快递物流区块链应用研究报告.pdf

快递物流区块链 应用研究报告 发布单位：南陵县政府、国家邮政局邮政业安全中心、 国邮快递物流智能装备（南陵）产业技术研究院、 物流信息互通共享技术及应用国家工程室 南京邮电大学现代邮政学院 新基建、新 快递 、 新南陵 区块链简介 1.1 区块链体系结构 02 1.2 区块链分类 02 1.3 区块链运行机制 03 1.4 区块链关键技术 04 1.4.1 密码学 04 1.4.2 共识机制 05 1.4.3 智能合约 05 1.4.4 对等网络 06 1.5 区块链平台 06 1.5.1 Hyperledger Fabric 06 1.5.2 Fisco Bcos 07 1.5.3 京东智臻链 08 1.6 区块链在快递物流中的研究意义 与研究内容 09 1.6.1 政策与经济环境 09 1.6.2 我国快递物流 行业存在的问题 09 1.6.3 智慧快递物流 联盟链 09 1.6.4 研究内容 10 区块链存储 2.1 区块链存储在快递物流中的应用 12 2.2 区块链存储方案 13 2.2.1 区块链存储模型 13 2.2.2 区块链 在快递物流 中的存储 模式 13 01 快递物流区块链应用研究报告 Contents目录01 02 04 3.3.2 基于环签名和代理重加密的 区块链隐私保护模型实现 25 3.4 区块链安全 在快递物流 中的应用 26 3.5 物流行业隐私问题区块链解决方案 29 区块链应用 4.1 区块链在南陵快递物流 智能装备中的应用 30 4.1.1 南陵快递物流智能装备发展 30 4.1.2 基于区块链的快递物流 智能装备健康管理系统 30 4.2 区块链在南陵“云菇小镇”食药用菌 信息溯源中的应用 32 4.2.1 南陵 “ 云菇小镇 ” 32 4.2.2 基于区块链在南陵“云菇小镇” 食药用菌信息溯源应用 32 4.3 区块链在冷链运输中的应用 33 4.3.1 区块链在冷链运输中的研究意义 33 4.3.2 冷链运输方案 33 4.4 区块链跨链技术在快递物流中的应用 38 4.4.1 跨链的概念 38 4.4.2 跨链技术 38 4.4.3 跨链在快递物流中的应用 39 4.4.4 区块链跨链系统设计 41 区块链典型案例 5.1 圆通速递寄递 安全监测平台及其应用 42 5.2 智臻链及其应用 43 参考文献 47 03 区块链安全 3.1 区块链隐私安全现状分析 23 3.2 区块链隐私安全领域发展 23 3.3 区块链隐私安全策略 24 3.3.1 基于环签名和代理重加密的 区块链隐私保护方案 24 05 区块链是一种去中心化 、 不可篡改 、 可追溯 、 支持多方共同维护的分布式数据库 ， 它以分布式数据库 作为数据存储载体 ， 以对等网络 （ Peer-to-Peer， P2P） 作为通信载体 ， 依赖密码学保护用户隐私 ， 利用共 识机制保障系统一致性 ， 解决了数据可信问题 ， 使得互不信任 、 互不了解的多方 ， 在任何用户可不借助第三 方可信机构的情况下 ， 实现可信 、 对等的价值传输 12。 区块链来源于中本村提出的一种被称为比特币的 数字货币 3， 该数字货币的主要目的是在没有任何中介权威机构介入的情况下 ， 让互不信任的人可使用比 特币直接支付 。 1.1 区块链体系结构 经典的区块链系统由数据层 、 网络层 、 共识层和激励层组成 ， 区块链体系结构如图 1-1所示 。 其中 ， 数 据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等基础数据和基本算法 ， 网络层中包含分布式对等组 网机制 、 数据传播机制和数据验证机制等 ， 共识层主要封装网络节点的各类共识算法 ， 激励层将经济因素集 成到区块链技术体系中来 ， 主要包括经济激励的发行机制和分配机制等 ， 合约层拥有支撑不同应用的智能合 约 ， 应用层提供防伪溯源 、 信用管理等应用场景提供解决方案 。 图 1-1 区块链体系结构 1.2 区块链 分类 区块链按照准入机制的不同可分为三类：公有链 、 联盟链和私有链 。 公共区块链是指全世界任何一个人都可以读取 、 任何一个人都可以发送交易且交易能够获得有效确认 的共识区块链 。 联盟区块链是指有若干组织或机构共同参与管理的区块链 ， 每个组织或机构控制一个或多个节点 ， 共 同记录交易数据 ， 并且只有这些组织和机构能够对联盟链中的数据进行读写和发送交易 。 私有区块链是指写入权限完全在一个组织手里的区块链 ， 所有参与到这个区块链中的节点都会被严格 控制 。 02 01 PART 区块链简介 快递物流区块链应用研究报告 图 1-2 区块链分类 1.3 区块链运行机制 一般认为 ， 区块链系统的运行机制就是其完成账本记录的过程 。 区块链首先利用分布式共识算法生成 和记录数据 ， 接着利用 P2P网络在各节点间传输数据 ， 并结合密码学非对称加密与数字签名等技术保障区块 链上的数据不可篡改 ， 最后利用智能合约实现上层应用的相关逻辑 4。 其中 ， 以图 1-2的区块链交易流程为 例 ， 区块链的运行流程主要包含生成区块 、 共识校验 、 奖励机制 、 账本维护四个步骤 。 1.生成区块 。 当区块链用户 A需要向用户 B转账时 ， A生成相关的交易并发布全网 。 此时 ， 这笔交易会 被区块链节点打包存储在一个叫 “ 区块 ” 的数据结构中 ， 各个区块链节点竞争生成该区块的权力 。 2.共识校验 。 一旦某一节点生成了区块 ， 即将该区块广播至全网其他节点 。 此时全网节点基于共识算 法验证并判断该区块有效性 ， 若区块被认为有效 ， 则可以确认区块中的交易有效 ， 该区块可以被添加到区块 链上 ， 各节点重新生成包含未确认交易的新区块 ， 反之区块无效 ， 节点可以继续生成当前区块 。 3.奖励机制 。 生成一个被全网共识校验成功的区块的节点将得到区块链的一定奖励 ， 例如比特币等 。 4.账本维护 。 交易一旦被确认之后 ， 即可将用户 A的资金转移至用户 B， 同时由于区块中的交易公开透 明且不可篡改 ， 区块链各节点可以长期存储验证并回溯区块链中的所有账本记录 ， 为应用层提供账本访问接 口 。 图 1-3 区块链交易流程 03 S te p 1 ： A 想要转账给 B S t e p 2 : 这笔交易在网络上 存在于一个叫 区块 的 数据结构当中 ， 所有节点 共同竞争生成区块的权力 S te p 3 : 一旦某节点生成区块 ， 就将该区块广播给其他节点 S te p 4 : 节点确认交易有效S te p 5 : 新区块被添加到链上 ， 这条链提供永久和透明的交易 记录 。 生成该区块的节点将获 得相应奖励 （ 例如比特币 ） S te p 6 ： 资金从 A 转移到 B 快递物流区块链应用研究报告 1.4 区块链 关键技术 1.4.1 密码学 1. 公钥加密 公钥加密 ， 也叫非对称 （ 密钥 ） 加密 （ public key encryption） ， 是一种密码学技术 ， 指的是由对应的 一对唯一性密钥 （ 即公开密钥和私有密钥 ） 组成的加密方法 。 它解决了密钥的发布和管理问题 ， 是目前商业 密码的核心 。 在公钥加密体制中 ， 没有公开的是私钥 ， 公开的是公钥 。 常见的公钥加密算法有 RSA， Diffie- Hellman， ECC等 。 2. Hash函数 Hash， 一般翻译做 “ 散列 ” ， 也有直接音译为 “ 哈希 ” ， 就是把任意长度的输入 （ 又叫做预映射 ， pre- image） ， 通过散列算法 ， 变换成固定长度的输出 ， 该输出就是散列值 。 Hash函数特点在于输入数据只要 稍有变化则将得到一个千差万别的结果 ， 且结果无法事先预知 。 且正向计算十分容易 。 逆向计算极其困难 ， 在当前科技条件下被视作不可能 。 区块链采用了一种名叫 SHA256的 Hash函数 ， 可以将任何一串数据变换 成 256位的散列值 。 3. 数字签名 数字签名涉及到一个 Hash函数 、 发送者的公钥 、 发送者的私钥 。 数字签名有两个作用 ， 一是能确定消 息确实是由发送方签名并发出来的 ， 二是数字签名能确定消息的完整性和不可否认性 。 椭圆曲线签名算法 （ ECDSA） 为比特币中使用的数字签名算法 。 当发送报文时 ， 发送方用一个哈希函数从报文文本中生成报 文摘要 ， 然后用自己的私钥对摘要进行加密 ， 加密后的摘要将作为报文的数字签名和报文一起发送给接收方 ， 接收方首先用与发送方一样的哈希函数从接收到的原始报文中计算出报文摘要 ， 接着再用发送方的公钥来对 报文附加的数字签名进行解密 ， 如果这两个摘要相同 、 那么接收方就能确认该数字签名是发送方的 。 4. Merkle Tree Merkle Tree是一种 hash二叉树 ， 其主要结构如图 1-4所示 ， 被用来归纳一个区块中的所有交易信息 ， 最终生成这个区块所有交易信息的统一哈希值 （ 即 Merkle Root） ， 区块中任何一笔交易信息的改变都会使 得使得 Merkle树改变 。 在校验时 ， MerkleTree可以快速校验大规模数据的完整性 。 在实际工作时 ， 叶子节 点为各交易数据的 hash值 ， 每一个交易都可以计算出一个 hash， 从而层层向上得到 MerkleRoot。 由于 MerkleTree要求叶子节点树是 2n， 所以当区块内包交易数不为 2n， 就把复制一些交易数据作为 padding方 便计算 MerkleRoot。 图 1-4 MerkleTree结构 04 T 1 T 2 T 3 p a d d i n g h a s h ( T 1 ) h a s h ( T 2 ) h a s h ( T 3 ) h a s h ( p a d d i n g ) h 00 h 01 h 10 h 11 h a s h ( h 00 , h 01 ) h 0 h a s h ( h 00 , h 01 ) h 1 h a s h ( h 0 , h 1 ) M e r k l e R oot D at a B l oc k s 快递物流区块链应用研究报告 1.4.2 共识机制 因为在区块链系统中没有像银行一样的中心化机构 ， 所以在进行传输信息 、 价值转移时 ， 共识机制解 决并保证每一笔交易在所有记帐节点上的一致性和正确性问题 。 区块链的这种新的共识机制使其在不依靠中 心化组织的情况下 ， 依然大规模高效协作完成运转 。 在区块链网络中 ， 由于应用场景的不同 ， 所以采用了不 同的共识算法 。 目前 ， 区块链的主流共识机制有三种：工作量证明机制 (Proof of Work， POW)、 权益证明 机制 (Proof of Stake， POS)、 委托权益证明 (Delegated Proof of Stake， DPOS)。 1. 工作量证明机制 (Proof of Work， POW) 可简单理解为一份证明 ， 证明你做过一定量的工作 。 通过查看工作结果 ， 就能知道你完成了指定量的 工作 。 区块链共识算法用的最多的就是 POW。 比特币和以太坊都是基于 POW的共识机制 。 例如 ， 比特币在 区块的生成过程中使用的就是 POW机制 ， 简单理解就是大家共同争夺记账权利 ， 谁先抢到并正确完成记账 工作 ， 谁就得到系统的奖励 ， 奖励为比特币 ， 也就是所谓的 “ 挖矿 ” 。 矿工 （ 参与挖矿的人 ） 通过计算机的 算力去完成这个记账工作 ， 这个拥有计算能力的专业计算机就是所谓的 “ 矿机 ” 。 2. 权益证明机制 (Proof of Stake， POS) 通过持有 Token（ 代币 ） 的数量和时长来决定你获得记账的机率 ， 类似于股票的分红制度 ， 持有股权越 多的人就能够获得更多的分红 。 Token相当于区块链系统的权益 。 它是 POW的一种升级共识机制 ， 根据每 个节点所占代币的比例和时间 ， 等比例的降低挖矿难度 ， 从而加快找随机数的速度 。 相对于 PoW， 一定程 度减少了数学运算带来的资源消耗 ， 性能也得到了相应的提升 。 3. 委托权益证明 (Delegated Proof of Stake， DPOS) 是基于 POS衍生出的更专业的解决方案 ， 类似于董事会投票 ， 指拥有 Token的人投票给固定的节点 ， 选 举若干代理人 ， 由代理人负责验证和记账 。 不同于 POW和 POS的全网都可以参与记账竞争 ， DPOS的记账 节点在一定时间段内是确定的 。 1.4.3 智能合约 智能合约又称智能合同 ， 是由事件驱动的 、 具有状态的 、 获得多方承认的 、 运行在区块链之上的 、 且 能够根据预设条件自动处理资产的程序 。 智能合约也是一种用计算机语言取代法律语言去记录条款的合约 。 简单地说 ， 智能合约就是传统合约的数字化版本 。 区块链构建了一个分布式的数据库 ， 智能合约就是能够使区块链技术应用到现实当中的应用层 。 智能 合约是在区块链数据库上运行的计算机程序 ， 可以在满足其源代码中写入的条件时自行执行 。 智能合约一旦 编写好就可以被用户信赖 ， 合约条款不能被改变 ， 因此合约是不可更改的 。 区块链智能合约有三个技术特性： 1. 数据透明 区块链上所有的数据都是公开透明的 ， 因此智能合约的数据处理也是公开透明的 ， 运行时任何一方都 可以查看其代码和数据 。 2. 不可篡改 区块链本身的所有数据不可篡改 ， 因此部署在区块链上的智能合约代码以及运行产生的数据输出也是 不可篡改的 ， 运行智能合约的节点不必担心其他节点恶意修改代码与数据 。 3. 永久运行 支撑区块链网络的节点往往达到数百甚至上千 ， 部分节点的失效并不会导致智能合约的停止 ， 其可靠 性理论上接近于永久运行 ， 这样就保证了智能合约能像纸质合同一样每时每刻都有效 。 05 快递物流区块链应用研究报告 1.4.4 对等网络 对等 网络是一种不同于传统的客户端 /服务器 （ Client/Server， C/S） 网络的通信模型 ， 每个参与节点以 相同 、 对等的方式加入网络 ， 并同时具备信息消费者 、 信息提供者和信息通讯等三方面功能 。 近年 ， 对等 网 络以其去中心化 、 灵活 、 及时性强等特点 ， 被广泛地应用在越来越多的场景中 ， 其中就包含区块链 。 区块链网络中的节点是平等的 ， 这一点与 对等 网络特点完全一致 ， 但这些节点基于支持的不同区块链功 能而充当不同的角色 。 基于对等网络的区块链网络拓扑如图 1-5所示 。 其中 ， 区块链网络节点的主要功能如 下： 1.5 区块链 平台 区块链是一种去中心化 、 不可篡改 、 可追溯 、 支持多方共同维护的分布式数据库 ， 它以分布式数据库 作为数据存储载体 ， 以对等网络 （ Peer-to-Peer， P2P） 作为通信载体 ， 依赖密码学保护用户隐私 ， 利用共 识机制保障系统一致性 ， 解决了数据可信问题 ， 使得互不信任 、 互不了解的多方 ， 在任何用户可不借助第三 方可信机构的情况下 ， 实现可信 、 对等的价值传输 12。 区块链来源于中本村提出的一种被称为比特币的 数字货币 3， 该数字货币的主要目的是在没有任何中介权威机构介入的情况下 ， 让互不信任的人可使用比 特币直接支付 。 1.5.1 HyperledgerFabric Hyperledge Fabric是由 Linux基金会发起创造的开源区块链分布式账本 ， 是第一个支持以通用编程语言 （ 例如 Java、 Go和 Node.js） 而非受约束的领域特定语言 （ Domain-specific Languages， DSL） 编写的智 能合约编写的分布式分类帐平台 ， 其采用了合约执行与共识机制相互分离的系统架构 ， 模块化地实现了共识 服务 、 成员服务等服务的即插即用 5。 Fabric侧重于模块化的架构设计 ， 将整个系统节点分为背书节点 、 排序节点和提交节点 。 Fabric交易流 程如图 1-6所示 ， 在交易时 ， 由用户客户端签名的数据先被发给一个或者多个背书节点 ， 背书节点执行智能 合约并生成读写集返回用户客户端 ， 用户验证完成之后将读写集广播至排序节点 ， 排序节点基于共识机制将 多笔交易的读写集打包成区块并发送至提交节点 ， 最后提交节点将验证通过的区块加入区块链 ， 并将写集写 入状态数据库从而完成交易 。 06 1. 路由功能 所有节点带有路由功能 ， 从而验 证并传播交易 、 发现并维护其他节点 的连接 。 2. 挖矿功能 基于某种共识机制 ， 通过竞争的 方式创建新区块 。 3. 完整区块链数据库 保留了网络中完整的区块链数据 ， 可以独立地验证所有人的交易 4. 钱包功能 提供存储地址 （ 类似银行账户 ） 、 私钥 （ 类似账户密码 ） 等信息的容器 。 W R M R B W R W M R B W M R B W R M R B M R B W R M R B W B M R钱包功能 完整区块链数据库 挖矿功能 路由功能 完全节点 挖矿节点 轻量级节点 图 1-5 区块链网络 快递物流区块链应用研究报告 Fabric采用许可制 ， 即平台中的参与者已经各自之间有了一定了解 ， 而不是匿名和完全不信任的 ， 这意 味着尽管参与者之间可能不会完全地信任对方 ， 但是网络可以在治理模型下运行 ， 该治理模型是基于参与者 之间已存在的信任而建立的 ， 例如处理争议的法律协议或框架等 。 同时 ， Fabric还利用通道 （ channel） 架 构实现机密性 ， Fabric网络参与者可在参与者的子集之间建立通道 ， 该通道将被授予特定交易集的可见性 ， 因此只有参与通道的节点才可以访问 Fabric的智能合约 链码 （ Chaincode） 和交易的数据 。 链码是 Fabric的智能合约 ， 是一种受信任的分布式应用程序 ， 可以从区块链和节点之间的共识机制中获 得安全性和信任 ， 从而实现区块链应用程序的业务逻辑 ， 且 Fabric网络可允许节点同时运行并动态部署多个 链码 。 图 1-6 Fabric交易流程 1.5.2 FISCOBCOS FISCO BCOS是金融区块链合作联盟 (深圳 )成立的开源工作组主导研发 、 对外开源 、 安全可控的企业级 金融联盟链底层平台 ， 该平台由金链盟开源工作组协作打造 ， 并于 2017年正式对外开源 。 社区以开源链接 多方 ， 截止 2020年 5月 ， 汇聚了超 1000家企业及机构 、 逾万名社区成员参与共建共治 ， 发展成为最大最活跃 的国产开源联盟链生态圈 。 底层平台可用性经广泛应用实践检验 ， 数百个应用项目基于 Fisco BCOS底层平 台研发 ， 超 80个已在生产环境中稳定运行 ， 覆盖文化版权 、 司法服务 、 政务服务 、 物联网 、 金融 、 智慧社 区等领域 。 FISCO网络中用户通过 SDK或 curl命令向节点发起远程过程调用 （ Remote Procedure Call， RPC） 请 求以发起交易 ， 节点收到交易后将交易附加到交易池中 ， 打包器不断从交易池中取出交易并通过一定条件触 发将取出交易打包为区块 。 生成区块后 ， 再由共识引擎进行验证及共识 ， 验证区块无误且节点间达成共识后 ， 将区块上链 。 当节点通过同步模块从其他节点处下载缺失的区块时 ， 会同样对区块进行执行及验证 。 其中 ， FISCO BCOS交易流程如图 1-7所示 。 为了保障节点间通信安全性 ， 以及对节点数据访问的安全性 ， FISCO BCOS引入了节点准入机制 、 授 权中心黑名单和权限控制三种机制 ， 在网络和存储层面上做了严格的安全控制 。 07 快递物流区块链应用研究报告 EVMC (Ethereum Client-VM Connector API)， 是以太坊抽象出来的执行器的接口 ， 旨在能够对接各种 类型的执行器 。 FISCO BCOS目前采用了以太坊的智能合约语言 Solidity， 因此也沿用了以太坊对执行器接 口的抽象 ， 即可以利用 EVMC实现对区块链底层逻辑的调用 。 图 1-7 Fisco BCOS交易流程 1.5.3 京东智臻链 京东智臻链 ” 是京东区块链的技术品牌 ， 致力于打造全方位 、 全生命周 期的企业级区块链应用解决方 案 ， 让开发者和企业实现一站式规划 、 配置 、 开发 、 上线 、 运维 ， 一键自动配置和部署区块链网络 ， 降低区 块链技术应用成本 ， 共享区块链可信价值 ， 提供值得信赖的企业级区块链服务 。 京东区块链应用场景的选择和产品功能设计 ， 始终都围绕着为客户交付真实的 、 可持续的业务价值来 展开 ， 如何利用区块链的技术特性 ， 来解决现实业务中的客户痛点 ， 是我们长期思索和努力的方向 。 京东自 身零售 、 快递物流 、 数字 科技等组合生态内部蕴藏了大量的区块链潜在应用场景 ， 本次我们重点选取了 14 个有代表性的 、 运行在 JD BaaS 组成的智臻链联盟网络上面的真实落地应用 ， 并将其划分为品质溯源 、 数 字存证 、 信用网络 、 金融科技和价值创新等五个方面 ， 逐一分享我们对这些领域内区块链应用的建设经验和 发展思考 ， 希望 广大京东客户和合作伙伴更好地理解区块链的应用价值 ， 更多地参与到我们共 同的事业中 来 ， 也希望为行业健康发展带来更多帮助 1。 08 快递物流区块链应用研究报告 1.6 区块链在 快递 物流中的研究意义与研究内容 1.6.1 政策与经济环境 2016年以来 ， 国务院办公厅 、 商务部 、 交通运输部 、 中国银保监会等部门及部分地方政府出台了多个 涉及区块链与快递物流供应链融合发展的政策文件 。 2017年 10月 ， 在国务院办公厅印发的 关于积极推进 供应链创新与应用的指导意见 (国办发 2017 84号 )中明确提出：研究利用区块链 、 人工智能等新兴技术 ， 建立基于供应链的信用评价机制 。 2018年 10月 ， 商务部等 8部门公布 266家全国供应链创新与应用试点企业 名单 。 其中 ， 部分代表性试点企业利用区块链技术在快递物流供应链领域开展实践应用 ， 取得了一定积极成 效 。 2019年 10月 24日 ， 中共中央政治局就区块链技术发展现状和趋势进行第十八次集体学习 ， 习近平总书 记在主持学习时强调 ， 区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起者重要作用 。 快递物流行业作 为区块链技术的重点应用方向 ， 正迎来新的发展机遇 。 近年来 ， 全球经济体之间的合作与竞争已逐渐升级 ， 演化为全球供应链之间的协同与发展 。 2019年全 国社会快递物流总额 298.0万亿元 ， 快递物流供应链需求较为旺盛 ， 全国社会快递物流总费用 14.6万亿元 ， 我国已经成为全球最大的快递物流供应链市场 。 据不完全统计 ， 国内外披露的无币区块链项目中 ， 快递物流 供应链方向的项目超过 35%， 快递物流供应链领域乃至整个快递物流行业都已经成为区块链技术应用最具潜 力的市场 。 1.6.2 我国快递物流行业存在的问题 我国快递物流行业由于发展不平衡 ， 缺乏技术指导和资金支持 ， 存在诸多问题 。 目前 ， 当前我国快递物 流行业 ， 货物流通信息的真实性过于依赖中心机构监管措施的强弱 ， 容易导致双方信任危机 ， 且快递物流供 应链及监管环节信息无法有效对接 ， 存在数据孤岛问题；缺乏快递物流信息安全性保障方面的研究 ， 快递货 物安全管控系统的部分环节还是人工采集数据 ， 数据在被存储 、 传输以及查询时存在信息被篡改的可能 ， 后 台信息管理人员很大可能会只选择对企业有利的信息 ， 删除不利信息 ， 不能保障数据的真实性；在快递物流 中转运输过程中 ， 运单上的用户明文信息随处可见 ， 用户个人隐私完全暴露 。 同时 ， 由于我国快递物流市场 竞争的激烈 ， 快递物流公司分散 ， 导致长期以来存在征信难 、 融资难 、 协同难的痛点 ， 且货主和司机之间缺 少有效的沟通渠道 ， 容易导致货物和司机在时间和空间上的快递物流匹配效率无法达到最佳 ， 也就经常发生 的物流速度慢 、 运输绕远路等服务效率低的现象 。 1.6.3 智慧快递物流联盟链 智慧快递物流联盟链是指行业的机构或组织之间共同参与管理的区块链 ， 他们各自运行着一个或多个节 点 。 联盟链中的数据只允许系统内的不同机构进行读取和发送交易 ， 并且共同记录交易数据 。 此外智慧快递 物流联盟链的参与节点也需要通过第三方机构的身份审核 ， 并对参与节点的角色进行划分 ， 之后赋予不同的 节点以不同的权限 。 随着产业互联网时代的到来以及国家将快递物流行业的创新与应用提升至国家战略 ， 快递物流行业将成 为区块链技术最具潜力的应用场景 ， 究其原因 ， 是快递物流行业因其链条长 、 分散的行业特性导致长期以来 存在征信难 、 融资难 、 协同难的痛点 。 智慧快递物流联盟链包含去中心化 、 数据加密 、 时间戳 、 共识机制 、 智能合约等技术 ， 具有分布式 、 不可篡改 、 可追溯等特性 。 因此智慧快递物流联盟链构建了去中心化的信任 体系 ， 帮助每个参与方打造一个既公开透明又能充分保护各方隐私的开放网络 ， 建立一个高度信任的发展环 境 6。 而智慧快递物流联盟链的这些特点恰好能解决我国快递物流行业中中心化组织存在的高成本 、 低效 率和信任问题 ， 为解决我国快递物流行业的发展痛点提供了优良的解决方案 ， 对我国快递物流行业的发展具 有重要的推动意义 。 其中智能快递物流联盟链的发展方向包括： 09 快递物流区块链应用研究报告 共享快递物流行业信息 ， 协同提高快递物流行业产业效能 智慧快递物流联盟链利用区块链技术可以惠及各方利益 ， 提高整个快递物流行业的运转效率 ， 为投资者 增加收益 。 同时 ， 跨链技术可实现不同功能链或不同企业快递物流供应区块链之间的信息互通 ， 在提升智慧 快递物流联盟链性能的同时 ， 满足快递物流行业信息共享 、 价值流通的需要 。 共建快递物流行业征信 ， 致力提高快递物流行业服务质量 智慧快递物流联盟链可以承担多方合作的连接体 ， 利用区块链安全和存储技术 ， 在不泄露原始数据的情 况下 ， 上报并分布式存储失信信息 ， 供联盟体查询 。 此外 ， 监管机构可以建立一套行业征信评级标准 。 快递 物流行业信用评级标准需要行业内的企业共同参与 ， 通过智能合约编写评级算法 ， 并发布到联盟链中 ， 利用 账本上真实的数据来计算评级结果 。 实现快递物流行业可信溯源 智慧快递物流联盟链利用其不可篡改的分布式账本记录特性与物联网技术结合 ， 对供应链上的的商品可 以实现从源头到生产再到运输直至交付的全程的可信追溯 。 推动快递物流行业金融发展 智慧快递物流联盟链中信息的不可篡改 ， 一定程度的透明化 ， 能够为快递物流行业金融发展赋能 。 智慧 快递物流联盟链推动了各主体间的协作 ， 更有利于对底层资产穿透式的监管 ， 同时建立新的信用 、 资产评级 体系 ， 促进快递物流行业金融产品的发行 。 1.6.4 研究内容 区块链存储 、 安全以及应用技术是构建智慧物流区块链的核心技术 ， 本白皮书也将从区块链在物流中的 存储 、 安全以及应用三个方面进行研究 ， 具体研究内容如下： 区块链存储 区块链基于其不变性 ， 透明性和去中心化的特征 ， 能够为物流行业提供相对优势 。 区块链存储 在快递物 流 中的应用主要包括两种模式 信息存储与价值存储 。 信息存储模式主要是通过区块链分布式存储的特点 ， 为相互交接的信用主体存储结算凭证等数据 ， 其优点是数据永远不会被删除 。 二是传递模式 ， 包含信息传递 与价值传递两种 。 信息传递模式主要是基于区块链的分布式存储和加密传输的特性 ， 这在征信领域已得到应 用 。 将区块链存储应用 在快递物流 中 ， 使得每个节点存储一份完整的数据 ， 这增强了数据的公开性 、 透明性 、 不可篡改性 ， 提高了系统的可用性 。 因此 ， 区块链存储在运输 和快递物流 行业中的应用将产生深远的影响 ， 将改变我们生产 、 销售 、 购买和消费商品的方式 。 区块链安全 区块链的去中心化 、 便于审计 、 不可篡改 、 匿名性等特点 ， 可以满足隐私数据储存的安全性和完整性 ， 可以实现用户全方位掌握个人隐私及货物现阶段的运输情况等 ， 以达到安全 使用快递物流 服务的愿景 。 当今 社会 ， 快递物流 作为实现货物运输中转交付的重要步骤 ， 在电子商务及现实生活中的地位不断提高 ， 而当前 存在的区块链信息技术能够有效解决用户个人隐私保护的问题 。 区块链 应用 近年来 ， 电商行业迅猛发展 ， 快递物流业呈现出爆发式增长 ， 为之服务的智能装备制造产业快递崛起 。 为抢抓这一重大历史机遇 ， 南陵县将快递物流智能装备制造产业确立为引领县域经济发展的首位产业 。 对 于大型设备的健康管理 ， 可以通过多种数据采集方式 ， 采集智能设备的各类数据并传输至区块链中 ， 然后通 过智能算法进行分析处理 ， 从而实现智能设备的维修保养管理 、 稳定性评价 、 零部件溯源等功能 。 10 快递物流区块链应用研究报告 食 药用菌是我国农业领域继粮 、 油 、 菜 、 果之后的第五大种植产业 ， 也是大健康朝阳产业 。 南陵县作 为安徽省菌业大县 ， 近年来 ， 香菇生产规模位居全省首位 ， 产品在上海 、 杭州 、 合肥等地市场畅销不衰 。 为了推动食药用菌产业高质量发展 ， 南陵县提出大力发展 “ 一镇一业 ” ， 将籍山镇打造成 “ 云菇小镇 ” 。 运 用区块链技术 ， 实现上传 、 追踪 、 查证 “ 云菇小镇 ” 食药用菌的种植 、 加工 、 质检 、 仓储等各环节的数据信 息 ， 严格控制食药用菌质量 。 将 区块链技术应用于冷链运输中的食品质量安全管控体系是最新的发展趋势 ， 运用区块链技术可以很好 地解决目前的问题 ， 达到以下的目的： 1） 加强冷链食品流通数据的公开性和透明性 ， 方便质量安全管理和 控制的深入开展 。 2） 建立权威统一的冷链食品质量安全监测 、 预警和交流的信息化数据平台 ， 监管部门间 的数据库系统建立关联桥接 ， 增强信息共享和业务协作机制 。 在快递物流 环节中 ， 快递物流 公司的首要的问题是如何提高运输效率 ， 这就需要和发货人 、 收货人进 行信息交互 。 由于将所有相关方都整合到一条区块链上成本高且数据量庞大 ， 所以需要构建多条实现不同功 能的区块链 。 跨链技术可以连接独立的区块链网络 ， 实现不同区块链的信息交互 、 价值流通 ， 因此利用跨链 技术实现物流区块链 、 供应商区块链 （ 发货方 ） 、 销售区块链 （ 收货方 ） 之间的信息互联互通 ， 从而制定最 优的运输方案 ， 以 提高快递物流 运输效率 ， 具有重要的研究价值与意义 。 11 快递物流区块链应用研究报告 2.1 区块链 存储在快递物流中的应用 在快递物流行业中 ， 跟踪交易是一项核心活动 。 在此领域中 ， 记录过去的行为 、 绩效以及计划的活动 至关重要 。 在当前的快递物流系统中 ， 追踪货物起源或获得更多关于它们的信息的能力相当有限 ， 且安全性 有待提升 ， 数据存在被篡改的风险 。 区块链在不同场景下的应用 ， 都因高冗余存储 (每个节点存储一份完整的数据 )增强了数据的公开性 、 透 明性 ， 提高了系统的可用性 。 区块链技术在运输和快递物流行业中的应用将产生深远的影响 7-8， 一些快 递物流专家正利用区块链提供的 “巨大的潜力 ”9， 以改变我们生产 、 销售 、 购买和消费商品的方式 10， 基 于区块链 的快递物流 应用正成为 “急需的经济更新平台 ”11。 区块链基于其不变性 ， 透明性和去中心化的特征 ， 能够 为快递物流 行业提供相对优势 。 区块链存储 在快 递物流 中的应用主要包括两种模式 信息存储与价值存储 。 信息存储模式主要是通过区块链分布式存储的 特点 ， 为相互交接的信用主体存储结算凭证等数据 ， 其优点是数据永远不会被删除 。 二是传递模式 ， 包含信 息传递与价值传递两种 。 信息传递模式主要是基于区块链的分布式存储和加密传输的特性 ， 这在征信领域已 得到应用 。 将区块链存储应用 在快递物流 中 ， 使得每个节点存储一份完整的数据 ， 这增强了数据的公开性 、 透明性 、 不可篡改性 ， 提高了系统的可用性 。 因此 ， 区块链存储在运输 和快递物流 行业中的应用将产生深远 的影响 ， 将改变我们生产 、 销售 、 购买和消费商品的方式 。 区块链存储的不可篡改性 ， 透明性和去中心化的固有特征能够为 各类快递物流 应用提供相对优势 。 在当 前 的快递物流 系统中 ， 追踪货物起源或获得更多关于它们的知识的能力相当有限 12。 而区块链存储为参与 者提供了一个安全的平台 ， 以共享和交换有关其商品和产品的信息 。 共享信息并向消费者证明他们的产品 来自安全且可持续的生产商的能力可以提高客户忠诚度 ， 从而提高盈利能力 。 Kim等人 13和 Crosby等学者 14注意到了区块链存储对关键数据的访问安全性 ， 因为该信息存储在多台计算机中 ， 从而保证了数据安全 。 此外 ， 通过在区块链上存储此类信息 ， 客户将能够将货物追溯到运输链中的第一个节点 ， 从而洞悉所选的运 输路线和承运人的选择 。 在快递物流配送方面 ， 基于区块链存储的数据共享平台可将快递包裹寄件 、 揽件 、 运输 、 末端配送 、 签 收的全流程数据上链 ， 从而确保了包裹流转过程的公开透明 。 由于区块链系统保存了寄件 、 收件人信息 ， 当 快递员进行配送时 ， 可通过特定系统进行实名认证 ， 避免了包裹被无关人员冒领 、 错领 。 如包裹在配送过程 中出现事故 ， 用户可通过区块链系统对包裹信息进行追溯 ， 确认流转过程中引发问题的环节和责任人； 在快 递物流 金融方面 ， 分布式的账本数据将更加透明化 ， 避免因信用记录伪造而造成的风险 ， 区块链也适用于跨 境 的快递物流 金融交易； 在快递物流 仓储方面 ， 将区块链技术结合 RFID、 GPS、 传感器 、 条码等科技对电 商物流仓储进行智能化管理 ， 可实现对出仓 、 入仓货物的有效实时监控 ， 从而减少查找 、 识别 、 追踪货物的 人力成本 、 时间成本 。 综上所述 ， 区块链存储有助于快递物流信息化的发展 ， 保证快递物流 信息数据准确 、 真实 、 及时 ， 实现 快递物流 行业 溯源 、 配送 、 仓储等智能化应用 。 然而 ， 由于每个节点都需要同步最新的帐本 ， 会给区块链 带来性能问题和巨大的存储压力 。 从快递物流 领域和区块链的应用开发角度思考 ， 研究快递物流 领域中区块 链的存储可扩展性问题是最新的趋势 。 12 02 PART 区块链 存储 快递物流区块链应用研究报告 2.2 区块链 存储方案 2.2.1 区块链存储模型 13 在区块链系统中 ， 节点作为完全节点存储 完整的区块链数据 ， 能够有效保证区块链的数 据安全 15， 即通过高冗余存储机制保证区块 链数据安全 。 但是 ， 对于具有高冗余存储特点 的任何类型的区块链 ， 现在或未来都将有可能 遇到存储可扩展性问题 。 本节将通过结合典型 的采用高冗余存储机制的比特币模型介绍区块 链存储的基本模型和关键技术 ， 区块链的存储 模型如图 2-1所示 。 区块链存储模型可抽象为 两层 ， 分别是数据层和网络共识层 16。 区块 链网络本质是一个 P2P网络 17， 节点地位相 同 。 区块在矿工节点计算出