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物流和供应链中的区块链：设计实际用例的精益方法
摘 要
区块链技术可以定义为一个分布式账本数据库，用于可验证地永久记录双方之间的交易。区 块链已成为金融应用程序的领先技术层。然而，在过去的几年中，研究人员和从业人员的注意力 转移到了将区块链技术应用于其他领域。最近，它代表了新的数字供应链的骨干。凭借其确保数 据不变性和数据流的公共可访问性的能力，区块链可以提高整个供应链的效率，可靠性和透明度， 并优化入站流程。关于非金融应用中的区块链的文献主要集中于技术部分和业务流程建模，缺乏 用于设计策略的标准方法论，以开发和验证整体区块链解决方案并将其集成到业务策略中。因此， 本文旨在克服这种不足。首先，我们将填补有关数字策略方面的不足的现有文献进行整合，创建 一种标准方法来设计与金融应用程序无关的区块链技术用例。其次，我们介绍了新鲜食品交付中 一个用例的结果，展示了实施区块链解决方案的关键方面。此外，本文讨论了区块链将如何帮助 降低物流成本以及优化运营和研究挑战。
关键词 区块链，超级账本，供应链。
- 介绍
区块链已成为金融应用程序的领先技术层。然而，在过 去的几年中，研究者和从业者的注意力转移到了将区块 链技术应用于其他领域。在这种情况下，供 应链和物流成为更多关注区块链的主题，创建了几家初创公司，并将区块链引入了国家和公司的议程。
区块链是一种颠覆性的创新，因为它具有确保数据不变性和数据流的公共可访问性的能力。此外，其分散和分散的基础架构可防止当前集中式方法出现问题，包括信任问题（例如欺诈，腐败，篡改和篡改信息）以及有限的弹性。集中式系统很容易崩溃，因为单个故障点可能导致整个系统崩溃。但是，由于该技术仍处于早期阶段，因此存在一些固有的缺陷，并且其在实际的供应链和物流应用程序中的部署非常困难。
有点问题。特别是，在区块链的文献中普遍缺乏。据我们所知，仅有几篇论文涉及非财务实现。
文献主要考虑基于区块链的解决方案的业务流程建模和技术设计流程。特别是，韦伯等。提出了一种区块链解决方案，用于解决协作流程中缺乏信任的问题。作者将注意力集中在业务流程模型和表示法的表示上。该原型通过以太坊
（Ethereum）实现的区块链基础架构和 Solidity（智能合约）的实现，已通过将其应用于文献中的业务流程 进行了验证。Guerreiro 等。专注于业务流程建模， 提出了一种使用区块链和企业操作系统执行安全业务交 易的元模型。他们旨在解决业务交易执行中涉及的安全 风险，从而提高信任度，真实性，健壮性和可追溯性， 以防欺诈。
最近，相当多的注意力投入到了区块链在农业和新鲜食品中的应用。原因是在这些应用程序中，数据的信任和不变性，多个参与者的相互作用以及由于需要为不同法规和特定事故（如食品污染）创建文档而导致的成本非常重要。冷等。提出了一种基于双链架构的农业供应链系统公共区块链，以提高农业供应链中的区块链效率。他们表明，他们的解决方案为公共服务平台提供了自适应的寻租和匹配机制。它保证了交易信息的透明性和安全性以及企业信息的私密性。而且，它可以改善公共服务平台和系统的整体效率。主要缺点来自底层区块链网络的规模以及相关的性能问题。而且，该系统只是模拟的，还需要做进一步的工作才能获得正在运行的应用程序。毛等。提出了一个基于区块链的信用评估系统，以增强食品供应链中监督和管理的有效性。特别是，他们通过区块链上的智能合约从交易者那里收集信用评估文本。然后，通过称为长短期记忆（LSTM）的深度学习方法对文本进行分析。它们显示了其方法的有效性，但并未明确考虑整个系统的成本和收益。
如上所述，这些框架缺乏在战略层面设计，开发和验证整体区块链解决方案的标准方法论。特别是，关于行为者的价值，总体成本和收益的证据有限，阻碍了实际案件的发展。结果是，正如中强调的那样，只有极少数具有高寿命的区块链项目。只有 8％的项目得到了积极维护，其余部分则失败了。将战略层面（尤其是数字战略）与业务流程建模和技术设计流程联系起来至关重要，这是从区块链的开拓阶段过渡到更成熟的开发阶段的关键动作。
图 1.区块链项目定义的阶段和文献报道的范围。
对我们而言，必须在业务流程建模和技术设计流程阶段之前定义适当的数字策略（图 1）。在此步骤中，主要角色， 角色， 财务和运营目标以及关键绩效指标（KPI）被定义。此外，还设计了业务流程，迁移到区块链的信息以及使用中的区块链的特征。
据我们所知，该阶段在文献中未涉及。因此，本文从 两个方面为文献做出了贡献。首先，它整合了其他贡献， 同时提出了一种标准且可重复的方法来解决区块链项目 中的数字策略设计。其次，我们讨论了新鲜食品交付中 用例的结果，展示了实施区块链解决方案的关键方面。 本文将讨论区块链将如何帮助降低物流成本和优化运营， 其最近的应用以及研究挑战。本文新颖性的 一个基本方面是，与其他基于模拟的贡献相反，我们的 分析是针对已真正实现的区块链解决方案。
- 区块链和物流：可能的婚姻
如果供应链管理是一项整合职能，主要职责是将公司内 部和公司之间的业务功能链接为一个凝聚力和高绩效的 业务模型，则不同参与者将物流视为每个公司的“原因”。供应链。没有物流，就无法提取，转化原材料并将 其交付给最终用户。由于引入了新的管理框 架（如物理互联网和工业 4.0）以及新技术（主要是基于 ICT 的新技术）（如物联网（IoT），业务分析，人工智能，和区块链公司。由于数据完整性和去中心 化操作的某些固有特性，区块链是物流管理和优化中最 有前途的技术之一。但是，如何将区块链整合到一个真 正的物流系统中，以及这种婚姻如何以及何时结出硕果 仍是悬而未决的问题。在下文中，我们快速描述了 现代供应链的需求，区块链系统的特征，最后，我们讨 论了与技术可扩展性和成本相关的问题。
- 区块链特征
区块链可以看作是一个分散的数据库，可以在其中存储信息，并且特别适合处理资产交易。但是，它基于重要的支柱，使其不同于简单的数据库和领先的新兴技术之一。
从系统设计的角度来看，区块链的主要特征如下：
打开分布式分类帐。区块链被设计为去中心化的。因此，数据库是分布式的，所有信息的副本在参与者之间共享。他们无需中央授权即可验证此信息。如果交易更改后，将创建一个新块并将其链接到先前的块。区块链网络节点之间的账本数据以随机间隔匹配。这种随机匹配是使这项技术免受黑客攻击的原因，因为没有银行信息或当事方身份，并且数据是实时公开的。分散化和实时信息更新相结合，使区块链在涉及不同组织的网络中表现出色。确实， 在供应链应用中鼓励采用它。
共享数据的规则。参与者管理区块链。他们事先商 定了交易类型，这些交易作为智能合约存储在链中。
中间第三方很少。传统的业务交易包括两部分：有 关交易的公共分类帐条目和有关各方之间有关身份， 交易安全密钥和位置的私人消息。这两个部分 的结合以及验证人均可访问的系统分散性，可以避 免中介受信任的第三方（即银行，交易所，经纪公 司或价格报告机构），从而以有限的成本和时间执 行交易，并且以一种安全的方式。
基于共识和信任。如上所述，参与者可以独立验证 交易。由于分散的存储和数据库的多个副本的存在， 参与者必须就真相来源达成共识，从而验证交易。 共识机制可以避免错误或欺诈行为可能影响数据库。
密码密封和数据不变性。加密是区块链最重要的支柱之一。实际上，一旦验证和记录了交易，就需要数字签名和数据完整性的加密技术（例如，安全哈希算法 SHA-256），从而避免了对块的操纵。这种加密机制使存储在区块链中的数据不可变且唯一。
时间戳记和时间顺序图块。顾名思义，区块链由按时间顺序排列的区块组成。他们使用户可以基于动态数据创建分析。
由于这些原因，近年来，区块链已应用于不同领域， 尤其是在公共部门，重点是确定成本和收益的驱动因素。通过收集和分析来自九种多元化区块链实施的数据，本文强调需要根据经验证据提供对公共部门中区块链实施的经济约束和影响的见解。
需要分析应用区块链以实现政府服务的好处，重点是在出现了采用分布式分类帐技术的安全隐患。在这些文件中，研究了有关经济和社会利益的不同用例。该研究特别强调了区块链如何克服物联网中的安全挑战，例如不同设备的标识和信任管理，信息跟踪， 身份验证和访问控制以及基于物联网的应用程序中的责任制。
文献综述基于对物流领域中用例的分析，强调了缺乏出版物。此外，关于构建实际用例的方法的文献也存在空白。
物流机会
由于系统中不同参与者之间的高度互连以及不同技术框 架（城市物流，物理互联网，网络物理系统）的可用性， 定义现代物流系统是一项艰巨的任务。
图 2.作为参与者网络的物流系统（Crainic 等人，2018）。
Crainic 等。提出了一种可能的模型，其中物流系统是根据多角色系统定义的（参见图 2）。详细地， 该图通过社交业务网络（SBN）说明了这种情况和复杂 性。SBN 以标准的视觉方式表示复杂的系统，并且是GUEST 方法论的一部分。SBN 是由节点和弧组成的图。节点表示按类型分组的参与者，而弧线则表 示节点之间的关系，其图形表示基于其类型（即，商业， 规范或利益相关者）。该图表明，由于参与者之间的相 关性，物流系统具有更高的复杂性。而且，这种复杂性 只是从各种角度检查系统而来的众多复杂性之一，包括 存在多个目标（例如，基于绩效的，经济的，环境的或 社会的）以及不同级别的决策制定（如，实时，运营，战术或战略）。
因此，物流和（特别是联运）运输是复杂的系统。这种复杂性涉及以下主题中的几个挑战：
城市物流是完全优化物流的过程
在市场经济框架内考虑交通环境，交通拥堵和能源 消耗的同时，在城市地区开展物流和运输活动。
同色是 ALICE 路线图的第五条途径。它通过同步模式之间和与托运人之间的多式联运服务，从当前系统到物理互联网的最终愿景迈出了一步变化。
物理互联网是一个开放的全球物流系统，它通过封装，接口和协议建立在物理，数字和运营互连的基础上。
所有这些挑战都有一个共同的需求：来自网络效应，只有在正确共享信息的情况下才能获得这种效果。另一方面，数据共享必须是安全的，分布式的（例如，用于本地优化子系统），并且必须采取与不同法规和谈判有关的一些自动化措施。因此，区块链似乎是实现这些常见问题的自然技术。当前，主要限制是与区块链的可扩展性和成本有关的问题以及具有明确成本/收益分析的少数用例。
C. 可扩展性和成本
当前，一个悬而未决的问题涉及可扩展性，即可扩展性是指对区块链网络可以管理的交易量的限制。以太坊
（即比特币使用最广泛的加密货币之一）的联合创始人创造了“可扩展性难题”这一术语，以表明将分散，可扩展性和安全性相结合的难度。他表示，区块链系统最多可以具有这三个属性中的两个。根据这个三难困境， 诸如比特币和以太坊之类的公共区块链（即任何人都可以参与）被设计为分散且安全的，从而损害了它们的可扩展性。作为最大吞吐量，它们每秒只能分别完成7和15个事务。
诸如 Quorum 和 Hyperledger Fabric 之类的私有或企业区块链系统（即，受限制的一组用户管理的许可区块 链）每秒的交易数量更高。Quorum 指出，根据系统配置，测试已证明每秒可处理数十至数百个事务。Hyperledger Fabric 声称每秒 3500 笔交易，而 IOTA 支持每秒 180 笔交易，目标是到 2018 年底达到 1600 笔。将区块链性能与主流支付处理器（如 Visa 信用卡）的性能进行比较，后者每秒处理 2000 笔交易。平均而言，每秒56000个事务的选择率，在可伸缩性方面存在差距。特别是公共区块链距离可用于金融领域，而分散性却较低，企业区块链的性能和可伸缩性，尤其是 Hyperledger Fabric，更适合使用。但是，私有区块链具有不同的属性和机制，这些机制和机制不可持续，浪费了大量能源。
在本文的其余部分，我们讨论了有关区块链技术成本的另一个具有挑战性的问题。尽管不同的贡献表明，区块链可以极大地降低交易成本，但这项技术意味着相当数量的建立成本，特别是对于中小型企业。
III. 设计方法
本文中用于用例设计的 GUEST 方法是由都灵理工大学的研究人员开发的。GUEST 旨在为公司提供创新的业务管理框架。目的是提供一种适用于整个决策过程的易于理解的方法， 以提高公司的效率和质量。GUEST 方法论控制着从最初的想法到实现的整个过程， 为所涉及的不同参与者提供了概念和实践工具，使他们能够在同一结构内交流他们的愿景，困难和机遇。该方法分为五个步骤（GO，UNIFORM，EVALUATE，SOLVE 和TEST），每个步骤均允许参与者监控其项目，并同时使应用于评估的文档和工具标准化。想法，成功，行动和结果。
为了正确地应用方法，第一步是定义过程中涉及的不同参与者，为每个参与者确定工作（他们在工作中要实现的目标），收益（他们正在寻求的具体收益）。以及痛苦（与工作有关的问题）。一旦收集了每个演员的工作，收获和痛苦，就可以优先考虑他们以突出更重 要或紧迫的工作，并通过价值环将其可视化，该价值环 是一种图形工具，能够快速，立即显示真实需求演员。 解决方案画布是 GUEST 方法中使用的一种分析工具，旨在概述所选解决方案的应用范围，它将满足这些需求。
解决方案画布分为九个
部分：
决策者：谁制定建议解决方案中列出的决策，其层次结构以及时间（如果可能）。
约束：
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资料编号：[411546]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
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