隨著人民生活品質的日益提升，特別是在新冠疫情以后，冷鏈物流這一新興行業展現出了迅猛的發展勢頭。同時，國際組織和全球各國政府為促進和規范冷鏈物流業的健康發展，紛紛出臺了一系列政策措施。據Cold Link等國際機構的研究報告指出，全球冷鏈物流市場規模預計將從2018年的1600億美元大幅增長至2026年的5851億美元[1]。值得關注的是，相較于北美、歐洲、日韓等發達國家和地區，新興經濟體被普遍預測為未來5到10年全球冷鏈物流市場規模增長最為強勁的地區。中國將會是這一地區增長最重要的貢獻者之一，依靠高速發展的數字技術和即時配送需求，冷鏈物流及相關基礎設施建設將成為舉足輕重的新興市場[2]。2021年12月，國務院出臺了《“十四五”冷鏈物流發展規劃》，明確提出要加快國際物流網絡化發展，加強國際、國內物流通道銜接，推動國際物流基礎設施互聯互通[3]。當前，我國物流行業正在加速推進數字化轉型，冷鏈物流規模效應持續提高，結構調整加快推進，科技賦能促進創新發展，但與數字化、智能化、現代化冷鏈物流要求相比，還存在一定差距和不足。
區塊鏈的概念2008年由Nakamot在比特幣白皮書中首次提出，通過去中心化分布式存儲與密碼學的結合實現了不可篡改、可追溯、公開透明的鏈式存儲數據庫[4]。區塊鏈技術基于多方共識、不可篡改、隱私保護、安全可追溯等特征，能夠助力構建數字經濟信任基礎設施，形成產業鏈多方之間的分布式可信協作網絡，推動實現更加強勁、綠色、健康的全球發展。在區塊鏈技術逐漸在商業領域得到應用的同時，有關區塊鏈與冷鏈物流行業的學術研究也在進行中。在目前的供應鏈管理領域，區塊鏈技術正在試圖利用其獨特的技術特點快速滲透供應鏈的每個環節，同時通過整合供應鏈資金流、物流、信息流來重塑整個供應鏈商業生態。
采用區塊鏈技術，明晰數據資產的產權和權限，通過構建物流產業聯盟知識管理平臺，解決物流企業在數據資產存貯、數據挖掘、數據共享、知識創新等方面的瓶頸，破解物流企業之間以及企業和消費者解決“數據確權、可信可用、隱私安全”的難題。區塊鏈促進了數據共享和協作，通過創建共同的、防篡改的分類賬，不同的組織和個人可以安全地共享數據并進行合作。智能合約可以自動執行業務流程并確保合同條款的執行，降低了數據管理的成本和復雜性[5]。在醫療保健領域，區塊鏈可以用于管理敏感的患者數據，提高患者隱私和安全。在供應鏈管理中，它可以跟蹤商品的來源和配送，確保產品的真偽和質量。在政府部門，區塊鏈可以提高數據的透明度和問責制，促進公眾對決策過程的信任[6]。區塊鏈技術在數據管理領域擁有廣闊的應用前景，其去中心化、安全性和透明性特征為數據安全、透明和共享提供了創新的解決方案。
隨著數字技術的迅猛發展，我國冷鏈物流行業也在積極探索數字化發展的路徑，目前的數字化發展主要呈現以下幾個特點：①物聯網技術應用方面，冷鏈物流企業開始利用物聯網技術，通過在貨物上安裝傳感器，實時監測溫度、濕度等環境參數。這種技術可以確保貨物在整個運輸和儲存過程中處于適宜的環境條件。②大數據應用方面，冷鏈物流企業利用大數據分析技術，處理和分析海量數據，包括運輸路線、溫濕度記錄等。這些數據分析結果可以幫助企業優化運輸計劃、提高運輸效率，同時提供數據支持供應鏈管理。③人工智能技術方面，人工智能技術在冷鏈物流領域的應用也在逐漸增加。例如，通過機器學習算法預測貨物的需求量和運輸時間，優化貨物配送計劃，提高運輸效率和準確性。④區塊鏈技術應用方面，一些先進的冷鏈物流企業開始嘗試應用區塊鏈技術，實現貨物的溯源和信息的不可篡改性[7]。區塊鏈技術可以確保貨物信息的安全性和可信度，增強了供應鏈的透明度和信任度。
經過近年來全球貿易的快速發展，隨著以數字技術為代表的第四次工業革命的到來，冷鏈物流行業數字化轉型面臨著以下的不足和挑戰：①數據共享和價值挖掘不足。雖然前期已經應用物聯網、大數據、人工智能等技術實現了冷鏈物流企業的數字化建設和應用，但是由于技術和數據產權等方面的原因，數據孤島的現象還依然存在，未能較好實現數據共享的冷鏈數據未能被充分挖掘和釋放價值[8]。②數據流通交易效率低。主要原因包括：傳統區塊鏈使用的共識機制（如工作量證明）需要消耗大量計算資源，導致交易確認速度緩慢；傳統區塊鏈系統的吞吐量有限，無法處理大規模交易，進一步降低了交易效率；每個區塊的大小限制導致每次確認的交易數量有限，進而影響交易處理速度。③數據安全和隱私保護性不好。數字化轉型過程中，冷鏈物流企業面臨著數據安全和隱私保護的風險。大量敏感數據的傳輸和存儲可能存在泄露和被攻擊的風險，需要加強安全防護措施。④技術標準與互操作性不好，目前我國冷鏈物流企業數字化發展缺乏統一的技術標準和互操作性，不同企業之間信息系統的不兼容性成為制約數字化發展的因素。缺乏統一的技術標準可能導致系統集成困難，影響業務流程的順暢進行。
本研究設計基于Hashgraph技術，是以第三方可信平臺方式來為供應鏈上下游企業間進行數據共享等深度服務。本方案基于非中心化的節點架構，較好地解決了目前國內外主流平臺存在的數據交易時間長、可信度低和易篡改等問題，從而提升系統數據的高性能、高可靠、可追溯等關鍵性能指標。
本冷鏈物流數據共享平臺是為了滿足現代國際物流產業發展，同時利用區塊鏈、物聯網、大數據、云平臺等數字技術融入冷鏈物流管理全流程，實現數據共享、數據流通、數據挖掘、過程跟蹤、分析決策等功能。如圖1構建的冷鏈物流數據共享機制模型所示，冷鏈物流數據共享平臺為冷鏈物流的上下游眾多企業提供數據共享服務，依靠各類有線無線網絡設備、服務器、數據存儲設備或云平臺，為數據產權持有者或購買者提供數據處理、數據分析、數據挖掘等服務。基于大數據的分析決策體系，為數據處理體系、管理體系提供相應的分析判斷和決策規則。
本研究采用基于DAG（有向無環圖）的Hashgraph技術來構造供應鏈數據交易中心。選取Hashgraph作為支撐技術，主要的原因有三個方面：快速共識機制、支持智能合約、支持微支付。而且由于Hashgraph的交易傭金非常低廉，綜合這些技術因素和費用因素，采用此項技術作為冷鏈物流系統基礎技術是較為合理和先進的，將會為冷鏈物流行業數據管理可持續發展帶來關鍵的技術優勢。
共識機制：Hashgraph的是一種異步拜占庭（ABFT）容錯以及八卦協議（gossip protocall）的分布式共識算法。它采用了“虛擬異步共識”（Virtual Asynchronous Consensus,VAC）的概念，通過每個節點交換事件并記錄其它節點的事件順序，最終達成共識。Hashgraph通過基于事件的圖數據結構和高效的傳播算法實現快速的共識過程。由于不需要選舉領導者或者進行投票，Hashgraph可以實現高吞吐量、低延遲的交易確認，并且具有最終性和公平性的特點。
智能合約：Hashgraph的智能合約是通過Solidity編寫，與以太坊智能合約相似，但在執行效率和安全性上有所提升。Hashgraph的智能合約可以實現自動化的合同執行，基于事件驅動的編程模型，使合約可以響應網絡中的事件并執行相應的邏輯。由于Hashgraph的高吞吐量和低延遲，智能合約執行效率更高，且具有更快的交易確認速度。智能合約的特點主要有：①靈活性：Hashgraph的智能合約具有靈活的編程模型，可以響應網絡中的事件并執行相應的邏輯；②自主性：當一個特定的智能合約被完成部署并和獨立運行時，它不依賴于分布式網絡中的節點；③去中心化：智能合約被部署于分布式網絡后，將在眾多的網絡節點中驗證和運行[20]。
如表1是一個比較了基于Hashgraph、以太坊、比特幣等三種區塊鏈技術的性能參數。Hashgraph相對于其他技術在吞吐量和延遲方面表現出色，具有更高的吞吐量和更低的延遲。它還具有較高的安全性和共識機制效率，并且能源消耗較低，這使得它在處理高并發交易時更具優勢。此外，Hashgraph也具有較好的可擴展性，能夠滿足不斷增長的數據需求。與此相比，以太坊、比特幣和超級賬本在某些方面可能存在吞吐量低、延遲高和能源消耗高的問題，尤其在處理大量交易時表現不佳。
本平臺基于DAG的Hashgraph技術設計供應鏈數據交易中心如圖2所示，按照物流數據交易全流程時間發生的時間順序分為交易前、交易中和交易后三個階段，將交易流程劃分為三個獨立功能模塊：①冷鏈物流數據賣家篩選；②數據價值估值；③數據價值分配確權。根據相關物流數據共享文獻研究證明，私有數據的擁有者在數據產權明晰、數據價值明確、各方利益共享的基礎上才具有較強分享意愿。交易前由平臺按照數據價值估值以及數據擁有者的其他資質屬性來篩選，入選的數據共享交易者在此過程中達成共識機制。交易中，按照完成估值和確權的數據參數進行共享交易，履行智能合約要求的流程任務。交易后進行數據價值的分配，完成交易流程。
本研究提出的供應鏈數據交易中心核心是數據價值評估算法，數據價值評估依據將取決于它在特定的數據使用場景中的期望價值。在研究中將采用基于DEA(Data Envelopment Analysis，數據包絡分析）中的Shapley方法對共享數據進行科學客觀的估值。通過計算參與方的貢獻和Shapley值，可以得到對物流數據共享的估值。這種估值方法考慮了參與方的貢獻和利益，能夠更加客觀地評估物流數據的價值和意義。
Shapley在博弈論中的合作博弈可以用來衡量經濟活動中各個代理（agent）的貢獻，并能公平地分配通過合作而得到的最終收益。其中第i條數據的Shapley值定義如下：
Shapley方法的估算值能夠較為近似的估算某個數據共享者對于模型的期望貢獻度。通常情況下，實際數據是來自于真實的分布，然而，數據共享的需求者不可能完全得到或準確預見數據的分布，所以即使作為同一個數據點i，當忽略i后剩余的數據集D-{i}可能發生任何實際變化，數據{i}的價值也會相應發生變化。通過Shapley方法，數據共享各方可以較為準確的估計出為該共享數據產生做出較高貢獻的共享者，也可以根據估值辨別出那些對數據需求者無用甚至是有損害的共享數據。
本平臺應用Solidity編寫Hashgraph的智能合約，其中包含了合約的邏輯和條件，合約被編譯成字節碼，并通過交易的形式部署到Hashgraph網絡中，每個節點都會執行這些合約。
該平臺智能合約將利用Hashgraph平臺提供的Dapp（非中心化）應用的Gossip協議共識機制的開發包（SDK）。本研究使用的Hashgraph SDK0.32.1，該版本支持主要功能包含：①更高的吞吐量和更低的延遲，共識服務端點的改進提高了交易處理吞吐量和延遲，使應用程序可以更快、更有效地處理交易；②更快的查詢性能，查詢性能的優化使應用程序可以更快、更有效地檢索數據，從而提高應用程序的響應能力；③端到端TLS支持的添加增強了SDK與Hashgraph網絡之間的通信安全性，保護應用程序免受未經授權的訪問和數據竊取；④非阻塞和高性能的應用程序開發：Rust SDK中異步API的引入使開發人員可以編寫非阻塞和高性能的應用程序，從而提高應用程序的并發性和可擴展性；⑤無中斷的密鑰管理，簽名密鑰輪換功能允許應用程序在不中斷服務的情況下安全地更新其簽名密鑰，確保應用程序的持續可用性和安全性。
使用智能合約能夠促進整個供應鏈全流程數據分享過程中的透明、安全和公平。智能合約在基于Hashgraph的冷鏈物流數據共享平臺中扮演著至關重要的角色，它是保障數據安全、確保交易可靠性、實現權限管理的關鍵組件。在設計智能合約時，需要綜合考慮平臺的特點和需求，確保合約能夠滿足各方的需求并促進平臺的發展和進步，主要包含以下內容：
智能合約的第一個關鍵功能是對上傳的數據進行驗證。冷鏈物流數據的準確性和完整性對于保障物流運輸的安全和質量至關重要。因此，智能合約應該包含嚴格的數據驗證邏輯，以確保上傳的數據符合規定的格式和要求。具體而言，智能合約需要實現以下驗證邏輯：驗證溫度數據是否在合理范圍內，確保貨物的質量和安全；驗證時間戳的有效性，防止數據篡改或重放攻擊；驗證數據的完整性，例如確保所有必要的字段都有值，防止數據丟失或損壞；驗證數據的來源，通過驗證數字簽名等方式確保數據來自合法可信的源頭，防止惡意數據注入或篡改。
智能合約的另一個關鍵功能是實現數據交易和共享。在冷鏈物流領域，參與方之間需要安全地交換數據，并確保交易的可追溯性和安全性。因此，智能合約需要實現以下功能：記錄數據交易的詳細信息，包括交易的時間、交易雙方、交易內容等，以便實現交易的可追溯性和審計；驗證交易雙方的身份和權限，確保只有合法的用戶才能進行交易；執行數據交易，并更新數據的所有權信息，將數據所有權從賣方轉移到買方，確保交易的安全和可靠性。
智能合約的第三個關鍵功能是實現權限管理。在冷鏈物流數據共享平臺上，不同的用戶可能具有不同的權限和角色，需要根據其權限級別對數據的訪問和操作進行限制。因此，智能合約需要實現靈活的權限管理機制，以確保數據的安全和隱私。具體而言，智能合約需要實現以下功能：用戶身份驗證，確保只有授權用戶才能進行數據訪問和操作；根據用戶的角色和權限級別限制其對數據的訪問和操作權限；記錄用戶的操作行為和事件日志，包括登錄記錄、數據訪問記錄、數據修改記錄等，用于審計和追溯。
智能合約還應該包含事件處理功能，用于處理平臺中發生的各種事件和情況。例如，當有新的數據上傳時，智能合約應該觸發相應的事件處理程序，對數據進行驗證并根據交易規則執行相應的操作。另外，合約也應該能夠處理用戶發起的請求，如查詢數據、發起交易等。
智能合約需要實現數據的存儲和訪問功能。合約可以使用分布式存儲技術將數據存儲在區塊鏈上，并提供查詢接口供用戶查詢數據。同時，合約也應該考慮到數據的保密性和隱私性，確保只有合法用戶才能訪問和查看數據。
本研究旨在設計和研究基于Hashgraph的冷鏈物流數據共享平臺，以解決傳統冷鏈物流數據共享中存在的安全性、可靠性和效率等問題。在全面分析冷鏈物流領域技術和挑戰的基礎上，我們設計了智能合約，并通過實際系統實現和性能評估驗證了平臺的可行性和優勢。在本節中，我們將對本研究的主要成果進行總結，并對未來的發展方向進行展望。具體而言，我們首先介紹了區塊鏈技術和Hashgraph技術的基本原理，并分析了其在冷鏈物流數據共享中的優勢。然后深入探討了冷鏈物流技術的特點和挑戰，為設計合適的數據共享平臺奠定了基礎。
盡管本研究取得了一定的成果，但仍存在一些潛在的改進和發展空間。未來的工作可以集中在以下幾個方面：首先，在性能優化方面，雖然Hashgraph具有較高的性能，但隨著數據規模的增長，仍可能面臨性能瓶頸。因此可以進一步優化系統架構和智能合約，提高系統的處理能力和并發性能。其次，在功能豐富化方面，目前的設計主要實現了基本的數據驗證、交易和權限管理功能，未來可以進一步豐富平臺的功能。再次，在用戶體驗改進方面，在用戶界面設計和操作流程優化方面，還有較大的改進空間。最后，在安全防護方面，隨著平臺的應用范圍擴大，安全風險也會相應增加。未來需要加強平臺的安全防護措施，防止數據泄露和黑客攻擊等安全威脅。綜上所述，基于Hashgraph的冷鏈物流數據共享平臺具有廣闊的發展前景，未來的工作將繼續致力于優化系統性能和功能，提高平臺的可用性和用戶體驗，推動冷鏈物流數據共享技術的應用和發展。
滬公網安備 31011202008041號
