基于区块链的供应链管理系统设计与实现

陈艺文

（四川大学计算机学院，成都610065）

0 引言

区块链起源于2008 年，由一位化名中本聪的学者在密码朋克邮件组中发表的论文——《比特币：一种点对点的电子现金系统》，文中提出了一种不需要第三方参与，结合密码学、分布式共识、经济学博弈等多种技术，允许交易双方直接进行点对点交易的电子现金交易系统。自提出以来，区块链技术得到广泛普及并逐渐从加密数字货币领域延伸到各行各业的创新应用中。

供应链最早来源于彼得·德鲁克提出的“经济链”，后经由迈克尔·波特发展成为“价值链”，最终演变为“供应链”。随着全球经济发展方式的不断转变、互联网技术不断创新，新时代下的供应链管理更加注重维护核心企业前向、向后网链关系，是维系企业正常运转的至关重要环节。

本文基于区块链的特点，针对供应链管理面临的挑战，分析区块链与供应链结合所带来的创新性突破，设计并实现了一种基于区块链的供应链管理系统。为核心企业提供更加安全、可靠和透明的管理方案，打通多个环节的信息流通，提高全链条工作效率和生产效率。

1 供应链管理面临的挑战

供应链是将供应商、制造商、分销商、零售商，到最终消费者连成一个整体的功能性网链。供应链管理的核心目标是对商流、信息流、物流、资金流的全方位控制。新时期下，供应链管理面临新的挑战。

图1 供应链要素及主要流程

1.1 管控力不足

核心企业是发起供应链的重要角色，并在供应链组建完成后承担全链领导、带动作用。一条完整供应链至少包括核心企业、供应商、物流企业、多级经销商等多个角色，各个角色之间的关系维护以及供应链整体管控是核心企业的主要职责。但往往在供应链实施过程中，由于流通环节繁多，信息无法及时共享，核心企业对各层级的组织架构不熟悉，对供应链的管控力大打折扣，甚至逐渐演化成以供应商为主体的供应链、以批发商为主体的供应链或以经销商为主体的供应链。

1.2 组织化程度低

组织化程度低是供应链管理存在的普遍问题。以我国现有国情为例，作为农业大国，理论上农产品供应链管理的最初供应者是具有一定组织架构的农村专业合作社。而我国农民合作社还处于初级阶段，往往规模较小、功能不健全，属于松散型联合，并仍存在大量小规模生产、分散经营的农户个体，组织化程度低。在零售终端，除具有一定规模的市场或连锁经营的专营店组织化程度相对较高外，低级市场中众多的零售商组织化程度同样较低，为供应链管理造成障碍。

1.3 系统运行成本高

供应链系统运行成本主要包括从供应链的起始到终点所发生的交易成本和物流成本，随着信息化的普及，供应链信息成本的投入也逐年提升。由于供应链各个环节存在跨时间、跨地域等障碍，核心企业难以对供应链全局信息进行实时监管，交易信息、物流信息受制于第三方无法完全共享，信息不全、信息滞后、信息失真等情况时有发生，直接导致了各节点的信息成本提高，整个系统的运行成本被抬高。

2 区块链与供应链的结合

区块链从本质上说是一种去中心化、难篡改、可追溯、多方共同维护的分布式数据库技术。其核心在于通过计算机技术手段，创造一种多方信任机制，形成可靠的组织关系。行业普遍认同区块链适用于具有多方参与、共同协作的应用场景，促进跨机构、跨个体、跨地域系统的运作、降低维护成本。着眼于供应链管理，从整体来看供应链是一个具有整体性功能的网链式结构，但从个体而言，供应链却是一个松散型、开放性的组织，包含了相互独立、具有独立决策能力的多类成员角色。因此，本质上供应链是一种具有复杂业务逻辑的、多方参与、共同协作的组织结构，区块链与供应链的结合势必为现有供应链管理提供新的可行方案。

区块链在供应链管理中的优势有：

（1）多方参与，共同维护

无论是以核心企业为主体的供应链或以经销商为主体的供应链，任何供应链模式都需要多种角色共同参与，共同维护。利用区块链去中心化的特点，在供应链系统中，每一个参与者都是独立的个体，对应到区块链中的独立节点，共同维护区块链（供应链）网络。以联盟链形式为例，不再单独由核心企业作为供应链发起者，而是由一个联盟共同发起，联盟成员作为区块链网络的创世者，通过投票、选举等方式动态管理成员流动并分配对应权限。联盟成员共同参与、互相监督，避免了供应链的单方控制，在提高联盟凝聚力的同时降低了核心企业单方的维护成本。

（2）数据透明，管理高效

数据采集是供应链管理至关重要的环节，高效的管理方案需要建立在全链条数据完整获取的基础之上。但供应链中数据不公开，数据受单方控制，信息不对称等现象普遍存在。使用区块链技术，让所有参与者的操作直接记录于链上，在权限范围内，链上数据相互共享、公开透明。数据的共享让供应链管理更加透明化，有利于全链条信息资源整合，对市场行情产生一个真实的反映，杜绝虚假信息传递，提升企业公信力。

（3）不可篡改，溯源便捷

错综复杂的供应链网络，让供应链监管成为难题，不法分子有机可乘，“毒奶粉”、“毒疫苗”事件为供应链管理敲响了警钟。区块链是按照时间戳先后顺序排列的链式结构，每个区块之间相互联系、相互校验，一旦写入无法更改。将区块链技术与供应链中的物联网技术相结合，减少流通环节中的人工参与，将信息通过物联网设备直接记录于链上，为产品溯源、问题追责提供了便捷。

3 区块链应用的基本架构

继比特币之后，以以太坊（Ethereum）和超级账本（Hyperledger）为代表的第二代区块链系统引入了智能合约的概念，通过编程赋予了区块链处理业务的能力，彻底打开区块链世界大门。截至今日，已发布的区块链系统数不胜数，但究其系统结构可以用六层通用模型来囊括，如图2。

图2 区块链系统六层通用模型

最底层的数据层是区块按照时间戳顺序、首尾相接的链式数据结构。网络层是一个P2P 分布式网络，共识层负责制定系统出块机制同时维持系统内部的数据一致性，激励层管理系统奖励分发机制，合约层则是在智能合约提出之后，区别于比特币系统，用于保存智能合约（超级账本称为链上代码）的重要层级。最上层的应用层也称作区块链展示层，一切基于区块链技术的分布式应用（DAPP）都属于应用层范畴。

区块链本质是一个分布式数据库，网络中的交易记录被打包存储到各个区块。以比特币为例，其单个区块的最大容量限定为1M，约可以存储3000 条交易记录，所有区块的集合组成了存储系统全部交易记录的“数据库”。在实际应用中，业务数据往往较为庞大，区块链容错性高，但数据无法修改，容量小，查询慢，直接将业务数据存入区块会导致区块数目增长过快，网络堵塞等不利情况。因此在系统设计中，将区块链与传统分布式数据库相结合，如图3 所示，将完整业务数据存入数据库，再通过提取部分特征值进行哈希转换后写入区块链。区块链与传统数据库的结合，一方面让数据更加完整，数据的真实性得到保障，进一步提高了数据的安全性与可靠性；另一方面，保留原有数据库系统，减少了企业转型的额外开销，有效降低了成本，是区块链投入实际应用的最佳切入点。

4 基于区块链的供应链管理系统

根据区块链应用基本架构，结合供应链管理业务流程，本文实现了一个基于区块链的供应链管理平台，其系统结构如图4。

该系统将业务逻辑通过智能合约的形式写入区块链，各级批发商、零售商以及消费者作为区块链的共同参与者，可以通过线上平台或其他分布式应用接入区块链网络，获取链上信息。此外针对供应链管理，系统在传统区块链联盟链的基础上增强了准入机制和权限控制，将区块链节点细分为普通节点、功能节点和存储节点。不同节点对应供应链不同角色，根据职能差异对区块链信息具有不同的操作权限，详见表1。

图3 区块链应用基本架构

图4 基于区块链供应链管理平台

表1 各节点功能明细

通过职能对节点进行划分，一方面节约了普通节点和职能节点的存储成本，降低了整个系统的额外开销；另一方面规范化了各节点的读写权限，避免了保密信息的泄露，提高了供应链的保密性和安全性。

系统的实现具体如下：

（1）用户认证界面

图5 用户认证界面

（2）物流清单提交界面

图6 物流清单提交界面

（3）物流详细界面

图7 物流详细界面

5 结语

如今，我国区块链产业目前处于高速发展阶段，创业者和市场资本不断涌入，相关企业数量迅猛增加，截至2018 年3 月底，我国以区块链业务为主营业务的区块链公司数量已经达到了四百余家。本文给出了区块链应用基本框架，实现了基于区块链的供应链管理系统，有效打通采购、生产、物流、销售、监管多个环节的信息流通，提供一套完善的供应链管理方案。在未来，区块链技术势必与更多实体经济相结合，加快传统产业的转型升级，为传统产业的发展提供新动能。