60、供应链中的区块链：机遇与设计考量

供应链中的区块链：机遇与设计考量

1. 供应链的特点与需求

供应链具有以下显著特点：
- 需求驱动 ：消费者行为动态多变，要求供应链能够适应消费者需求的变化。需求驱动的供应链管理聚焦于需求信号和预测，以优化商品和服务向消费者的交付。这可能需要供应链利益相关者投资技术，以收集、共享和响应实时需求数据。
- 动态且不可预测 ：供应链是动态系统，利益相关者、服务和产品、法规、市场动态和技术进步的持续变化都会影响它。例如 2021 年一艘船意外阻塞苏伊士运河，导致许多船只长达 6 天无法通过，严重扰乱了供应链。因此，需要灵活敏捷的供应链机制来应对此类不可预测的现实事件。
- 以数据为中心 ：为提高绩效，供应链运营应基于数据驱动的决策，这依赖于实时、准确且可操作的数据流。供应链数字化、数据溯源和信任机制、大数据分析以及有效的数据共享系统有助于利益相关者做出明智的业务决策，提高供应链效率。

供应链应用通常有以下常见需求：
|需求|说明|
| ---- | ---- |
|信任|信任是供应链协作的关键因素。由于供应链结构复杂，在利益相关者和所使用的系统之间建立信任是确保供应链完整性的一项具有挑战性的要求。|
|支付|在供应链交易中，卖方提供商品和服务，买方支付款项。无需第三方的企业对企业支付系统，可加速资金流动、降低交易成本并减少金融欺诈风险，从而提高供应链的可持续性和效率。|
|合规|供应链中的利益相关者需要遵守各种法规、标准和政策。不合规可能导致财务损失、市场份额丧失、不合规资产损失、供应链中断以及企业品牌和声誉受损。因此，需要实施机制确保监管合规，监管科技（RegTech）被提出作为通过数字化和自动化合规流程解决合规复杂性的潜在解决方案。|
|溯源|随着消费者对产品来源、制造和生产过程、保管和所有权转移等信息的需求增加，溯源机制变得至关重要。在供应链中，溯源可提高消费者对产品真实性的信心和信任，增强利益相关者之间的责任感。|
|隐私|为提高供应链运营效率，利益相关者需要在供应链网络中共享数据。但供应链数据包含商业敏感信息，企业可能担心披露此类数据会使其失去竞争优势。因此，需要隐私保护机制来实现数据共享，同时保护敏感商业数据。|
|自动化|典型供应链中有许多耗时、易出错且重复的流程，如订单和支付处理、库存管理、运输安排和制造工作流程等，都可以实现自动化。利用人工智能、机器人技术、物联网和大数据等新兴技术，可降低运营成本、减少人工劳动、改善库存管理、提高生产率和准确性，同时确保持续合规。|
|数据共享|数据共享可提高利益相关者之间的协调和信任、生产效率、产品和服务质量，同时降低运营成本和不合规风险。此外，建立端到端溯源需要供应链利益相关者相互共享数据并向最终消费者披露。因此，需要可靠有效的机制来实现分布式和异构利益相关者之间的数据共享，可利用激励机制鼓励利益相关者共享数据。|
|身份管理|供应链是分布式复杂网络，验证交互利益相关者的身份和凭证以及产品和设备的数字身份对于利益相关者之间的合作和供应链运营至关重要。然而，由于商业敏感性和保持竞争优势的考虑，利益相关者可能不愿意披露或共享与供应链身份相关的数据，导致供应链缺乏透明度，且随着供应链规模扩大，问题会更加严重。传统的集中式和联合身份管理方法依赖集中实体或平台建立信任，会带来数据所有权和安全问题，因此需要去中心化机制来管理供应链身份。|
|互操作性|由于供应链网络相互关联和依赖，需要互操作性来促进利益相关者之间的协作。在服务和业务层面，可通过标准、程序和组织间协议实现互操作性；在数字层面，需要应用程序接口、集成服务和数据通信的机制和协议，以实现分布式和异构供应链系统之间可靠无缝的数据共享。

2. 区块链技术概述

供应链应用的特点和需求需要能够在分布式环境中运行，同时提供信任、安全、数据共享、支付和透明度保证的解决方案。传统的由单一组织管理的供应链系统存在单点故障风险，可能被恶意利益相关者破坏，无法保证向网络中的利益相关者提供完全透明的信息。

2.1 比特币简介

区块链技术为分布式和去中心化基础设施提供支持，其核心包括共识算法、加密协议和不可变存储。比特币作为第一个点对点电子现金系统，引入了一种巧妙地将数据验证过程分布到公共网络中计算节点的区块链。遵循比特币协议，任何具有计算能力的节点都可以使用工作量证明（PoW）共识机制创建构成区块链的区块。PoW 让公共比特币节点解决一个计算密集型的加密难题，平均需要 10 分钟。当一个节点解决难题后，它成为该轮的获胜者，负责验证新交易并提议新块。随后，网络中的所有节点接收并验证新块，并将其添加到本地区块链账本副本中。

区块链技术的账本具有不可变性，一旦数据写入区块链就无法修改。恶意实体试图篡改数据时，只能修改其本地账本副本，且其他节点不会接受此类修改，因为修改后的版本在与大多数节点维护的原始区块链账本进行完整性检查时会失败。此外，区块链技术通过公钥加密使网络中的节点保持一定程度的匿名性。用户使用公钥和签名提交交易，任何人都可以使用公钥验证签名的真实性，而无需共享私钥。

总之，比特币平台开启了区块链革命，使用 PoW 安全地创建和管理区块，无需中央中介；公钥加密保护用户隐私，允许他们以可信方式交换数字货币；不可变账本维护所有交易的分布式可信记录，提供完全透明度。

2.2 其他区块链平台

比特币之后，许多区块链平台进入市场，提供不可变性、透明度和信任保证。
- 以太坊 ：是继比特币之后最受欢迎的区块链平台之一。其架构与比特币相似，包括使用 PoW（以太坊社区正在开发新的权益证明共识协议，可能很快取代效率低下的 PoW 协议）、公钥加密和不可变账本，但引入了智能合约这一新功能。智能合约允许用户在区块链平台内运行计算，实现自动化。例如，用户可以在智能合约中编写供应链事件，当与产品交付事件相关的事件触发区块链上的智能合约时，自动向相关利益相关者转移款项。这一功能在金融、供应链和银行领域引发了许多创新。
- 超级账本 Fabric ：是一种流行的许可式区块链平台，是轻量级区块链平台，具有可信和不可变的账本。在超级账本 Fabric 中，共识过程由一个排序器管理，负责验证交易的完整性，一组节点负责管理整个网络的账本。许可式区块链网络采用私有设置，但仍提供信任、不可变性和透明度属性。不过，用户必须证明身份并遵循入职流程才能成为许可式区块链网络的一部分，这与比特币和以太坊等公共区块链平台中节点身份未知不同。

区块链技术提供了支持信任、透明度、不可变性、支付和计算（通过智能合约）的去中心化基础设施，供应链应用可以利用这些功能满足上述需求。

3. 区块链在供应链中的实际应用

许多基于区块链的供应链应用已被广泛讨论，以下介绍两个最受欢迎且活跃的实际应用：
- IBM FoodTrust ：IBM 利用区块链技术开发了食品供应链系统，以解决食品效率低下的问题。食品供应链管理不善和生产过程缺乏透明度导致食品浪费高、碳足迹增加、健康问题和商品价格上涨。IBM 创建的 FoodTrust 通过基于区块链的系统连接食品和农业行业的企业、农民和其他利益相关者。其关键功能包括：
- 洞察模块 ：结合区块链技术和物联网，为供应链提供可见性。利益相关者可以近乎实时了解食品的新鲜度。
- 追溯模块 ：为供应链利益相关者提供端到端可追溯性，允许成员安全可信地追踪食品的位置和状态。
- 文档模块 ：帮助供应链网络中的成员安全管理证书和其他数字文档，监管机构和审计人员可通过该模块确保合规性。
通过这些模块，IBM FoodTrust 有助于利益相关者提升市场声誉，IBM 通过平台即服务（PaaS）模式管理该项目，有兴趣提供透明度和溯源的组织可以加入该平台管理其供应链。
- TradeLens ：是一个基于区块链的全球供应链平台，由 IBM 和 GTD Solution Inc 联合开发，专注于航运和运输流程，满足物流运营商的需求。截至 2021 年 6 月，TradeLens 平台处理了超过 20 亿个事件、数百万份文件和超过 4000 万个集装箱。它是一个许可式平台，支持隐私保护、不可变存储、企业级安全和标准兼容性。TradeLens 提供开放 API，供应链运营商（包括港口当局、航运公司和托运人）可以通过可互操作和基于标准的 API 轻松利用该平台。拥有传统企业和 IT 系统的利益相关者需要调用 REST API，将供应链数据安全地注册到区块链中。

此外，还有其他应用也在供应链中采用了区块链技术，如 EverLedger Underwood 利用区块链技术追踪钻石的旅程，BeefLedger 利用以太坊和权威证明共识追踪牛肉供应，医疗保健领域也在探索利用区块链技术追踪药品和管理患者医疗数据。

4. 基于区块链的供应链数据共享

供应链应用需要与应用网络中的其他组织不断共享数据，包括产品状态、发票、监管要求、需求和客户反馈等信息。目前通常通过数字和手动流程收集信息，并通过企业资源规划（ERP）系统或电子邮件将其转发给相关利益相关者。在多利益相关者环境中，各组织可能有自己的数字基础设施和运营程序来交换业务相关信息，有时会借助第三方数据共享平台，但这需要所有组织信任第三方。

区块链技术为应用开发者提供了去中心化、分布式和透明的平台，供应链应用可以在多利益相关者环境中利用该技术。每个参与供应链网络的组织都可以参与数据共享过程，同时访问透明且不可变的账本。

4.1 发布 - 订阅消息模型

发布 - 订阅消息模型因其轻量级设计、资源效率和可扩展性，被广泛应用于供应链应用中。例如，麦当劳等公司使用 PubNub 这一发布 - 订阅服务提供商。该模型通过基于主题的交互模式将数据提供者（发布者）与数据消费者（订阅者）连接起来。例如，从制造商枢纽发出的一批货物可以标记为“stakeholderA/countryX/shipmentid6576”，相关利益相关者只需订阅该主题即可访问与这批货物相关的数据。

然而，传统的发布 - 订阅系统采用集中式架构，数据发布者和订阅者通过中央代理进行交互。代理接收发布者的数据并将其路由到相关订阅者，因此代理在数据共享中至关重要，运行代理的组织必须诚实且不篡改数据。但集中式解决方案容易出现拜占庭故障。

4.2 Trinity

Trinity 是一个具有区块链不可变性的分布式发布 - 订阅代理，专为多利益相关者应用而设计。每个利益相关者在其域内运行一个代理和一个共识节点，为本地发布者和订阅者提供服务。所有域通过共识层连接，负责验证发布的消息。每条消息必须获得超过三分之一的共识节点批准后，才能通过代理发送给订阅者。Trinity 确保在非故障域中，当一个订阅者收到消息时，其他订阅者也能收到相同消息（前提是超过三分之一的域正常运行）。

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(发布者):::process -->|发布消息| B(共识层):::process
    B -->|验证消息| C{是否超1/3节点批准}:::process
    C -->|是| D(代理):::process
    C -->|否| E(消息不通过):::process
    D -->|发送消息| F(订阅者):::process

4.3 流式数据支付协议（SDPP）

SDPP 是另一个基于区块链的数据共享平台，用于激励数据生产者。在供应链环境中，当供应链相关数据在利益相关者之间共享时，SDPP 可用于处理支付。它是一种点对点数据共享协议，其设计将三个关键组件分开：链外数据通信通道（作为传统互联网客户端 - 服务器应用层协议运行在 TCP 之上）、支付通道（使用加密货币协议实现）和记录介质（使用分布式账本技术实现）。

供应链系统可能需要通过区块链平台提供的 API 与区块链集成。当现有供应链系统使用的协议和硬件与区块链 API 不兼容时，将供应链系统与区块链互连会变得具有挑战性。虽然 Trinity、FoodTrust 和 TradeLens 等解决方案提供了连接区块链和供应链的方法，但为了更广泛地在供应链中采用区块链，仍需开发可互操作的 API 和协议。

供应链中的区块链：机遇与设计考量

5. 区块链助力供应链数据共享的优势与挑战

区块链技术在供应链数据共享方面具有显著优势，但也面临一些挑战。

5.1 优势

• 增强信任 ：区块链的不可变性和分布式账本特性，使得数据一旦记录就无法篡改，所有参与方都可以查看和验证数据的真实性。这有助于在供应链各利益相关者之间建立信任，减少欺诈和错误的发生。例如，在农产品供应链中，消费者可以通过区块链追溯农产品的来源、种植过程、运输信息等，从而对产品的质量和安全性更有信心。
• 提高透明度 ：供应链中的所有交易和数据都被记录在区块链上，各参与方可以实时获取数据，了解供应链的动态。这有助于提高供应链的透明度，减少信息不对称，使各方能够更好地协调和决策。比如，在国际贸易中，海关、物流企业和货主可以通过区块链实时共享货物的运输状态和清关信息，提高通关效率。
• 提升效率 ：区块链的自动化智能合约功能可以实现供应链业务流程的自动化，减少人工干预和纸质文档的使用。例如，当货物到达指定地点时，智能合约可以自动触发支付流程，加快资金流转，提高供应链的运营效率。
• 降低成本 ：通过减少中间环节和人工操作，区块链可以降低供应链的运营成本。同时，由于数据共享更加高效，各参与方可以更好地优化库存管理，减少库存积压和浪费。

5.2 挑战

• 技术复杂性 ：区块链技术涉及到密码学、分布式系统、共识算法等多个领域的知识，对于许多企业来说，理解和应用区块链技术具有一定的难度。此外，区块链系统的开发和维护也需要专业的技术人员和大量的资源投入。
• 标准和互操作性 ：目前，区块链行业缺乏统一的标准和规范，不同的区块链平台之间可能存在互操作性问题。这使得供应链企业在选择区块链解决方案时面临困难，也增加了不同系统之间集成的成本和难度。
• 监管合规 ：区块链技术的应用可能会涉及到一些监管问题，如数据隐私、反洗钱、税收等。企业需要确保其区块链应用符合相关的法律法规要求，否则可能会面临法律风险。
• 性能和扩展性 ：随着供应链数据量的不断增加，区块链系统的性能和扩展性可能会成为瓶颈。目前，一些区块链平台的处理速度和吞吐量有限，无法满足大规模供应链应用的需求。

6. 未来发展趋势与展望

随着技术的不断发展和应用的深入，区块链在供应链领域的未来发展呈现出以下趋势：

6.1 与新兴技术融合

区块链将与物联网（IoT）、人工智能（AI）、大数据等新兴技术深度融合，为供应链带来更强大的功能和价值。例如，物联网设备可以实时收集供应链中的数据，并将其上传到区块链上，实现数据的实时共享和追溯。人工智能可以对区块链上的数据进行分析和预测，帮助企业优化供应链决策。

6.2 行业联盟和标准制定

为了解决互操作性和标准不统一的问题，未来可能会出现更多的行业联盟和标准制定组织。这些组织将推动区块链技术在供应链领域的标准化和规范化，促进不同平台之间的互联互通和协同发展。

6.3 政府支持和监管完善

政府将加大对区块链技术在供应链领域应用的支持力度，出台相关的政策和法规，引导企业积极采用区块链技术。同时，监管机构也将不断完善对区块链应用的监管，确保其合法合规运行。

6.4 应用场景拓展

除了现有的食品、物流、医疗等领域，区块链在供应链的其他领域也将得到更广泛的应用。例如，在能源供应链中，区块链可以用于管理能源交易、分布式能源资源的调度等；在时尚供应链中，区块链可以用于打击假冒伪劣产品，保护品牌权益。

7. 企业如何应用区块链技术提升供应链竞争力

对于企业来说，要想在供应链中成功应用区块链技术，提升自身竞争力，可以参考以下步骤：

7.1 评估需求和目标

企业首先需要评估自身在供应链管理中存在的问题和需求，明确应用区块链技术的目标。例如，是为了提高供应链的透明度、降低成本，还是为了增强信任和合规性。

7.2 选择合适的区块链平台

根据企业的需求和目标，选择合适的区块链平台。可以考虑平台的性能、安全性、可扩展性、易用性等因素。同时，要关注平台的生态系统和社区支持，确保能够得到及时的技术服务和更新。

7.3 制定实施计划

制定详细的区块链应用实施计划，包括项目的时间表、预算、资源需求等。在实施过程中，要注重与现有供应链系统的集成，确保区块链技术能够与企业的业务流程无缝对接。

7.4 培养和吸引人才

区块链技术是一项新兴技术，企业需要培养和吸引相关的专业人才，包括区块链开发人员、安全专家、业务分析师等。同时，要对企业员工进行培训，提高他们对区块链技术的认识和应用能力。

7.5 建立合作伙伴关系

区块链的应用需要供应链各参与方的共同协作。企业可以与供应商、客户、物流企业等建立合作伙伴关系，共同推动区块链技术在供应链中的应用。例如，企业可以与供应商合作，将原材料的采购信息记录在区块链上，实现供应链的端到端追溯。

总结

区块链技术为供应链带来了新的机遇和变革。通过提供去中心化、不可变、透明的基础设施，区块链可以满足供应链在信任、数据共享、支付、合规等方面的需求。在实际应用中，已经有许多成功的案例证明了区块链在供应链中的价值，如 IBM FoodTrust 和 TradeLens 等平台。

然而，区块链技术在供应链中的应用仍面临一些挑战，如技术复杂性、标准和互操作性、监管合规等。企业在应用区块链技术时，需要充分认识到这些挑战，并采取相应的措施加以应对。

未来，随着区块链技术与新兴技术的融合、行业标准的制定和政府支持的加强，区块链在供应链领域的应用前景将更加广阔。企业应积极探索和应用区块链技术，提升供应链的竞争力，以适应日益激烈的市场竞争。

优势	说明
增强信任	不可变性和分布式账本使数据真实可验证，减少欺诈和错误
提高透明度	实时获取数据，减少信息不对称，利于协调决策
提升效率	智能合约自动化业务流程，减少人工干预和纸质文档
降低成本	减少中间环节和人工操作，优化库存管理

挑战	说明
技术复杂性	涉及多领域知识，开发和维护需专业人员和资源
标准和互操作性	缺乏统一标准，不同平台集成困难
监管合规	需符合数据隐私、反洗钱等法律法规
性能和扩展性	处理速度和吞吐量有限，难满足大规模应用需求

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(评估需求和目标):::process --> B(选择合适的区块链平台):::process
    B --> C(制定实施计划):::process
    C --> D(培养和吸引人才):::process
    D --> E(建立合作伙伴关系):::process

通过以上步骤和措施，企业可以更好地利用区块链技术提升供应链的效率、透明度和竞争力，实现可持续发展。