈去中心化的特點(diǎn)，在供應(yīng)鏈系統(tǒng)中，每一個(gè)參與者都是獨(dú)立的個(gè)體，對(duì)應(yīng)到區(qū)塊鏈中的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，共同維護(hù)區(qū)塊鏈（供應(yīng)鏈）網(wǎng)絡(luò)。以聯(lián)盟鏈形式為例，不再單獨(dú)由核心企業(yè)作為供應(yīng)鏈發(fā)起者，而是由一個(gè)聯(lián)盟共同發(fā)起，聯(lián)盟成員作為區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)世者，通過(guò)投票、選舉等方式動(dòng)態(tài)管理成員流動(dòng)并分配對(duì)應(yīng)權(quán)限。聯(lián)盟成員共同參與、互相監(jiān)督，避免了供應(yīng)鏈的單方控制，在提高聯(lián)盟凝聚力的同時(shí)降低了核心企業(yè)單方的維護(hù)成本。

（2）數(shù)據(jù)透明，管理高效

數(shù)據(jù)采集是供應(yīng)鏈管理至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，高效的管理方案需要建立在全鏈條數(shù)據(jù)完整獲取的基礎(chǔ)之上。但供應(yīng)鏈中數(shù)據(jù)不公開(kāi)，數(shù)據(jù)受單方控制，信息不對(duì)稱等現(xiàn)象普遍存在。使用區(qū)塊鏈技術(shù)，讓所有參與者的操作直接記錄于鏈上，在權(quán)限范圍內(nèi)，鏈上數(shù)據(jù)相互共享、公開(kāi)透明。數(shù)據(jù)的共享讓供應(yīng)鏈管理更加透明化，有利于全鏈條信息資源整合，對(duì)市場(chǎng)行情產(chǎn)生一個(gè)真實(shí)的反映，杜絕虛假信息傳遞，提升企業(yè)公信力。

（3）不可篡改，溯源便捷

錯(cuò)綜復(fù)雜的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)，讓供應(yīng)鏈監(jiān)管成為難題，不法分子有機(jī)可乘，“毒奶粉”、“毒疫苗”事件為供應(yīng)鏈管理敲響了警鐘。區(qū)塊鏈?zhǔn)前凑諘r(shí)間戳先后順序排列的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，每個(gè)區(qū)塊之間相互聯(lián)系、相互校驗(yàn)，一旦寫(xiě)入無(wú)法更改。將區(qū)塊鏈技術(shù)與供應(yīng)鏈中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，減少流通環(huán)節(jié)中的人工參與，將信息通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備直接記錄于鏈上，為產(chǎn)品溯源、問(wèn)題追責(zé)提供了便捷。

3 區(qū)塊鏈應(yīng)用的基本架構(gòu)

繼比特幣之后，以以太坊（Ethereum）和超級(jí)賬本（Hyperledger）為代表的第二代區(qū)塊鏈系統(tǒng)引入了智能合約的概念，通過(guò)編程賦予了區(qū)塊鏈處理業(yè)務(wù)的能力，徹底打開(kāi)區(qū)塊鏈?zhǔn)澜绱箝T(mén)。截至今日，已發(fā)布的區(qū)塊鏈系統(tǒng)數(shù)不勝數(shù)，但究其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以用六層通用模型來(lái)囊括，如圖2。

圖2 區(qū)塊鏈系統(tǒng)六層通用模型

最底層的數(shù)據(jù)層是區(qū)塊按照時(shí)間戳順序、首尾相接的鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)層是一個(gè)P2P 分布式網(wǎng)絡(luò)，共識(shí)層負(fù)責(zé)制定系統(tǒng)出塊機(jī)制同時(shí)維持系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)一致性，激勵(lì)層管理系統(tǒng)獎(jiǎng)勵(lì)分發(fā)機(jī)制，合約層則是在智能合約提出之后，區(qū)別于比特幣系統(tǒng)，用于保存智能合約（超級(jí)賬本稱為鏈上代碼）的重要層級(jí)。最上層的應(yīng)用層也稱作區(qū)塊鏈展示層，一切基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式應(yīng)用（DAPP）都屬于應(yīng)用層范疇。

區(qū)塊鏈本質(zhì)是一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，網(wǎng)絡(luò)中的交易記錄被打包存儲(chǔ)到各個(gè)區(qū)塊。以比特幣為例，其單個(gè)區(qū)塊的最大容量限定為1M，約可以存儲(chǔ)3000 條交易記錄，所有區(qū)塊的集合組成了存儲(chǔ)系統(tǒng)全部交易記錄的“數(shù)據(jù)庫(kù)”。在實(shí)際應(yīng)用中，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)往往較為龐大，區(qū)塊鏈容錯(cuò)性高，但數(shù)據(jù)無(wú)法修改，容量小，查詢慢，直接將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存入?yún)^(qū)塊會(huì)導(dǎo)致區(qū)塊數(shù)目增長(zhǎng)過(guò)快，網(wǎng)絡(luò)堵塞等不利情況。因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，將區(qū)塊鏈與傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，如圖3 所示，將完整業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，再通過(guò)提取部分特征值進(jìn)行哈希轉(zhuǎn)換后寫(xiě)入?yún)^(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)合，一方面讓數(shù)據(jù)更加完整，數(shù)據(jù)的真實(shí)性得到保障，進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)的安全性與可靠性；另一方面，保留原有數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，減少了企業(yè)轉(zhuǎn)型的額外開(kāi)銷，有效降低了成本，是區(qū)塊鏈投入實(shí)際應(yīng)用的最佳切入點(diǎn)。

4 基于區(qū)塊鏈的供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)

根據(jù)區(qū)塊鏈應(yīng)用基本架構(gòu)，結(jié)合供應(yīng)鏈管理業(yè)務(wù)流程，本文實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于區(qū)塊鏈的供應(yīng)鏈管理平臺(tái)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4。

該系統(tǒng)將業(yè)務(wù)邏輯通過(guò)智能合約的形式寫(xiě)入?yún)^(qū)塊鏈，各級(jí)批發(fā)商、零售商以及消費(fèi)者作為區(qū)塊鏈的共同參與者，可以通過(guò)線上平臺(tái)或其他分布式應(yīng)用接入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，獲取鏈上信息。此外針對(duì)供應(yīng)鏈管理，系統(tǒng)在傳統(tǒng)區(qū)塊鏈聯(lián)盟鏈的基礎(chǔ)上增強(qiáng)了準(zhǔn)入機(jī)制和權(quán)限控制，將區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)細(xì)分為普通節(jié)點(diǎn)、功能節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)。不同節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)供應(yīng)鏈不同角色，根據(jù)職能差異對(duì)區(qū)塊鏈信息具有不同的操作權(quán)限，詳見(jiàn)表1。

圖3 區(qū)塊鏈應(yīng)用基本架構(gòu)

圖4 基于區(qū)塊鏈供應(yīng)鏈管理平臺(tái)

表1 各節(jié)點(diǎn)功能明細(xì)

通過(guò)職能對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行劃分，一方面節(jié)約了普通節(jié)點(diǎn)和職能節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)成本，降低了整個(gè)系統(tǒng)的額外開(kāi)銷；另一方面規(guī)范化了各節(jié)點(diǎn)的讀寫(xiě)權(quán)限，避免了保密信息的泄露，提高了供應(yīng)鏈的保密性和安全性。

系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)具體如下：

（1）用戶認(rèn)證界面

圖5 用戶認(rèn)證界面

（2）物流清單提交界面

圖6 物流清單提交界面

（3）物流詳細(xì)界面

圖7 物流詳細(xì)界面

5 結(jié)語(yǔ)

如今，我國(guó)區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)目前處于高速發(fā)展階段，創(chuàng)業(yè)者和市場(chǎng)資本不斷涌入，相關(guān)企業(yè)數(shù)量迅猛增加，截至2018 年3 月底，我國(guó)以區(qū)塊鏈業(yè)務(wù)為主營(yíng)業(yè)務(wù)的區(qū)塊鏈公司數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了四百余家。本文給出了區(qū)塊鏈應(yīng)用基本框架，實(shí)現(xiàn)了基于區(qū)塊鏈的供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)，有效打通采購(gòu)、生產(chǎn)、物流、銷售、監(jiān)管多個(gè)環(huán)節(jié)的信息流通，提供一套完善的供應(yīng)鏈管理方案。在未來(lái)，區(qū)塊鏈技術(shù)勢(shì)必與更多實(shí)體經(jīng)濟(jì)相結(jié)合，加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供新動(dòng)能。