石浛錕， 王雪琳

(交通運輸部水運科學(xué)研究院， 北京 100088)

近年來，集裝箱航運市場仍處于調(diào)整恢復(fù)期，主要面臨燃油成本持續(xù)提高、貿(mào)易局勢緊張及運輸效益過低等問題。受上述問題影響，2018年全球集裝箱航運貿(mào)易出現(xiàn)小幅下滑，全年集裝箱航運量為2.01億TEU，年增速降至4.5%?？死松芯恐赋?019年全球集裝箱航運量增速約為2.2%，較年初預(yù)測減少1.9個百分點。同時，相關(guān)產(chǎn)業(yè)布局的調(diào)整，跨界競爭與合作的加強，都給集裝箱航運市場帶來了不少挑戰(zhàn)，因此，進(jìn)一步減少貨損貨差、降低運輸成本、提高運輸質(zhì)量、增強協(xié)作效率是集裝箱航運市場亟需改善的具體需求[1]。

在此背景下，為幫助航運及相關(guān)企業(yè)走出困境，適應(yīng)集裝箱航運市場發(fā)展趨勢，可采取以下措施：第一，使用合理的運作流程和管理方法以降低集裝箱管理運營成本；第二，改善集裝箱的運輸和共享模式以增強集裝箱整體運輸效率；第三，引入新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息平臺以提升集裝箱運輸系統(tǒng)的自動化和信息化水平。

通過應(yīng)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)雖然能在一定程度上提高集裝箱航運的工作效率，并降低人力成本，但無法全面解決上述問題及由此衍生出的諸多困境[2-3]。集裝箱航運規(guī)模大、耗時長、范圍廣，并具有多方協(xié)作、多信任主體、依賴信用背書，中頻交易等特點，這些均符合區(qū)塊鏈技術(shù)的適用條件。區(qū)塊鏈在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建了一種新的高信用度的大規(guī)模協(xié)作方式，被譽為下一代互聯(lián)網(wǎng)的重要特征[4]，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于集裝箱航運領(lǐng)域，不但能夠改善目前的行業(yè)現(xiàn)狀，還能夠在加快航運信息化、優(yōu)化航運運營環(huán)境、促進(jìn)航運資源共享等方面起到推動作用。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于集裝箱航運的理論基礎(chǔ)

1.1 區(qū)塊鏈技術(shù)的特性

區(qū)塊鏈技術(shù)是利用塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗證和存儲數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點共識算法來生成和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學(xué)的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全性、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計算范式[5-6]。區(qū)塊鏈技術(shù)具有公開透明可信、隱私安全保障、可追溯防篡改、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠四大特性。

1) 公開透明可信。區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€去中心化的系統(tǒng)，各獨立節(jié)點都可以觀察到系統(tǒng)其他節(jié)點的全部行為，解決了中心化系統(tǒng)中的信息不對稱問題，交易信息的最終確認(rèn)結(jié)果也由共識算法保證了存儲在各節(jié)點間的準(zhǔn)確性和一致性。

2) 隱私安全保障。區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的各節(jié)點可以在完全不依賴其他節(jié)點的情況下完成區(qū)塊鏈中的事件確認(rèn)，保證了任意節(jié)點均不需要根據(jù)其他節(jié)點的身份進(jìn)行事件有效性的判斷，為用戶的隱私和安全提供了保障。

3) 可追溯防篡改。區(qū)塊鏈系統(tǒng)中發(fā)生的每一個事件均有完整記錄，可針對某一變量或狀態(tài)在鏈系統(tǒng)中追查與其相關(guān)的全部歷史信息，如圖1所示。這些歷史信息一旦在全網(wǎng)范圍內(nèi)經(jīng)過驗證并上傳，很難被修改或刪除[7]。

圖1 集裝箱航運區(qū)塊鏈全流程上鏈?zhǔn)疽鈭D

4) 系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。區(qū)塊鏈系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠體現(xiàn)在：分布式及去中心化的特點使得某一節(jié)點出現(xiàn)故障不會影響整個系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)；多種共識算法保證了區(qū)塊鏈系統(tǒng)中即使存在一定比例的惡意節(jié)點也不會造成系統(tǒng)的宕機[8]。

1.2 區(qū)塊鏈的分類

依據(jù)區(qū)塊鏈的準(zhǔn)入機制和參與節(jié)點特性，區(qū)塊鏈可分為公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈三類，這三類的區(qū)塊鏈特點對比如表1所示。聯(lián)盟鏈通常在多個互相已知身份的組織之間構(gòu)建，采用多中心化認(rèn)證和管理，同時需要嚴(yán)格的身份認(rèn)證和權(quán)限管理。參與節(jié)點的數(shù)量在一定時間內(nèi)也是確定的，共識的復(fù)雜度大大縮減，更適合處理組織間需要達(dá)成共識的業(yè)務(wù)[9-10]。聯(lián)盟鏈從身份構(gòu)建、節(jié)點特征和系統(tǒng)的承載能力來看，均適合應(yīng)用于集裝箱航運領(lǐng)域。

表1 區(qū)塊鏈的分類

1.3 應(yīng)用于集裝箱航運的可行性分析

現(xiàn)有集裝箱航運模式和流程，雖然在很長一段時間內(nèi)都在平穩(wěn)運作，但隨著航運形勢的日益嚴(yán)峻和對智能化高效率的迫切需求，集裝箱航運各業(yè)務(wù)領(lǐng)域表現(xiàn)出的信息不透明、紙質(zhì)單證繁雜、系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈冗長、貿(mào)易數(shù)據(jù)利用率低、航運保險理賠困難等問題逐漸凸顯。針對這些影響集裝箱航運信息化水平和工作效率的實際問題，運用區(qū)塊鏈技術(shù)并結(jié)合聯(lián)盟鏈方式是可以解決的[11]，見表2。

表2 集裝箱航運與區(qū)塊鏈匹配表

2 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于集裝箱航運的行業(yè)現(xiàn)狀

截止到2019年12月，涉足區(qū)塊鏈技術(shù)的集裝箱航運企業(yè)主要有7家，以區(qū)塊鏈技術(shù)為核心組成的集裝箱航運聯(lián)盟主要有3個[12-13]，如表3所示。目前，馬士基航運、商船三井和現(xiàn)代商船等航運企業(yè)率先將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到自己的主營業(yè)務(wù)中，并且出現(xiàn)了Tradelens、GSBN和DCSA等以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)的行業(yè)平臺，它們主要將區(qū)塊鏈技術(shù)集中應(yīng)用于貨物追溯、電子提單、供應(yīng)鏈升級、貿(mào)易數(shù)據(jù)共享等業(yè)務(wù)領(lǐng)域[14-15]。區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用對于實現(xiàn)無紙化提單、增強貨物溯源能力、規(guī)范智能合約、提高航運數(shù)據(jù)利用率和完善供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)等方面都有積極的推動作用。

表3 區(qū)塊鏈技術(shù)在航運領(lǐng)域的應(yīng)用情況

3 基于區(qū)塊鏈的集裝箱航運主要場景的模式優(yōu)化

3.1 貨物追溯

貨物追溯是對航運運輸場景下的集裝箱貨物進(jìn)行信息查詢、溯源檢查和追蹤更新的方式。傳統(tǒng)的貨物追溯模式是貨代、船代或貨主以線下咨詢或單一網(wǎng)站查詢的方式獲得貨物信息、集裝箱船舶及貨物的實時位置、進(jìn)出場狀態(tài)、通關(guān)情況等信息[16]。近些年隨著云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用，圍繞集裝箱航運的貨物追溯出現(xiàn)了船舶追蹤、云拖車、集裝箱定位、云電子數(shù)據(jù)交換(Electronic Data Interchange，EDI)平臺等新式應(yīng)用，但過于依賴中心化、信息透明度不足、數(shù)據(jù)容易被偽造或篡改等問題依然限制著貨物追溯能力的實現(xiàn)。

通過構(gòu)建基于區(qū)塊鏈貨物追溯系統(tǒng)的集裝箱航運場景，可以在很大程度上解決上述問題，從而推進(jìn)貨物追溯的全面應(yīng)用。如圖2所示，集裝箱航運貨物追溯模式如下：

圖2 集裝箱航運貨物追溯模式

1) 通過溯源數(shù)據(jù)生成結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，采用人工數(shù)據(jù)錄入或物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集方式，將貨物記錄生成原始數(shù)據(jù)(包括集貨物信息、裝箱船舶及貨物的實時位置、進(jìn)出場狀態(tài)、通關(guān)情況等)。

2) 將處理完成的原始數(shù)據(jù)傳入?yún)^(qū)塊鏈貨物追溯系統(tǒng)，并設(shè)置訪問權(quán)限。所有進(jìn)入系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)都會依據(jù)相應(yīng)的許可模型被存儲和管理，形成事件與文檔的實時交換。數(shù)據(jù)一旦被確認(rèn)記錄，區(qū)塊鏈技術(shù)會保證它們無法被私自添加、刪除和篡改。

3) 系統(tǒng)的使用方(如托運人、貨代、承運人和海關(guān)等)可以依據(jù)與自身身份匹配的權(quán)限，通過密鑰實時對數(shù)據(jù)進(jìn)行信息查詢、溯源檢查和追蹤更新。追蹤更新的操作會依據(jù)訪問和認(rèn)證權(quán)限將更新內(nèi)容體現(xiàn)在最初的溯源數(shù)據(jù)中，形成一個良性的循環(huán)。

3.2 電子提單

電子提單是指通過電子數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)傳遞的航運場景下的約定、證明或合同的電子化數(shù)據(jù)文件。該數(shù)據(jù)文件的生成、傳遞和提交的過程均以電子化模式運行。目前，電子提單主要有基于EDI技術(shù)的三種模式(SeaDocs、CMI、Belero)，但系統(tǒng)環(huán)境封閉造成的過于中心化、多參與方造成的責(zé)任分配不均、安全機制不夠完善造成的隱私泄露等問題依然凸顯[17]。因此，在全面實現(xiàn)提單無紙化的基礎(chǔ)上，提高運轉(zhuǎn)效率、保證安全隱私和增強信用背書是影響電子提單未來發(fā)展的關(guān)鍵。

利用共識算法和智能合約，可以構(gòu)建基于區(qū)塊鏈電子提單系統(tǒng)的集裝箱航運場景，為電子提單的發(fā)展提供新方向。如圖3所示，集裝箱航運電子提單模式如下：

圖3 集裝箱航運電子提單模式

1) 托運人擬定貨物清單，通過電子提單系統(tǒng)向承運人發(fā)送。承運人接受托運申請，系統(tǒng)將依據(jù)雙方共識生成電子提單，并同時發(fā)送給托運人和承運人。雙方均有權(quán)限訪問該電子提單的相關(guān)信息，并且任何一方無單獨修改的權(quán)限。

2) 托運人向海關(guān)等監(jiān)管部門進(jìn)行預(yù)報檢，通過后系統(tǒng)將信息證明發(fā)送給托運人和承運人，同時該信息證明會被系統(tǒng)記錄。托運人和承運人通過系統(tǒng)簽訂智能合約，設(shè)定觸發(fā)條件，承運人收貨并裝載，同時授權(quán)電子簽名給托運人，托運人在確認(rèn)獲得被授權(quán)的電子簽名后，系統(tǒng)認(rèn)證并記錄托運人為該電子提單的所有人，賦予托運人相關(guān)的訪問和使用權(quán)。

3) 若托運人向金融機構(gòu)申請質(zhì)押，托運人和金融機構(gòu)需通過系統(tǒng)簽訂智能合約并設(shè)定觸發(fā)條件，此時，金融機構(gòu)獲得電子提單所有權(quán)，托運人則只保留電子提單的訪問權(quán)限；待收貨人向金融機構(gòu)支付付款贖單后，智能合約觸發(fā)，收貨人獲得電子提單的所有權(quán)。

4) 貨物到港，托運人和承運人之間的智能合約觸發(fā)，系統(tǒng)向收貨人發(fā)送到貨信息，收貨人憑電子提單的所有權(quán)證明向承運人取貨。在取貨完成并且雙方確認(rèn)后，系統(tǒng)自動結(jié)算已完成的智能合約并終止賦予的相關(guān)權(quán)限。

3.3 供應(yīng)鏈升級

集裝箱航運中的供應(yīng)鏈由于傳統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)不夠完善，各參與方信息系統(tǒng)過于獨立，以及信息流存在效用時差等問題，造成的數(shù)據(jù)信息被篡改、整體效率低下、信息孤島效應(yīng)嚴(yán)重的現(xiàn)象依然存在[18]。

區(qū)塊鏈技術(shù)利用可追溯防篡改和安全透明的特性解決上述問題，實現(xiàn)集裝箱航運供應(yīng)鏈中全流程的可視化、數(shù)據(jù)信息的一致性和協(xié)同運作的高效性。如圖4所示，集裝箱航運供應(yīng)鏈模式如下：

圖4 集裝箱航運供應(yīng)鏈模式

1) 以集裝箱航運供應(yīng)鏈系統(tǒng)為中心，組建基于區(qū)塊鏈技術(shù)的供應(yīng)鏈聯(lián)盟，成員包括生產(chǎn)方、供應(yīng)方、監(jiān)管方、集裝箱航運物流方、干線物流方和消費方等，設(shè)定各方的操作權(quán)限和需要上傳至區(qū)塊鏈的信息，此時定義交易發(fā)生或變更、智能合約觸發(fā)等事件為節(jié)點，定義存儲各節(jié)點產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和信息為區(qū)塊。業(yè)務(wù)發(fā)生時，各方可根據(jù)自身權(quán)限查詢、上傳和更改數(shù)據(jù)信息，由多方同時確認(rèn)并提供不可篡改的記錄。

2) 貨物信息從生產(chǎn)方提供給下游參與方開始，即與各級的承運單號綁定，貫穿整個供應(yīng)鏈全過程，以此打通各參與方孤立的信息系統(tǒng)，并將他們的供應(yīng)流轉(zhuǎn)信息(如報檢信息、貨物動態(tài)、交接情況等)及時上傳至區(qū)塊鏈。參與方根據(jù)自身被授予的權(quán)限和義務(wù)，負(fù)責(zé)貨物的接受、檢驗、確認(rèn)或配送等工作，并承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任。

3) 加密算法和授權(quán)訪問機制保證了全流程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、文件及合約被存儲在區(qū)塊鏈上，獲得查詢權(quán)或監(jiān)管權(quán)的參與方可監(jiān)視物流過程、追溯貨物信息或進(jìn)行責(zé)任界定。同時，可完成參與方的身份識別及管理，并對其進(jìn)行評級與打分，進(jìn)一步升級供應(yīng)鏈的管理服務(wù)。

4) 在出現(xiàn)計劃外變更(如貨物內(nèi)容、物流方式或目的地更改)時，生產(chǎn)方或供應(yīng)方會通過系統(tǒng)提交變更，供應(yīng)方、集裝箱航運物流方及其下游物流可及時收到變更通知并更新提單內(nèi)容，供所有許可方查看，海關(guān)等監(jiān)管方也會同時收到系統(tǒng)提交的更新內(nèi)容。由于整條供應(yīng)鏈均能提供細(xì)節(jié)查詢和跟蹤服務(wù)，計劃外變更節(jié)點的下游供應(yīng)鏈參與方將會獲取集裝箱船舶變更通知，及時協(xié)調(diào)和控制變更帶來的影響。

3.4 貿(mào)易數(shù)據(jù)共享

當(dāng)前依托于集裝箱航運的國際貿(mào)易存在數(shù)據(jù)零碎、信息閉塞、流程繁瑣、周期冗長等問題，在國際貿(mào)易形勢日趨嚴(yán)峻的今天，在技術(shù)層面限制著經(jīng)濟全球化的和貿(mào)易一體化的發(fā)展[19]。而造成以上問題的原因主要有以下幾點：一是各國政策和經(jīng)濟金融環(huán)境不一致導(dǎo)致的各類貿(mào)易主體互不信任；二是貿(mào)易流程的基礎(chǔ)架構(gòu)不夠完善導(dǎo)致的數(shù)據(jù)安全和數(shù)據(jù)真實性的缺失；三是貿(mào)易各環(huán)節(jié)的參與方之間信息技術(shù)能力不一致導(dǎo)致的數(shù)據(jù)集成和動態(tài)優(yōu)化困難；四是貿(mào)易信息不對稱導(dǎo)致的監(jiān)管失序和貿(mào)易效率低下。

利用區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式特點，智能合約的應(yīng)用及天然背書性能的優(yōu)勢，可以在很大程度上解決上述問題，進(jìn)而通過貿(mào)易數(shù)據(jù)共享的實現(xiàn)來達(dá)成貿(mào)易信息的流通和整合、交易流程的簡化及交易周期的縮短[20]。如圖5所示，集裝箱航運貿(mào)易數(shù)據(jù)共享模式如下：

圖5 集裝箱航運貿(mào)易數(shù)據(jù)共享模式

1) 區(qū)別于傳統(tǒng)的單一窗口模式，即采用行政手段或交易手段，將貿(mào)易數(shù)據(jù)集中至行政或交易平臺，并由這個中心化的平臺促成各系統(tǒng)的互聯(lián)互通的方式，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的貿(mào)易數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，可以在不干涉貿(mào)易數(shù)據(jù)所有權(quán)的基礎(chǔ)上，由各國多部門的參與方(如托運人、貨代、承運人、航運公司、碼頭運營商、港口、海關(guān)和政府貿(mào)易部門等)在一定授權(quán)范圍內(nèi)，實現(xiàn)貿(mào)易數(shù)據(jù)共享。

2) 建立區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)，實現(xiàn)區(qū)塊鏈與現(xiàn)有系統(tǒng)的融合。將現(xiàn)有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以有選擇地錄入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)中，利用共識算法實現(xiàn)多方之間的信用背書，設(shè)定各參與方的用戶權(quán)限并進(jìn)行動態(tài)管理，在達(dá)成一致規(guī)則的基礎(chǔ)上建立鼓勵機制，對共享行為界定區(qū)塊鏈賬本的維護(hù)義務(wù)和相應(yīng)的區(qū)塊鏈挖礦獎勵。

3) 基于智能合約應(yīng)用，進(jìn)行貿(mào)易的數(shù)字化合作。智能合約涉及的相關(guān)參與方可以實施跨組織和信息協(xié)作，通過安全可靠的區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)置觸發(fā)條件以自動執(zhí)行交易雙方的協(xié)議和條款，智能合約執(zhí)行過程中的行為記錄和數(shù)據(jù)信息會存儲于系統(tǒng)中，供獲得相應(yīng)權(quán)限的參與方查閱。

4) 在進(jìn)行貿(mào)易數(shù)據(jù)共享的前提下，控制數(shù)據(jù)管理風(fēng)險、加強數(shù)據(jù)識別模式、進(jìn)行共享權(quán)限動態(tài)變更，保證生產(chǎn)企業(yè)、航運公司、碼頭運營商、港口、海關(guān)和政府貿(mào)易部門等貿(mào)易參與方的權(quán)益維護(hù)和數(shù)據(jù)安全。

4 結(jié) 語

與傳統(tǒng)的集裝箱航運模式相比，引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)不但可以在一定程度上解決集裝箱航運中信息安全、協(xié)作效率和自動化程度等方面普遍存在的問題，更能促進(jìn)信息交互的升級，智能合約的應(yīng)用以及信用體系的形成，為集裝箱航領(lǐng)域運創(chuàng)造一種全新的運營模式。

區(qū)塊鏈技術(shù)除了能夠在貨物追溯、電子提單、供應(yīng)鏈升級和貿(mào)易數(shù)據(jù)共享方面有較為深入的應(yīng)用外，在航運金融、航運保險和第三方航運人等業(yè)務(wù)領(lǐng)域也值得期待，尤其區(qū)塊鏈技術(shù)中公開透明可信、隱私安全保障和可追溯防篡改的特性，正是集裝箱航運各應(yīng)用場景更新?lián)Q代的核心需求，未來會為塑造集裝箱航運新模式和構(gòu)建集裝箱航運新生態(tài)發(fā)揮重要作用。