鐵路物流與區(qū)塊鏈融合應(yīng)用研究

黃敏珍，李國華，林曉蕾，李一丹

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能和區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展，區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)從數(shù)字貨幣延伸到金融、證券、物流和醫(yī)療等社會的各個領(lǐng)域[1]。基于區(qū)塊鏈防篡改、去中心化、安全性和公開性等特點，開展鐵路貨運物流與區(qū)塊鏈技術(shù)的融合創(chuàng)新研究，探索鐵路貨運物流科學發(fā)展的應(yīng)對之策，對于加快鐵路開展國際貨運業(yè)務(wù)發(fā)展具有重要的理論價值和實踐意義。同時，隨著鐵路貨運票據(jù)電子化的實施，生產(chǎn)流程不斷優(yōu)化，打通了既有獨立的多個專業(yè)信息系統(tǒng)，通過多系統(tǒng)有機結(jié)合、多工作緊密協(xié)作，實現(xiàn)了客戶需求和內(nèi)部生產(chǎn)信息電子化流轉(zhuǎn)、無縫銜接，實現(xiàn)了貨運數(shù)據(jù)全程共享，為開展鐵路物流與區(qū)塊鏈技術(shù)的融合研究奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

本文總結(jié)了區(qū)塊鏈的起源、發(fā)展階段和關(guān)鍵技術(shù)，通過分析多式聯(lián)運、國際聯(lián)運的數(shù)據(jù)交換與數(shù)據(jù)共享等各方面需求，結(jié)合鐵路貨運信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀，對鐵路物流與區(qū)塊鏈的融合應(yīng)用進行了研究。

1 區(qū)塊鏈

1.1 區(qū)塊鏈概念

區(qū)塊鏈技術(shù)起源于2008年，由化名為“中本聰”的學者發(fā)表的論文[2]。狹義區(qū)塊鏈是一種按時間順序，以順序相連的方式，將數(shù)據(jù)區(qū)塊組合起來的鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。廣義上講，區(qū)塊鏈技術(shù)是利用加密等技術(shù)驗證并存儲數(shù)據(jù)，利用分布式共識算法增加和更新數(shù)據(jù)，利用智能合約，保證業(yè)務(wù)邏輯自動強制執(zhí)行的全新去中心化基礎(chǔ)架構(gòu)與分布計算范式[3]。

1.2 區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)

區(qū)塊鏈是各種技術(shù)的組合和融合應(yīng)用，這些技術(shù)組合包括密碼學、P2P協(xié)議、共識機制、智能合約等。

1.2.1 加密算法

在比特幣區(qū)塊鏈底層技術(shù)中，大量使用了加密算法，有各種哈希樹算法、對稱和非對稱式加密算法，另外還有一些編碼算法，如Base58編碼、VarInt編碼和DER編碼等[4]。

1.2.2 P2P協(xié)議

互聯(lián)網(wǎng)是以網(wǎng)站為中心，利用點對點協(xié)議可以改變這種方式，實現(xiàn)去中心化，區(qū)塊鏈平臺一般利用分布式的P2P協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，每個節(jié)點均擁有路由發(fā)現(xiàn)、廣播交易、廣播區(qū)塊、發(fā)現(xiàn)新節(jié)點等功能[5]。

1.2.3 共識算法

共識是網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點如何記賬、驗證記賬結(jié)果及維護等問題達成的一致認識。若要修改某個區(qū)塊內(nèi)的交易信息, 就必須將該區(qū)塊和后面所有區(qū)塊的信息進行修改。具體技術(shù)包括分布式賬本的計算和存儲、節(jié)點間的共識服務(wù)、背書驗證管理及節(jié)點間的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，共識服務(wù)是區(qū)塊鏈的核心組成部分，為區(qū)塊鏈的主體功能提供底層支撐。

1.2.4 智能合約

智能合約的實現(xiàn)一般利用腳本技術(shù), 智能合約可視為一段部署在區(qū)塊鏈上的去中心化、可共享、可自動運行合約條款的計算機程序或代碼, 這段程序?qū)f(xié)議雙方約定的內(nèi)容進行數(shù)字化編碼寫入?yún)^(qū)塊中, 約定內(nèi)容一旦發(fā)生, 系統(tǒng)將自動執(zhí)行智能合約。

2 基于區(qū)塊鏈的鐵路物流協(xié)作平臺構(gòu)建

本文以區(qū)塊鏈相關(guān)技術(shù)，鏈接客戶、鐵路貨運企業(yè)、海運等多式聯(lián)運企業(yè)、物流園區(qū)、金融機構(gòu)、監(jiān)管機構(gòu)等，構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的鐵路物流協(xié)作平臺，促使供應(yīng)鏈中商流、物流、資金流、信息流四流合一[6]，建立互信共贏并且共享的鐵路物流聯(lián)盟鏈系統(tǒng)。

2.1 基于區(qū)塊鏈的鐵路物流類型選擇

根據(jù)不同的應(yīng)用場景和需求，區(qū)塊鏈可分為公有鏈、聯(lián)盟鏈、私有鏈3類。聯(lián)盟鏈和私有鏈也統(tǒng)稱為許可鏈，公有鏈稱為非許可鏈[7]。以比特幣為代表的公有鏈是所有節(jié)點共享，完全開放，公有鏈作為基礎(chǔ)層服務(wù)促進了技術(shù)的進步。但公有鏈交易會導致速度變慢、節(jié)點加入門檻低,而純私有鏈則過于封閉，節(jié)點不具備平等性[6]。以企業(yè)以太坊聯(lián)盟為代表的聯(lián)盟鏈，適用范圍更廣，能在保證交易速度的同時實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的去中心化，保證數(shù)據(jù)的不可更改性。典型的聯(lián)盟鏈是R3公司主導開發(fā)的40多家全球性金融機構(gòu)參與的區(qū)塊鏈交互平臺[8-9]。基于鐵路物流的特點，可以選擇基于區(qū)塊鏈技術(shù)的聯(lián)盟鏈形式構(gòu)建信息平臺。安全性、效率及實際應(yīng)用場合的要求，以企業(yè)以太坊聯(lián)盟為代表的聯(lián)盟鏈由于具備處理速度快，節(jié)點的數(shù)量和身份比較明確，安全性方面更有保障等特點，聯(lián)盟鏈近年來發(fā)展速度很快。

2.2 鐵路物流聯(lián)盟鏈構(gòu)建

在鐵路物流場景以及鐵路貨運運輸生產(chǎn)過程中，涉及到物流企業(yè)、生產(chǎn)企業(yè)和監(jiān)督部門之間運輸信息共享、作業(yè)高效協(xié)同；在多式聯(lián)運和國際聯(lián)運方面，需要融合區(qū)塊鏈技術(shù)打通公路、鐵路、貨運代理商、海運承運商、港口和海關(guān)之間的信息壁壘，實現(xiàn)鐵水聯(lián)運、鐵公聯(lián)運以及國際聯(lián)運等信息共享傳遞?；阼F路物流涉及企業(yè)、相關(guān)單位的數(shù)量和身份基本比較明確，對數(shù)據(jù)安全保障方面的要求比較高，可以構(gòu)建鐵路物流聯(lián)盟鏈的形式，如圖1所示。

圖1 鐵路物流聯(lián)盟鏈示意圖

2.3 鐵路物流聯(lián)盟鏈各方主體

2.3.1 全程物流各方

全程物流是一種新型的物流模式。鐵路物流關(guān)聯(lián)了生產(chǎn)企業(yè)、物流企業(yè)、運輸企業(yè)、金融機構(gòu)和監(jiān)督部門等，通過鐵路物流聯(lián)盟鏈，可以及時有效地為客戶提供從信息到運輸、從物流倉儲到后市場服務(wù)的一站式全方位供應(yīng)鏈綜合服務(wù)，通過區(qū)塊鏈技術(shù)高效安全的實現(xiàn)商品從需求提報、裝卸、運輸、到站卸車、倉儲和接取送達等全流程透明化。

2.3.2 多式聯(lián)運各方

在多式聯(lián)運方面，涉及到公路、鐵路、港口和海關(guān)等各方，傳統(tǒng)方式，一般是由一個核心企業(yè)構(gòu)建一個共享平臺，或者各個企業(yè)建立自己的平臺，各個企業(yè)之間開發(fā)相應(yīng)的接口進行對接，系統(tǒng)的安全性和數(shù)據(jù)的可靠性比較依賴于核心企業(yè)。通過建立鐵路區(qū)塊鏈聯(lián)盟，各方是數(shù)據(jù)維護的參與方，多式聯(lián)運各方主體共同維護分布式的賬本，可以解決信息不對稱、防止信息被篡改，建立一個互相高度信任的社會物流環(huán)境。

2.3.3 境外鐵路

在中歐班列方面，利用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的方式要實現(xiàn)公路、鐵路、貨運代理商、海運承運商、港口和海關(guān)之間的信息共享存在各種信息壁壘，通過鐵路物流聯(lián)盟鏈，利用區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)各方之間的信息交互與共享，打通國內(nèi)鐵路運輸追蹤信息與境外鐵路運輸追蹤信息的壁壘。

2.3.4 金融機構(gòu)

在鐵路運輸過程中，會產(chǎn)生許多依附供應(yīng)鏈的金融需求，例如數(shù)字倉單質(zhì)押融資、供應(yīng)鏈金融等。通過鐵路物流聯(lián)盟鏈，鐵路運輸過程中積累的大量的企業(yè)和物流信息都可以上鏈，解決物流過程相關(guān)企業(yè)與金融機構(gòu)之間信息不對稱問題、征信方面的問題，便于鐵路物流征信數(shù)據(jù)查詢和實時共享。

2.3.5 監(jiān)管機構(gòu)

通過鐵路物流聯(lián)盟鏈，監(jiān)管機構(gòu)能夠利用智能合約等相關(guān)技術(shù)，把監(jiān)管條例和辦法等直接寫入?yún)^(qū)塊鏈，不同于傳統(tǒng)的政府單位監(jiān)管的模式，而是轉(zhuǎn)化為各參與方共同監(jiān)管的方式。

3 基于區(qū)塊鏈鐵路物流應(yīng)用場景分析

3.1 貨運流程優(yōu)化

鐵路貨運票據(jù)電子化工程通過數(shù)據(jù)串聯(lián)的方式整合貨運運輸作業(yè)各個系統(tǒng)，實現(xiàn)到達流程卡控、數(shù)據(jù)共享。在這個過程中，涉及鐵路貨運的實物流、信息流、資金流，還包括鐵路運輸過程中裝卸作業(yè)、貨物檢查、安全保障、到貨卸車、倉儲服務(wù)、接取送達等各個環(huán)節(jié)，關(guān)聯(lián)發(fā)貨方、鐵路貨運相關(guān)部門、收貨方等。適合構(gòu)建按照作業(yè)環(huán)節(jié)順序?qū)?shù)據(jù)區(qū)塊組合成的鏈式結(jié)構(gòu)，通過與現(xiàn)代物流技術(shù)相結(jié)合，將貨物信息智能化，實現(xiàn)運輸全流程區(qū)塊鏈化[10]，如圖2所示。

圖2 鐵路貨運全流程區(qū)塊鏈化

3.2 多式聯(lián)運

多式聯(lián)運企業(yè)作為數(shù)據(jù)的使用方和提供方，在數(shù)據(jù)進行共享和交換時，通常會擔心數(shù)據(jù)資產(chǎn)泄露等問題。而區(qū)塊鏈技術(shù)可以通過搭建聯(lián)盟鏈的形式，數(shù)據(jù)提供方對數(shù)據(jù)需求方進行授權(quán)，在本地進行數(shù)據(jù)的采集和加工，通過標準SDK+API給每一個聯(lián)盟鏈的節(jié)點進行提供，可以實現(xiàn)資產(chǎn)上鏈、建立信用主體、進行數(shù)據(jù)確權(quán)，安全保障等功能。通過制定多式聯(lián)運數(shù)據(jù)交換標準，以集裝箱為載體，聯(lián)結(jié)多種運輸方式，整合包括箱源、貨源、車源、倉儲資源、運力資源等資源在內(nèi)的多種運輸資源，加強協(xié)同合作，可以重塑供應(yīng)鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、價值鏈，推進物流信息共享，促進各種運輸方式有效銜接，降低物流成本。

3.3 全程物流追蹤

跨境供應(yīng)鏈包括貨運公司、海運承運商、貨運代理商、港口和海關(guān)等，利用區(qū)塊鏈技術(shù)可以實現(xiàn)各方之間信息的透明性，并且可以降低貿(mào)易成本和復(fù)雜性，減少欺詐，縮短產(chǎn)品的運輸時間，降低綜合物流成本。

貨物在貨主、承運單位、收貨方、貨運代理商和海關(guān)之間的物流信息傳輸，通過物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈賬本技術(shù)實現(xiàn)商品從需求提報、裝卸、運輸、到站卸車、倉儲、接取送達等全流程透明化。區(qū)塊鏈技術(shù)可以保證存儲數(shù)據(jù)的真實性，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則可保證數(shù)據(jù)收集過程的真實可靠，促進跨境全程物流追蹤服務(wù)的實現(xiàn)。

3.4 鐵路物流征信和金融

利用區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)信息資源背書，減少欺詐和錯誤，研究區(qū)塊鏈與物流征信融合解決方案，實現(xiàn)物流征信信息、可信數(shù)據(jù)交易、數(shù)字倉單質(zhì)押融資和供應(yīng)鏈金融等延伸服務(wù)。

分析鐵路貨運在支付、金融服務(wù)等方面的現(xiàn)狀及痛點，分析鐵路95306網(wǎng)站重構(gòu)后，開展第四方物流在支付、結(jié)算、金融等方面的需求，進一步挖掘鐵路貨運資源經(jīng)營能力、可開展的金融服務(wù)、為鐵路物流支付、結(jié)算、金融服務(wù)應(yīng)用場景提供統(tǒng)一的解決方案。

3.5 鐵路貨運安全保障

近年來，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展迅速，特別是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在貨運安全監(jiān)控、安全保障方面起了非常大的作用。云計算、大數(shù)據(jù)和AI相當于人的大腦，是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞，物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈相當于人的感覺器官和執(zhí)行器官[11]。另外，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)是互聯(lián)網(wǎng)，而互聯(lián)網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)攻擊、數(shù)據(jù)泄露和網(wǎng)絡(luò)窺探等網(wǎng)絡(luò)安全問題很難保證，利用區(qū)塊鏈技術(shù)，可以用賬本的形式保留物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備歷史記錄，并且可以保證真實性，區(qū)塊鏈技術(shù)可以為物聯(lián)網(wǎng)中人與機、機與機的交互提供可信度高的平臺和安全的共享賬本[12]；通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以獲取商品在物流過程中的各項數(shù)據(jù)，并保障數(shù)據(jù)收集的真實性，而融合區(qū)塊鏈技術(shù)能同時保證這些數(shù)據(jù)存放的可靠性。

同時，利用區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以促進物流安全相關(guān)數(shù)據(jù)局安全傳遞，加強貨運檢查，危險品貨物的監(jiān)控，實現(xiàn)安全、預(yù)警、危險品、安全檢查、安全風險隱患、事故處理、環(huán)保監(jiān)控等信息的實時上鏈，實現(xiàn)安全、監(jiān)管信息的不可篡改和可追溯，通過對貨物運輸?shù)拿恳粋€關(guān)鍵節(jié)點進行監(jiān)控，從而實現(xiàn)貨物運輸全程安全監(jiān)管可控。

4 結(jié)束語

本文研究了與區(qū)塊鏈相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合鐵路貨運信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀，研究了基于區(qū)塊鏈的鐵路物流協(xié)作平臺的構(gòu)建，融合鐵路物流與區(qū)塊鏈技術(shù)，提出并分析了區(qū)塊鏈在貨運流程優(yōu)化、多式聯(lián)運、全程物流追蹤、物流征信、金融，以及鐵路貨運安全保障方面的應(yīng)用場景。而區(qū)塊鏈聯(lián)盟鏈構(gòu)建涉及到多方主體，如何協(xié)同物流供應(yīng)鏈上下游企業(yè)去信任一個去中心化的平臺并進行協(xié)作，如何讓各方進行最大限度的信息資源共享與協(xié)作，這些都將是區(qū)塊鏈技術(shù)在真正落地實施時會遇到的問題。后續(xù)將對區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)與多式聯(lián)運數(shù)據(jù)交換應(yīng)用平臺進行深入研究。