区块链与共享物流的协同研究*

□ 祝锡永，茹铖坚，孙增乐

(浙江理工大学 经济管理学院，浙江 杭州 310018)

1 引言

互联网技术的迅猛发展促使物流行业正在从传统的运营模式向信息化、网络化和智能化方向发展。在大数据、云计算、人工智能、区块链等信息技术的推动下，物流行业的基础设施和服务模式日益得到改善，从顺丰的无人机运送快递到苏宁启用的智慧“苏宁云仓”，不仅显著提升了物流服务质量，同时也降低了物流服务成本。然而，物流行业在资源利用率、协同共享以及资源循环发展等方面还存在许多难题。近年来，随着共享经济的发展，物流行业借助共享价值理念，也开始研究如何对过剩物流资源进行整合利用，以优化物流资源的配置，实现共享物流。业界和学者不断在探讨，如何在物流资源的共享过程中构建一个隐私、高效和安全的共享价值体系，保证共享价值链中各个实体之间的相互信任，以推动共享物流产业生态化的发展，而区块链技术的出现有助于从根本上解决上述问题。

目前，针对区块链在共享物流领域的应用还处于萌芽阶段，国内外学者对区块链和共享经济价值理念与物流行业的耦合有一定的研究。Alex等[1]从价值产生、价值记录和价值实现三个层次研究了基于区块链技术下共享经济的概念模型，认为区块链可以在共享经济中创建面向全网的公共生态系统；于博[2]指出区块链的去中心化和信任机制可以为共享经济提供发展条件，认为去中心化的系统是实现共享经济互联和信任的必备条件；汪传雷等[3]构建了基于区块链的供应链物流信息生态圈模型，并结合区块链的定义和基础架构模型，研究了区块链与供应链物流信息资源在主体、交易机制和智能合约方面的耦合问题；齐林海[4]将区块链技术应用在共享充电桩中，通过闪电网络建立共享充电桩交易双方的支付通道，借助智能合约实现了充电桩开关的自动触发，展现了互联网环境下的价值转移；王妙娟[5]通过对区块链技术的研究，结合区块链的不可篡改、可追溯、信息防伪等特性，研究了区块链技术在物流快递中的应用。虽然国内外学者对区块链、共享经济和物流都有一定的研究，但是对这三者结合的协同研究还较少，而对区块链在共享物流中的应用研究则更少。本文将共享经济理念与物流行业相结合，对共享物流的概念和实现模式进行研究，并结合区块链的技术特性，探索区块链技术与共享物流的协同模式。

2 共享物流

2.1 共享经济

共享经济又称为协同消费或合作消费，主要是个体利用第三方信息平台实现点对点的商品共享与服务交换的消费方式[6]。共享经济作为一种全新的经济模式，利用互联网手段将闲置的社会资源进行整合分配，解决参与主体间的信息不对称，实现资源的最大化利用，形成可持续发展的产业生态环。与传统经济模式的不同，共享经济模式下互联网信息平台创造了信息传播的途径，云计算、大数据技术为信息的个性化推荐、数据分析与管理决策提供支持，利用信息技术建立共享型平台连接参与价值活动的用户企业，实现用户之间的信息资源共享，形成完整的共享型价值体系。

目前，随着共享经济概念的崛起，社会许多行业都在大力发展共享经济。从共享充电宝、共享雨伞到共享单车、共享汽车等，以“共享”为名的商品正在改变着人们的生活方式。但是这种冠以“共享”的商品本质上都是属于租赁经济，企业作为资产的拥有方通过有偿的方式分时租赁给用户，在这一过程中交易的是企业自购的出租品而非闲置资源。共享经济的本质是C2C，个体利用共享经济的模式，针对自己暂时闲置的资源利用平台进行有偿分享，在这个过程中平台只是承担双方沟通的桥梁，为所有者暂时失去价值的资源进行市场再分配，发挥资源的潜在价值，形成C(1)+C(2)>C(1,2)的模式(其中C(1)代表单独拥有资源1所承担的成本，C(2)代表单独拥有资源2所承担的成本，C(1，2)代表在共享经济模式利用共享方式同时获取资源1和资源2所承担的成本)[7],最终为供应方、需求方和社会带来多重的经济效益[8]。

2.2 共享物流

共享物流是共享经济下物流模式的创新。由于物流本身具有波动性的特点，企业为了保证充足的物流资源以维持正常运转，需要采取有效的措施来减少物流的波动。共享物流的出现就是为了解决由于季节性、节假日、环境等因素导致的物流波动，促进物流体系之间的联通，避免资源浪费。由于共享物流目前还处于发展的初级阶段，行业内对于共享物流的概念没有形成一个统一的定义，本文结合国内外学者的研究以及类比共享经济的概念[9]将共享物流定义为：共享物流是指利用互联网信息技术，将社会中闲置且分散化的物流资源进行整合分享，从而满足物流多样性需求的物流活动(如图1所示)。也就是说，共享物流就是在物流体系中，物流资源拥有者通过有偿的方式，将暂时闲置的物流资源或服务利用互联网整合的方式与他人共享资产使用权，实现加速物流资源的运转，提高资源利用率，降低物流成本的一种物流模式[10]。

图1 共享物流概念模型

2.3 共享物流的价值生态系统

通过对共享物流概念的分析，共享物流主要是利用信息技术手段实现闲置物流资源的利用，形成“资源——共享——再利用”的循环流动模式。在该模式下利用技术支撑，构建共享型平台，进行物流资源与信息的集成共享，将闲置物流资源的使用价值进行重新分配，创造出循环利用的共享物流价值生态系统(如图2所示)。在该价值生态系统中，通过供应方和需求方建立的点对点信息传递模式，解决信息不对称问题能有效减少“牛鞭效应”，在降低物流成本的同时提高物流资源的使用率，对推进社会物流的可持续发展具有重要意义。

图2 共享物流价值生态系统

共享物流价值生态系统在特点上主要包括信息化、去中心化和协同一体化。

①信息化。共享物流的发展必须要依托信息平台的支撑，通过互联网信息平台将零散的物流资源进行整合，并建立物资拥有者与需求者之间的联系。结合线上线下融合，有效改变传统物流运营效率低的现象，提高整个物流行业信息透明度。

②去中心化。共享物流模式下的运营，以信息平台为介质，打破传统物流的中间环节，消除物流过程中的中介和渠道环节，供需双方利用物流信息平台，直接进行沟通交流。相比传统中介模式，去中介化和扁平化的P2P商业模式可能更加符合共享经济的核心理念，将以往供应链中的节点连接成网状的结构，使得任意两点之间都可以进行连接而产生分享行为。这里，P的范畴除了个人，也可以是企业、社会团体等，更能体现出共享经济与互联网给物流行业所带来的颠覆性创新。

③协同一体化。共享物流价值生态系统打破了传统物流活动中供应者和消费者之间的概念界限，使参与物流活动的用户变成为相互作用的经济联合体，利用产销者的角色在共享物流活动中进行资源、信息、技术等方面的协作配合，形成用户、资源、系统和组织之间相互依存、多方共赢的协同一体化格局。

3 区块链与共享物流的协同

区块链作为一种分布式的总账系统，在区块链应用中存储的数据由节点共同维护，以提高信息的安全性和透明性，解决用户之间的信任问题。共享物流是由资源供应方、需求方、物流企业、运营商等多用户主体利用物流信息平台实现资源共享的物流模式。在这一物流活动中，实现资源共享的根本前提是在用户之间建立信任体系。因此区块链和共享物流在思想机制上存在协同关系，通过区块链提供技术服务支持，为共享物流的实现创造协同环境，使用户主体之间共享信息与资源。本文从用户、交易机制和技术这三个维度对区块链与共享物流两者的协同关系进行研究，探索如何利用区块链技术解决共享物流实现中缺乏信任、信息容易被篡改和缺乏真实性等问题，为区块链技术具体应用到共享物流领域提供实践借鉴。

3.1 用户协同

共享物流过程中参与用户较多，而且主要是规模较小和零散的个体用户，将零散的资源进行整合利用，提高资源利用率的同时，为用户带来经济效益，这个过程形成为一个P2P为中心的商业模式。区块链利用分布式网络为参与点对点交易的用户提供交易通道，将去除传统互联网平台第三方参与的交易模式。在区块链和共享物流的协同作用下，将参与用户形成“点—链—网”的结构，从零散用户点到平台连接下形成的交易链，可以最终实现去中心化的用户信息网(如图3所示)。

图3 P2P网络下用户信息网状图

“用户点”：在共享物流过程中参与活动的每个主体形成一个节点，且相比以前的物流信息平台，该节点主要面向零散和规模小的个体用户。在平台的作用下，将每个节点进行整合，节点利用区块链技术建立交易过程的账户，且每个账户拥有同等的权利，共同维护整个交易过程的信息，保证信息的真实性。

“用户链”：节点与节点之间根据需求的不同建立交易联系。从资源的发布到资源的利用，由节点组成资源供应链参与整个共享物流资源的过程，在这一过程中由货源供应者、货源需求者、物流企业、职能部门、金融机构等用户链接起来，参与的物流活动根据产生时间的先后顺序写入全网区块形成链状结构。该链中的交易信息形成一个共享的全局账本，可以追溯任何改变状态变化的环境[11]，对用户所涉及的任何物流过程均可提供可追溯的条件，这样可以帮助用户链中的节点，在信息交互时建立真实透明的交易信息。

“用户网”：借助信息技术搭建的共享物流信息平台。实现信息流、商流、资金流和物流的互惠互通，形成以用户为中心、信息平台为手段、资源共享为目的的网状结构。用户网在进行信息传递时利用P2P对等网络，每个用户直接建立网络联系，可以在去中心化机制下被其他对等节点直接联系。每个节点既是物流资源提供者——服务器，也是物流资源的获取方——客户端，根据需求获取相应的物流资源，促进信息资源的流转和经济效益的提升。

3.2 交易机制协同

通过陌生人之间建立联系，达成交易协议实现物流资源共享，实现这一过程的前提是如何建立彼此之间的信任。现有信息平台服务模式中，交易双方通过第三方平台为中介建立联系，平台作为双方的协调者对交易过程中存在的问题进行协调。这个过程虽然在一定程度上可以保证双方的权益，但是人为因素干涉较大，并不能从根本上解决信任问题。区块链技术的出现是解决共享物流信任问题的完美机制，存储在区块链上的数据通过共识机制进行确认后无法对数据进行篡改，且参与全网的用户都可以看到交易的存在，实现了对物流资源共享过程中的全程监控，以及保证资源的完整性。在共享物流信息平台中引入区块链的目的是实现去中心化的交易，通过部署公有链形式，使得参与物流活动的任何用户可以参与共识过程的区块链。在整个网络环境下采用POW或POS共识算法实现完全去中心化的信任机制。相比POS机制，POW共识机制在公平性和安全性方面更具有优势，符合物流资源共享过程的思想。通过POW共识机制的应用，实现区块链技术在共享物流去中心化交易机制的系统研究，其核心思想是对于进行物流活动的参与方按照约定的协议进行计算，只有大多数人达成一致的计算结果后，记录才会被写入区块链账本中[12]，解决了账本数据的一致性与正确性。整个交易的共识过程如下。

步骤1：当信息平台产生新的交易时，用户对每个交易进行验证，验证完成后进行全网广播；

步骤2：节点用户进行工作量证明算法的计算，寻找一个计算复杂有足够工作量的工作量证明；

步骤3：在节点找到符合要求的工作量证明后，进行全网广播；

步骤4：当收到广播的节点一致认为包含在该区块的交易是有效时，则可将该新的区块打包写入区块链；

步骤5：接收该区块的节点将该区块的随机哈希值作为下一个新产生区块的随机哈希值，并延长该链条，共同维护整个区块链。

通过以上共识机制实现过程，所有用户对于交易的过程进行维护，形成一个区块链技术下共享物流信任的交易机制。

3.3 技术协同

在研究区块链对共享物流技术协同的过程中，本文利用以太坊平台搭建智能合约。智能合约是使用计算机语言执行合约条款的计算机协议，利用数字形式使得合约参与方在以太坊中执行协议的内容。区块链技术的出现，为智能合约提供了存储代码和运行的环境，在区块链网络环境下，由于节点间的相互独立使得智能合约内容具有无法篡改和可追溯的特点。在设计思想上将共享物过程中所涉及的不同对象通过结构体和映射的方式存储在一个合约中，提高参与用户的交互程度。主要是实现的点对点交易，通过Solidity语言设计智能合约，使物流资源需求者与物流资源供应者通过智能合约进行交互，实现共享物流信息交易过程中的去中心化。

在智能合约中，包括物流资源需求方、物流资源供应方以及共享的物流资源(运输或仓储资源)。合约通过结构体对参与对象进行封装，用于表示交易过程中参与者身份确认，对象之间通过Mapping函数建立映射，利用区块链地址查找对象身份等交易信息，用于确认支付的权限控制，使得合约能够调用支付结算的方法。需求方和供应方包括账户的区块链地址、密码、账户金额、发布的物流资源、需求的物流资源五个属性，物流资源包括ID、所属的用户地址、金额三个基本属性。通过键值对的映射方法，使具体的交易信息映射到一个订单记录(record)结构体中，具体代码映射图如图4所示。

图4 对象代码映射图

智能合约在共享网络环境下运行，根据共享物流过程中的事件对合约进行驱动，避免中间代理服务的参与，提高资源的交易效率。通过执行合约的基本环境和共识算法的结合，决定了合约的状态是个人无法进行随意更改，为用户提供可信和可验证的交易记录。

4 区块链与共享物流协同架构模型

本文在对区块链与共享物流协同研究过程中，提出了一个基于区块链技术的架构模型图(如图5所示)，该模型图分为四层：用户层、业务层、网络层和数据层。通过该四层模型将共享物流实现过程中各环节的协同交互关系进行描述，具体内容如下。

4.1 用户层

用户层是描述参与共享物流活动的主体。包含许多参与主体与组织，主体与组织之间通过物流、信息流、资金流、商流联系起来，形成一张以用户为主题的网状结构。其中主要分为：供应方、需求方和其他支持方，其中供应方和需求方是实现物流资源共享的起点，两者之间没有明显的角色限制，相互之间可以进行转换。每个用户在平台中承担不同的身份与平台进行交互，提供不同的物流资源。在用户层中参与平台的用户之间可进行点对点的连接，通过底层区块链的点对点网络解决连接过程的信任问题，实现用户之间的协同共赢。

图5 基于区块链的共享物流架构图

4.2 业务层

业务层是对物流资源的共享过程进行描述，将暂时存放的物流资源进行循环利用需要物流信息平台承担桥梁作用。搭建信息平台对信息资源、人力资源和物流资源等进行整合，参与平台的用户根据各自需求在平台中通过主动发布和在线搜索两种业务活动实现供需匹配。在双方达成交易协议之后通过底层区块链技术的支撑建立点对点支付通道，实现交易过程的去中心化。对于参与物流资源共享过程的其他用户，在该业务活动中根据信息平台的功能对共享物流活动的实现提供信息、政策、保险等方面的协同支持，推进资源共享的过程。

4.3 网络层

网络层是承载平台数据的传输与交换，主要包括P2P网络、传播机制和验证机制。通过分布式的对等网络模型，网络用户在进行交易过程中利用密码学对交易进行数字签名并发布到区块链网络中，当交易通过验证后在全网中进行广播，这一过程无法篡改且安全透明，保证了整个交易过程的完整性与真实性，解决了共享物流过程中的信任问题。

4.4 数据存储层

数据存储层包括两部分：一部分是区块链数据结构的组成，另一部分是存储共享物流信息平台数据资源的数据库。在区块链的基础数据层中主要包括数据区块、数字签名、链式结构、默克尔树、散列函数和公钥加密，通过这些相关数据加密的技术对共享物流过程中产生的重要信息进行存储，保证数据的安全性。在数据库中存储部分对共享物流过程中的用户、资源、订单等基本数据进行采集、维护和更新。在区块链与共享物流的协同架构模型中，为货源方、仓源方、车源方、平台运营方等建立点对点的连接，依托共享物流平台为用户提供统一的用户管理、服务接口和信息数据存储等。通过底层区块链技术的支持，利用分布式的对等网络和区块头部数据结构的完整性，为业务层的去中心化交易提供技术服务，对数据支持层的数据信息在整合的基础上进行处理、传输与交换，利用智能合约的自动执行机制解决物流资源交易双方之间存在的不信任问题。

5 结语

本文针对物流资源实现共享过程中存在的信用问题，并结合区块链技术的特点，提出了将区块链应用在共享物流中的方法。利用区块链去中心化、全网维护和不可篡改等特点，为参与共享活动的用户之间建立可信的交易环境。通过对区块链与共享物流的协同研究，一方面为共享物流的实现过程提供技术支撑，另一方面实现区块链在不同行业中的多样性应用。

在协同研究过程中，利用区块链的分布式网络将参与共享物流活动的用户形成“点、链、网”的结构，共识机制可以为用户信息网进行交易过程中产生的订单数据进行全网维护，通过以太坊平台搭建的智能合约，将共享物流过程中所涉及的对象进行封装，建立去中心化交易的方法。最后构建区块链与共享物流的架构模型，对两者的交互关系进行描述，实现共享物流模式下的价值互联。由于目前区块链还处于起步阶段，本文对于区块链在共享物流中的应用效果还无法从实践的角度获得有效的验证，两者的协同研究也局限在理论方法的研究阶段，本文在未来的研究过程中需要通过技术手段在共享物流信息平台中完成与区块链的交互，根据交互界面展示互信环境下用户之间实现物流资源共享的内容。