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基于区块链和物联网技术的冷链物流"链"平台
发布来源: 象链科技 发布时间:2020-02-21

象链科技提供的“冷链物流+区块链”的物流行业解决方案是基于区块链技术和IoT技术,在物流关键环节中,由各个参与方采集物流相关订单数据、物联网硬件采集运输过程中环境数据分布式存证于象链科技EleChain区块链平台。


该方案支持将物资管理的维度精确到每一件货品,记录每一件货品的信息和流转过程,为新型的物流、商业模式提供了可能。此外,基于区块链上存证的冷链物流信息的实时共享,从而提供各种增值金融服务。



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冷链物流行业发展现状


1.1 “无链”冷链物流行业建设成效


近年来,随着人们生活水平的不断提高以及电子商务的普及,我国冷链物流市场也稳步发展。所谓冷链物流,泛指一些特殊商品(冷鲜肉等食品、疫苗等药品)在其加工、贮藏、运输、分销、零售等各环节,需要始终保持一定温度的物流运输方式,从而保证商品质量。目前的冷链物流系统大都采用物联网技术来提高物流系统的信息化水平,实现对冷链中货物的有效、快速的监控及管理。这些系统愈加充分体现了其物联化、感知化、智能化的特点。


1.2 “无链”冷链物流系统的业务痛点


目前的冷链物流系统虽然采用物联网技术实现了信息化、智能化水平的升级,但是这种方式大都采用中心化解决方案,数据管理由物流企业独自完成,导致了以“信任问题”为核心的五大痛点问题。

      

图1-1 “无链”冷链物流行业痛点


(1)缺乏信任问题 冷链物流行业要求高,成本高,数据造假、跑路等不信任行为频频出现,货损率大大提高。


(2)运输过程不透明 物流企业在运输过程中,为了降低成本,可能存在运输过程关闭制冷机、快到目的地时在打开制冷机的现象,不能做到全程冷链。


(3)数据存储不透明 现在温度数据大多数存储在承运方和仓储企业的中心化数据库中,货无法方便获取数据。中心数据库记录的方式可靠性差,重要数据需要进行冗余备份


(4)资源共享难度大 在采用第三方物流运输时,尤其在农产品领域,存在货物分散的特点,因为运力不透明难以实现资源共享和设备最大化利用。


(5)责任无法界定 货物运输过程中,可能因为运输线路等问题导致运输过程需要跨区域更换承运商,一旦货物运输出现问题责任不易界定。


因此,将区块链技术同物联网技术相结合,象链科技基于自主可控的EleChain区块链底层平台提出了一种面向冷链物流行业的区块链技术解决方案,建立安全可行的冷链物流数据共享机制提高运输过程、数据存储等环节的透明性。


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冷链物流链平台


2.1 冷链物流链平台简介 


基于区块链技术和物联网技术,以“货物运输”为源头,围绕“运单数据、环境数据”五方面,“链接”发货方、物流企业、收货方,通过设计的身份认证系统、数据上链系统、智能合约管理系统实现运输过程私密共享、数据不可篡改可追溯查询、责任准确界定、资源授权共享“四大目标”。


2.2 区块链技术和物联网技术赋能冷链物流


据权威机构发布的预测信息,目前中国物联网行业市场规模已突破1.8亿,而物联网技术的实现,必须有赖于感知层、传输层和应用层这三大架构。其中感知层是物联网的基础、传感器终端是“基幂”。以“冷链物流”为赋能应用场景,传感器采集数据可以有效防止传统冷链物流行业人工记录温度和中心化数据库中出现的环境数据造假、篡改等行为,通过物联网技术硬件设备提供真实数据,从源头上解决了冷链物流系统中出现的数据造假问题。


虽然目前已经已有企业使用物联网技术一定程度上解决了冷链物流系统的数据造假的问题,但获取的真实数据存储在中心化数据库,仍存在数据使用上和安全上的问题:(1)一方面因为存在的”数据垄断”而导致无法将真实数据共享给相关参与方(发货方、物流企业、收货方等)供其查阅“事中事后”追溯查询;(2)另一方面数据仍存在可被数据库管理人员“修改”或第三方“攻击篡改”的危险。应用而生的区块链技术恰好可以完美的解决这一问题,该技术既可以通过P2P网络、共识算法等机制保证冷链物流系统中的相关参与方数据拥有权,又可以基于密码学与安全机制、智能合约等实现相关数据的不可篡改。


将区块链技术和物联网技术的有机融合,使其赋能智冷链物流系统,通过硬件设备减少人为干预提供真实数据源,通过软件技术保证真实数据不可篡改,软硬件结合的方式加强冷链物流系统的信息化、智能化建设,提高管理效率,极大地降低行业成本。


2.3 身份认证系统 


身份认证系统是区块链网络建立和数据上链的基础,只有经过系统认证的参与方节点(发货方、物流运输方、收货方)才能加入区块链网络、只有经过认证的用户才能进行数据上链和查询、只有经过认证的物联网设备才能将采集的真实数据上链供用户查询。


(1)节点身份认证系统 :各参与方节点从各自的独立的系统接入冷链物流平台数据库,区块链冷链物流系统他通过SDK或API调用各参与方冷链相关数据,在系统中为各参与方建立节点,各参与节点向区块链平台申请身份注册服务(MSP),平台会提供身份认证(CA服务),CA会签发一张根证书、并且为每个参与方(包含没各参与方的用户)分别签发数组证书,数字证书用于私钥加密、公钥解密的方式对交易进行数字签名。

       

图2-1 节点身份认证系统


(2)物联网设备身份系统:物联网设备的身份认证采用将设备MAC地址写入到数字身份中的方法,是的物联网设备和数字证书一一对应,避免盗用数字证书使用其他设备上传虚假数据的行为。冷链物流平台中所有物联网设备的身份认证流程如图2-2所示。


        图2-2 物联网设备身份认证系统)     


经过该认证流程认证的每台物联网设备都有一个唯一的身份证书,且每台设备的身份证书和它的物理信息相关联,以后每次请求区块链网络将会验证设备的真实性,从而保证数据来源的真实性。


2.4 数据上链系统


解决方案中的数据主要分为两类:订单数据和环境数据。其中,订单数据指物流订单数据,包括收发人地址、联系方式、商品信息等,该数据包含大量公民信息,为防止公民个人信息泄露,订单数据需要经过加密传输单元上链到区块链服务器。环境数据主要指由物联网模块的传感器设备采集的温湿度、大气压等冷链过程中的数据,考虑该数据实时性较强、且采集速度和上链速度需要实时匹配等问题,该数据需要经过消息队列模块之后进行上链。

              图2-3 数据上链系统需要解决的问题


订单数据上链系统:本系统设计了加密传输模块,该模块通过采用密钥交换协议和对称加密相结合的方案,即通过密钥交换产生对称加密的密钥,然后使用对称加密算法对订单消息加密,从而保证订单在传输过程中没有原始数据出现,保护了用户的隐私。

         (图2-4 订单数据上链系统     


环境数据上链系统:环境数据上链系统主要通过物联网模块和消息队列模块实现冷链环境数据的采集、处理、缓存、上链等过程。其中物联网设备采集的数据经处理后将存储在读写速度非常高的数据库中。此外,该数据库还满足数据采集与数据上传分离机制,可以有效解决因数据上传而导致的数据采集遗留问题,同时也具有数据缓存和备份的作用。

               (图2-5 环境数据上链系统

 

2.5 合约管理系统


对于需要特殊环境下运输或存储的商品,目前仍存在通过人工记录特殊环境下的相关数据,这种模式下不可避免的造成以下两个核心问题:(1)数据记录的误差太大甚至数据造假;(2)极大地增加了企业的成本投入。


业务链上自动流转:依据“提高准确度、降低企业成本”的原则,系统结合区块链的智能合约技术,对运输或存储现场进行数据采集,程序化自动实现冷链环境数据和物流订单数据的上链(包括订单的发布、确认和签收)、状态数据查询、历史数据查询以及相关权限控制等。解决方案中的冷链物流系统包含权限控制合约、订单数据上链合约、环境数据上链合约。


(1)权限控制合约:为了保证环境数据上链只能有相应的物联网设备完成,订单数据上链由组织内某一方用户完成,本方案与采用身份认证相结合方法实现相关数据上链。首先获取相关数据操作方的证书信息,然后根据其数据操作类型与证书信息,判断验证其是否拥有对应数据操作的权限,验证通过,授权成功,否则失败。


(2)订单数据上链合约订单信息包括物流订单号、收发人姓名、地址、联系方式、货物信息(货物种类等、运输所需要的环境数据范围等)、物流公司确认信息、签收信息、订单状态。物流订单在创建后,将经历不同的状态(两次发布订单、统一签收订单、拒绝签收订单)变化。


(3)环境数据上链合约信息环境数据主要包含物联网设备ID,采集到的温湿度、大气压及时间,物联网设备执行环境数据上链合约后,发货方、收货方、物流公司均可以查询链上数据实时查看环境数据信息,通过查看历史数据追溯环境数据的历史信息。


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关于象链科技

象链科技(上海)有限公司,是一家快速成长的区块链领先企业,一直以“区块链技术 服务民生”为理念,致力于区块链基础研究和应用研发,为人工智能、智慧城市、智慧政务、民生服务的发展助力。象链科技的愿景是打造区块链+人工智能数字经济新生态,拥有首个融合ABCD(A-AI B-Blockchain C-Cloud D-BigData)产业的高性能自主研发公链底层兼容联盟链平台EleChain。


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