区块链采用决策路径优化研究——基于供应链视角

哈尔滨学院经济管理学院 王 东

一、引言

区块链最早应用于加密货币领域，其在比特币、以太坊等领域应用的成功案例预示着区块链技术存在巨大发展潜力。目前，诸多经济体、行业和企业都在探索利用区块链技术改善其业绩。2021年3月公布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》将区块链列为七大新兴数字产业之一，明确提出了区块链技术创新、应用发展、监管机制完善的发展方向。国际数据公司（IDC）发布的区块链支出报告预测，2024年全球区块链市场将达到190亿美元。然而，区块链技术虽是突破性的，但用于比特币和以太坊的区块链解决方案并非万能，更非赋能其他特定场景的唯一选择。那么，其他特定场景的区块链采用决策如何进行？本文以供应链作为特定场景对此展开讨论。首先，归纳区块链类型及特点；其次，对既有区块链采用决策框架进行分析，并总结不足之处；最后，提出融入替代技术方案的优化框架，并对供应链场景下区块链技术采用路径进行展示。

二、区块链的类型及其特点

过往文献对区块链（Blockchain）的定义各有表述。作为区块链技术应用的代表性文献，Nakamoto的文章中并未出现过“Blockchain”，而是使用“Distributed Timestamp Server（分布式时间戳服务器）”这一术语。Ioini等认为，区块链属于一种分布式账本，可以被理解为是一类分布式数据库，或称为“共享账本”。Wust等认为，在参与者之间用于记录、管理和自动化处理业务的法律协议、分布式账本平台可以被理解为是一个去中心化的数据库，但其在本质上又不同于区块链。Koens等认为，数据库包括中央数据库和分布式数据库，并强调中央数据库中数据集中存储，中央账本是一个包含交易互动的中央数据库。Mattila等认为，分布式账本是一个包含交易互动信息的分布式数据库。因为未知的参与者可从账本中读取和写入数据，并就账本状态达成共识，所以可以认为区块链是分布式账本技术（DLT）的特殊形式，或具有分布式多版本并发控制的单纯数据结构。

（一）去中心化区块链与中心化区块链

Lai将区块链分类为“去中心化区块链”和“中心化区块链”，两者之间的区别在于谁被允许参与网络、执行共识协议和维护共享账本。比特币场景下的去中心化区块链中，每个参与者都有相同权限，组织内部由参与者共同管理，并投票决定个体的访问权限水平。通常情况下，公共区块链（以下称公共链）是去中心化，或称为强去中心化的区块链，而私有区块链（以下称私有链）是弱中心化的架构。

（二）公共链

公共链的验证节点遍布世界各地，参与者共同记账、维护区块链上的所有交易数据。比特币、以太坊就是公共链的代表。公共链能够稳定运行得益于其特定的共识机制，如比特币块链工作量证明（PoW）、以太坊权益证明（PoS）、代币（Token），能够激励所有参与节点“愿意主动合作”并共同维护链上数据的安全性。公有链中，除非控制了一定程度的算力，否则几乎不会出现篡改交易数据的情况。但要注意的是，公共链需要权衡强去中心化和低吞吐量的问题。

（三）私有链

随着区块链技术逐渐拓展应用场景，区块链的强去中心化、全员参与、激励机制等属性被削弱。当某种场景只需要用到区块链的信任机能和通过较少节点也能达到拜占庭容错时就诞生了私有链。相比需要通过大多数节点进行交易验证的公共链，私有链的交易速度更快、成本更低。另外，相比中心化数据库，私有链能够防止内部节点篡改数据，即便出现故意隐瞒或篡改数据的情况也很容易被发觉。私有链相较公共链更适合于企业环境。目前，许多供应链、银行业和医疗保健领域的供应商数据交换大多采用私有链架构。

（四）联盟区块链

联盟区块链（以下称联盟链）属于私有链范畴，只是私有程度不同，但其权限设计要求较私有链复杂，这使得联盟链比私有链更具可信度。超级账本（Hyperledger）是联盟链的代表。因为始终可以保证网络中至少有一个选定的节点来维护平台，就使得联盟链减少了网络输出缓慢和交易过程延迟等问题的发生。通常情况下，联盟链使用算法相对简单的共识协议来验证交易信息，所以消耗能量更少。

从表1中可以看到，公共链更适合对可信度、安全性有很高要求而对交易速度不苛求的应用场景，私有链或联盟链更适合对注重隐私保护、交易速度和内部监管等要求高的应用场景。所谓的区块链三角困境（Blockchain Trilemma）强调，目前的区块链框架设计无法同时达成去中心化、安全和高性能这三个特性。因此，无论是公共链、私有链还是联盟链都各有不足，又各具优势。潜在主体面对区块链采用决策问题时应根据所处环境、场景及所具备条件进行决策。

表1 公共链、私有链与联盟链的比较

三、既有区块链采用决策框架分析

（一）决策方案

目前，对于潜在主体如何进行区块链采用决策，既有文献、互联网资料已有提案和建议。本文选取10个代表性的决策方案（表2）进行分析，并总结3个决策路径类型，即路径A：是否应采用区块链；路径B：如果是，确定区块链类型；路径C：如果否，有何替代技术。具体如表3所示。通过整理，本文得到了所有方案的核心问题，归纳出9个采用路径（图1），并从场景问题和替代技术两个方面对既有区块链采用决策框架进行分析。

表2 决策路径方案

（二）路径分析

1.场景问题

IBM的方案表明，处理复杂的商业逻辑可能是使用区块链的一个理由。Mueller则认为，简单的商业规则可能只是使用区块链的一个论据。显然，因为缺乏对具体问题含义、场景类型的描述，很难判断哪种方案是正确的。复杂的商业规则在某种程度上可以被智能合约所捕获。因此，IBM的方案可能考虑的是类似于支持智能合约的以太坊区块链。然而，并非所有区块链都能处理复杂的智能合约（如比特币）。因此，Mueller的方案可能更侧重于比特币使用的区块链。

2.替代技术

虽然表2、表3中的既有路径框架清晰，但大多数既有方案采用了“不使用数据库”“无有效方案”等并不明确的指向。Peck等提供的方案也仅仅回答了要么使用某种类型的区块链，要么不使用区块链，这具有误导性且缺乏明确性。本文认为，区块链的一部分优势属性可以由替代技术实现。这些技术没有区块链的局限性，同时又经过了长时间的测试，被证明能够有效地实现对区块链部分功能的替代。因此，未考量区块链技术的替代方案是目前大多数既有方案的结构性缺陷，缺少替代技术方案的决策框架并不完整。

表3 既有区块链采用决策路径及局限

（三）路径补充

对区块链的过度炒作使人们似乎对区块链的能力产生了误解，并引起对区块链技术的期望偏差。试图利用区块链技术的潜在主体应该认识到区块链的成本和发挥作用的局限性。很多场景下，基于公共链的解决方案并非优选，甚至根本不适合。潜在主体，尤其是那些只希望利用区块链的一部分优势特性帮助他们解决挑战的中小型企业，也可以采用如协作式电子商务方案、数据仓库集成方案、集中式数据库、高性能云存储服务、跨技术整合等一系列已有的较为成熟的技术方案。这些技术可能比区块链具有更好的效果，更低的成本。为了弥补既有区块链采用决策框架的缺陷，本文在图1的基础上增加“替代方案集合“，可以为不具备采用区块链技术，但又希望实现区块链部分机能的主体提供替代技术路径指南。本文认为优化框架（图2）有助于更广泛的主体面对区块链采用问题时做出有效决策。

图1 既有区块链采用决策路径

图2 优化后的区块链采用决策路径

四、供应链作为特定场景的区块链采用决策框架

本文首先从可追溯性的角度审视区块链，分析可追溯性的关键要求如何被区块链特性所支持；其次从区块链的角度观察可追溯性，探讨采用区块链概念将对可追溯性产生的影响；最后论述优化框架下供应链作为特定场景的区块链采用决策路径。

（一）路径A

1.可追溯性需求

区块链因具有不可篡改的特性，理论上擅长跟踪从供应商到货架的任何产品，实现可追溯性功能。可追溯性的提升能减轻因质量问题付出的高成本，为繁杂供应链系统提供进一步价值创造的机会。雀巢、联合利华等都导入区块链技术追踪产品。我国清华大学与沃尔玛、IBM合作运用区块链技术进行食品追溯的科研项目，希望能为食品安全追溯工程带来新突破，使供应链上的原材料提供者、生产者、零售商和消费者都能受益。可追溯性和透明度是任何物流及供应链组织的关键需求。供应链的可追溯性是指在端到端（End-to-End）供应网络的所有阶段识别和跟踪原材料、组件及产品的能力。供应链的可追溯性在很大程度上依赖于唯一可识别的对象和参与者，其最为基本的要求是安全地在链和内部层面上将对象、流程及地点联系起来，而区块链所具备的个人匿名性，恰恰能使所有参与者都实现交易可见和可验证。另外，为了能够有意义地捕捉和记录可追溯性数据，需要对流程和数据进行标准化，而区块链的分布式机能提供了相应的数据标准化功能。在区块链的分布式模式下，数据一旦被数据库接受后便不容许篡改，从而可以保证追随数据的安全性。

2.区块链能力

区块链通过在采购、加工、仓储、分销和销售中收集、共享和转移真实数据的过程，提供可信信息的追踪能力。任何信息都可以通过时间戳追溯到区块链的每个区块。区块链采用共识机制取代了所谓的“中心”，在区块链中没有中心的情况下，参与者的身份受到保护，交易公开透明并可验证。在区块链的隐私模式下，数据透明度支持供应链可追溯性的要求。但对供应链可追溯系统中的利益相关者而言需要注意：其一，由于供应链伙伴的能力和利益的异质性给数据的去中心化带来挑战，即企业在传递、存储、验证和分析利用大量可追溯性数据方面资金和技术资源可能存在较大差异。其二，供应链追溯需要供应链中所有合作伙伴的持续性参与，但区块链的点对点（Peer-to-Peer）网络又允许参与者加入或退出网络而不影响区块链整体。另外，因为区块链的延迟是通过区块构建、验证和网络分配引起的，所以当供应链追踪需要实时信息时，这种延迟会阻碍区块链发挥作用。其三，区块链的连链和验证数据记录的方法加强了信息的不可篡改性，这支持了供应链管理对可信、不可篡改信息的需求。然而，纠正错误数据、从快速增长的可追溯性数据池中删除或归档过期数据就需要付出更多成本。目前，借助区块链实现供应链的可追溯性的案例层出不穷（表4），这表明区块链技术具备提升供应链可追溯性的能力。

表4 区块链支持供应链的案例

（二）路径B

如果对路径A做出肯定的回答，接下来需要确定选择何种区块链架构。

1.传统公共链架构

大多数公共链都是基于点对点的计算。点对点公共账本为公开资产交易提供了许多优势。一是公开信息可以消除资产交易的信息不对称问题；二是每笔交易的可见性确保了交易的完整与信息的一致；三是如果公共链架构不能覆盖所有企业都关心的交易信息时，参与者可以依靠自己的私人系统去获取、存储和处理必要的信息，从而导致额外的资源需求。另外，公共链架构还存在可扩展性、计算成本和安全性问题。

（1）可扩展性。在比特币中，区块链交易需要由矿工验证，最终创建的区块大约每10分钟被开采一次。目前，比特币区块的最大容量为1MB，每秒最多记录7笔交易，验证一笔交易的平均时间是43分钟。因此，与资源充沛的大企业甚至企业联盟相比，公共链架构并不一定适合大多数资源有限的中小企业。

（2）计算成本。因为能源和计算资源消耗较大，只有具备专业设备才能使比特币挖矿盈利。有报告显示，比特币所使用的电力与爱尔兰全国的电力消耗相当。供应链交易的现状是，每笔交易的双方都会捕捉和存储交易，这就要求交易双方的公司都有适当的资源来生成和存储交易数据。

（3）安全性。开放的网络设计可能成为非法活动的目标。因此，如果使用公共链来捕捉其所有的供应链活动，就会存在恶意行为破坏软硬件，窃取用户财富和信息的可能性。大多数已经使用区块链进行供应链交易的企业实际上会要求区块链不必像比特币那样开放。

2.单一私有链架构

单一私有链架构假设主体使用单一的私有链来捕捉其每一个供应链交易。此架构下，主体将区块链作为“唯一可信数据源（Single Source of the Truth）”的基础，每笔交易都以哈希字符串的形式存储在区块链上，除审计或监管机构外不允许其他组织访问信息。虽然审计或监管机构可以验证是否有条目被改变，但区块链记录并不显示关于原始条目的质量或真实性。因此，主体仍须实施必要的控制，以监测交易的进展及在账本中的记录。这种情况下，就不会有任何审计意见从这个分类账中得出。另外，使用这样的内部区块链，没有公共共识小组来确认交易的正确性，所以不会赢得大多数同行的信任。目前，大量关于此类系统的研究并无证据表明，单一私有链架构比现有系统在测试中更快和更有成本效益。

3.双方私有链架构

双方私有链架构由两个主体共享一个私有链。如果一家企业外包大量的生产，或者与另一家企业联系紧密，并使用相同账本进行交易，则此种技术更具吸引力。由于参与者数量少，且有协议合同约束主体行为，双方企业不太可能采用基于共识的方法。因此，双方私有链架构就成为联系紧密企业的优选。这种架构将为这两家企业中的每一家提供可见性并消除信息差距。但要指出的是，如果区块链只用于交易的一个子集，参与的企业将需要额外的内部系统以及在区块链和企业自己的系统之间构架桥梁。

4.多方私有链架构

多方私有链架构是针对存在多个独立企业参与的环境。这种架构下，业务关系紧密的企业群（联盟）共同使用一个私有链记录交易事件集。这种架构与子数据交换（EDI）具有类似的功能，其允许企业群建立自己的标准流程和业务方式。如果一个具有重要市场力量的大企业能够确保与其打交道的其他企业（如供应链的供应商）都在同一个区块链上，那么多方私有链架构是一种优选策略。一些交易集中的大型企业，例如大型航运公司或有大量采购的企业就可以凭借多方私有链架构获得对交易的“更大控制权“。需要指出的是，联盟区块链中也可能存在成员较少的情况，此时每个成员的市场力量都存在差异，并不平等，参与者也不太可能与匿名方执行协议。多方私有链架构的一些特点，如其通常是基于云而非点对点、由中心控制管理、通过协议彼此信任、不具匿名性等，都意味着很多区块链原本具备的基本属性会被消除。

通过以上分析可以看出，将区块链技术导入供应链场景时，主体首先需要根据自身情况选择适合的架构。比特币的区块链框架使用共识机制建立信任，缺少中央数据库或中央治理，而供应链场景中，参与各方已被授信，向未知参与者透露如需求、产能、订单、价格、利润等交易细节的可能性较小。利用区块链赋能供应链的案例很多，但无法否认的是，采用区块链仍然面临诸多障碍。本文认为，潜在主体有必要在采用区块链前思考两个问题。其一，迄今为止运行的区块链案例能否证明对其从事的供应链场景具有独特价值；其二，能否接受开发和运行区块链的一系列成本。

（三）路径C

区块链虽有赋能供应链提升可追溯性的能力，并有许多现实案例，但在采用方面仍会面临来自技术与非技术方面的诸多挑战，很多主体，特别是很多中小企业可能并不具备应对这些挑战的能力。对于这些主体来说，基于区块链的解决方案并非最好的解决方案，甚至根本不适合。如果一个潜在主体对路径A的答案是否定的，或是在采用区块链之前对其独特价值与开发运行成本抱有疑问，那么利用区块链的部分机能提升具体供应链场景效益的替代技术应该是较为理性的选择。

1.协作式电子商务方案

供应链的可追溯性需要的架构和技术方案可以追溯到Choudhury早期的IOSs架构研究。企业对企业（B2B）合作中采用IOSs架构可以减少对集中式交易的需求，在对主要电子市场制造商的产品进行广泛实证研究之后，他们观察到对电子数据交换（EDI）协议通常是有效的。Bechini等对围绕虚拟组织（VO）模型的框架进行了完善性研究，认为独立的组织共享资源和技能可以实现特定的目标。网络服务（WS）和使用Extensible Markup的电子商务是创建动态协作环境及业务流程整合最具前途的技术。目前，很多中小企业仍然使用基于自身制定的协作式电子商务方案有效地开展运营活动，只是这些方案不如“区块链”概念那样光鲜亮丽。

2.数据仓库集成方案

当分散化通过在多个设备上复制相同的信息来完成的时候，去中心化可能不是解决所有问题的良方；相反，过度的“去中心化”只会使得网络设备效率低下且速度缓慢，最终导致可扩展性问题和不可持续的高能耗。因此，除非存在特别要求，否则供应链企业并无必要试图通过区块链架构转向去中心化。在许多情况下，供应链的大量交易和数据是实时的，且许多供应链存在数据孤立、格式不同、难以访问或在大数据环境中无法可视化分析的问题。通常，企业可以利用优化其流通网络与分销渠道、减少库存量、加快库存周转来提升供应链效率。要做到这些，关键是进行更好的集成，提高每个主体对整体供应链中即时信息的可见度。在这方面，数据仓库配合物流管理软件、自动扫描设备、电子标签系统的集成架构方案完全可以发挥作用。

3.集中式数据库

考虑到邻域、规模、接受能力等问题，区块链技术的导入成本可能较高，如果主体只需要区块链的一部分功能，如分类账数据结构或数据的不可篡改性，那么最优选择并不是整体导入区块链架构，而是使用其他已有技术方案。对于确实信任的供应链，区块链技术可以增加信任度、透明度和可追溯性。但供应链是多层且涉及多方的，它们需要在较高水平的可追溯性监管环境中运行，对于具备足够信任度的供应链，集中式数据库的性能也有很好的表现。另外，这种方案不会因区块链技术复杂而产生高昂成本。因此，当扩展供应链中的所有参与方都是已知且受信时，可能不需要区块链架构，较为成熟、稳定的集中式数据库解决方案或分散的点对点连接技术完全可以胜任要求。

4.高性能云存储服务

区块链也被认为是构建冗余数据存储系统的较好方法，因为数据存储在多个节点上。虽然这对少量数据来说可能没问题，但随着时间的推移，不断增加的大量企业数据不可能跨多个设备复制。此时，如果对供应链的交易量与吞吐量有要求，企业可以选择托管在数据中心的大容量和高速云存储服务。这将是存储数据一个非常可行的选择，而不是依赖于区块链架构。

5.跨技术整合方案

ERP系统在供应链领域的应用根深蒂固，将这些已有方案与区块链技术实现跨技术的整合，最终产生具有创新能力的新系统不失为一种有益的尝试。目前看来，企业仍有可能拥有私人系统来获取和存储公共系统上不存在的信息，或者同时获取私人和公共信息。因此，ERP系统和区块链之间可能会有联系。另外，企业也可以根据自身情况开发特定ERP系统与分布式账本整合的架构。

除上述替代技术外，其他类型的分布式账本也具有较高的实用性。如安全数据存储方面，区块链并不是唯一解决方案。目前，哈希图（Hashgraph）、有向无环图（DAG）等新分布式账本技术（DLT）同样可以实现去中心化、安全和透明等区块链所具备的优势机能。这些新技术普遍不存在可扩展性问题，可以在秒级单位内处理巨大的交易数据。

五、结语

区块链凭借其突出的优势特性被赞誉为一种创新技术，可以彻底改变社会的交易和互动方式。目前，许多领域都在探索利用区块链的优势特性实现突破性发展。不可否认，区块链技术作为供应链管理系统数字化转型的基础拥有巨大发展前景，然而，本文仍建议潜在主体采用区块链时要慎重考量几个问题，即是否存在区块链对自身领域具有独特价值的案例？开发和运行成本是否能够接受？区块链的一部分优势机能是否存在其他低成本替代技术？还需强调的是，并非所有场景都有必要为区块链的某些特征付出高额投入。

本文批判性地分析了区块链是否真的适合特定应用场景的技术解决方案，阐述了既有区块链采用决策的框架，整理出大多数方案的结构性缺陷（即忽略了区块链的替代方案）。为了弥补这一缺陷，本文提出一个融入替代技术集合的优化的区块链采用决策路径框架，同时以供应链场景为例对优化框架进行了流程演示。本文认为，当供应链主体专注于问题，而不只是单纯地希望凭借新技术实现“突破”时，协作式电子商务、数据仓库、高性能云和跨技术整合等一系列已有技术方案可以更低的成本替代区块链具备的部分优势特性。优化框架有助于为潜在主体提供更具完整性的指南，也可以帮助市场更全面地甄别哪些领域能够通过区块链赋能实现真正的价值提升，并使今后的区块链项目更有可能获得成功和高投资回报。●