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基于区块链的大型生产企业供应链内生风险管理
摘要：鉴于信息“不完整”和“不对称”对供应链运行效率的影响，我们以大生产企业为对象，将区块链应用于供应链内生风险管理，研究其具体的运行机制和应用价值。在大生产企业供应链的运作过程中，由于信息的不对称，欺诈问题将在业务主体之间产生；区块链是一种分散的分布式记账和数据存储技术，利用区块链技术，我们可以解决业务主体之间的欺诈问题，可以为各业务部门提供更准确的决策信息依据，实现集团决策。本文介绍了区块链在大生产企业供应链中应用的共识认证下的系统结构和智能合约运行机制，并对案例进行了分析。针对经典区块链技术在大生产企业供应链中应用的局限性，我们构建了相应的区块链数据存储机制和数据访问机制，从响应速度、供应准确性、合作完整性、业务互动经济成本、供应质量和供应价格等方面分析了本文的经济价值。本文的研究将为开发供应链领域的区块链系统提供思路和模型结构，并将促进区块链在特定领域的应用研究发展。
关键词：区块链；大型生产企业；供应链；内生风险管理
- 引言
供应链是一个复杂的系统，自21世纪随着信息技术和网络技术的发展和推广应用，供应链突破了传统的线性单链模型，转向非线性网络链模型，供应链的运行效率不仅和核心企业的利润有关，而且相关于整个供应链所有相关企业的利润。供应链风险是供应链运行中的潜在威胁，来源是各个不确定因素的存在，由于供应链企业之间业务流程和利润的相关性，导致供应链风险之间的相关性。根据供应链风险的成因分类，供应链风险可以划分为内生风险和外生风险。内生风险包括道德风险、信息传递风险、生产组织和采购风险、物流风险等，外生风险包括市场需求风险、政策和法律风险、意外灾害风险等。对于供应链内生风险，其原因主要来自供应链内部各企业之间基于利润的互动博弈与合作，来自供应链内部信息的不完全性和不对称性，同时供应链作为一个自发组织的虚拟组织，也缺乏相应的监督和制约机制。 对于供应链外生风险，供应链内部的企业对外生风险没有自己的可控能力，而能否有效地实现风险预警，是规避外生风险的关键。与其他类型的供应链相比，供应链结构使以大生产企业为核心的各个业务主体相对更加稳定，供应链上的各个节点（如供应商、生产企业、经销商、零售商、大客户等）相对固定，具有长期合作的必要性和特点。因此，大生产企业的供应链风险管理是一种重要的风险管理方式。
本文以大生产企业为研究对象，分析了供应链内生风险的不可控性，并分析了产生经济价值的管理机制。本文接下来的论述，除另有规定外，“风险管理”均是指“内生风险管理”。
对于一个大的生产企业来说，其供应链内生风险可分为两部分：供应链内部企业之间信息不对称造成的信用风险，供应链内部信息获取不完整造成的风险。在大生产企业供应链中，由于上下游企业分别是不同的利润群体，这些利润群体我们在交易过程中进行业务合作和利润分享关系，因此不同的企业会以其信息优势相互掠夺利润。同时，由于不同企业之间的合作基础是信用，欺诈行为会破坏合作，从而制约欺诈行为的实施延伸。因此，在供应链中，作为利润主体的不同企业之间会发生“诚信合作”和“欺诈合作”之间的博弈，显然，博弈的主要原因是信息双方之间的不对称。
在大生产企业供应链中，如果上游企业不能准确地获得下游业务在时间和数量上的要求，它就不能很好地为下游企业提供服务，最终导致“牛鞭效应”。“牛鞭效应”最大的问题是供应过剩，每一节物料（产品）积压，供应不及时，人力物力超过消耗。从供应链来看，在内生风险方面，学者们提出了JIT理论、MRP模型、供应商管理生产企业库存等理论和方法，但在实际应用中这些理论和方法的适应性不足以满足供应链的动态多样化。虽然在现代管理体系中，不同企业之间存在信用基础，但由于缺乏信用监管，整个供应链信息获取的“不完全”尚未完全解决，供应链内生风险问题仍然非常突出。
- 区块链工作原理及应用研究进展
自从区块链技术被提出以来，它已经引起了各国政府、学术圈和工业界的高度关注，此外，在美国、欧盟、日本和韩国等国家，区块链在应用和研究方面也得到了迅速的发展。在中国，2016年12月15日，国务院发布了“国家第十三个五年计划”，将区块链技术纳入战略前沿技术。在业界，区块链技术的应用可以分为三个层次：区块链1.0-数字货币、区块链2.0-智能合约和数字资产、区块链3.0-不同领域的应用，目前全世界的区块链应用都处于区块链2.0的水平。学术界对区块链的研究成果大致可分为三类：原理分析与应用讨论，价值分析，应用系统构建。
- 基于区块链的大型生产企业供应链管理系统
本文从基于区块链的大型生产企业供应链系统结构，共识认证下的智能合约运营机制，案例分析，数据存储机制，数据访问机制五个方面论述了区块链在大生产企业供应链中的应用系统。其中，数据存储机制的建设是为了提高数据存储效率和隐私保护，数据访问机制的建设是为了提高供应链数据管理和应用效率。在信息时代，以同类型生产企业为核心的供应链通常相互关联。对于区块链哈希算法，数字签名，时间戳技术等经典信息安全技术，读者可参考相关文献。
3.1 基于区块链的大型生产企业供应链系统结构
区块链采用P2P网络传播技术，同时要求网络节点具有一定的计算能力和存储能力，共识认证机制需要足够的认证节点，这是区块链技术应用所需的硬件环境。对于以大型生产企业为核心的供应链模式结构，供应链系统的业务主体包括上游供应商、生产企业、下游分销商、零售商和客户等。基于区块链的大生产企业供应链的所有业务主体都将加入区块链网络，这将解决传统供应链中各个环节相互分离甚至断裂的问题，实现供应链的完整性和敏捷性。 在以大生产企业为核心的供应链中，业务主体可以是企业、企业集团或客户集团，这些主体计算机可以达到一定的规模，可以通过互联提供高的信息计算能力和存储能力（也可以通过网络云平台实现信息计算或存储任务）。基于区块链的大生产企业供应链依托工业专网或互联网进行构建，同时只要求供应链中的业务主体通过授权挂靠区块链网络，可以避免与系统无关的用户对系统运行的干扰，可以降低恶意用户共同伪造供应链信息的风险。因此，在监管机制和竞争环境下，每个业务主体都会更倾向于提供真实的信息，并为自己的利润参与供应链运营监管，从而保持供应链的整体效率。（如图1所示）
图1 基于区块链的大生产企业供应链系统结构
在图1中，CA表示认证中心。由供应商、大型生产企业、销售商（分销商、零售商）分别作为独立的认证中心，对供应链信息的真实性和合理性进行认证(与其他业务主体相比，客户具有较大的随机性和不稳定性，因此本文不考虑客户作为认证中心，但客户可以共享区块链中的所有业务数据)。在基于区块链的供应链中，所有业务主体共享整个供应链数据，降低了信息“不对称”和“不完整”的风险，确保供应链信息不被破坏，提高供应链的运行效率和信息的响应速度。
3.2 共识认证下的智能合约运营机制
共识认证是整个网络区块链节点的过程根据对信息的共识，而智能契约是指最初需要人工操作完成的自动执行协议，区块链的产生促进了智能契约的应用研究发展。供应链信息的合理性（如材料数量，材料价格，供货方式，供货时间等）需要对整个供应链的需求和供应等特点进行认证，需要与实际情况相结合的供应链认证主体实现。总的来说，这一点比特币与区块链系统不同。因此，在本文中，基于区块链的供应链管理系统共识认证过程需要通过各认证节点的智能分析和计算来实现，这属于基于共识认证的智能合同操作管理，不同于比特币区块链中信息存在证明的共识认证。以某一部门需求者的需求信息发布、合理性认证、最终供应商选择等过程为例进行研究，因此，基于区块链，供应链在共识认证下的智能合约操作过程（在这里，我们省略了对相关信息安全技术实现细节的描述）是：
一些业务部门在供应链中的需求信息是由信息产生的需求主体在整个区块链网络中广播的。
接收信息的认证主体对信息真实性进行认证。如果某些认证主体对信息真实性进行了查询，则该认证主体将在整个区块链网络中广播，其他认证主体将响应并重新认证，直到所有认证主体一致确认信息真实性。
各认证主体分析接收到的需求信息与供应链各工段需求，供应特性等的合理性，并提出各自的分析方法（从预定的分析方法中随机抽取一个)和分析结果。(参照调整需求者需求信息形成的需求信息组合）
供应链网络中的认证主体对每个认证主体的分析方法和分析结果进行分布式核算。
鉴于分析结果不同，供应链每个认证主体投票，并否决低支持率（我们可以预先设定一个阈值）分析结果。然后对于支持率高的分析结果进行第二轮投票，计算第一轮和第二轮投票结果的平均值，并否决低支持率分析结果。再次对高支持率分析结果进行投票有第三轮投票， 计算第二轮和第三轮投票结果的平均值并否决低支持率分析结果。直到获得最优分析结果，用最优分析结果代替信息产生主体的发送者需求信息，并在整个网络中传播。
供应链网络中的认证主体对需求信息进行分布式核算和存储。
信息产生主体，相应的信息响应者（一般是多个，指信息产生主体对应的供应商）响应需求信息，区块链网络中的认证主体对信息真实性进行认证
针对不同的响应者，供应链各认证主体投票，并否决低支持率（我们可以提前设定一个阈值）响应者。 然后对高支持率响应者进行第二轮投票，计算第一轮和第二轮投票结果的平均值，并否决低支持率响应者。再次对支持率高的应答者进行第三轮投票，计算第二轮和第三轮投票结果的平均值，并否决支持率低的应答者。因此，继续直到获得最优应答器，最优应答器（供应商)将与需求信息产生主体(需求者）合作，并在整个网络中传播。
供应链网络中的认证主体对两方（需求方和最优应答方）进行分布式核算和存储合作信息。
供应链业务流程和智能合约操作流程持续进行。
3.3 案例分析
以医药行业为例进行分析，制药厂的供应商向制药厂供应原料，然后制药厂向医药公司生产和销售药品，接下来医药公司向医院销售药品，最后医院向病人销售药品。在整个供应链中，以药厂为核心（多家药厂也可合并，形成医药集团公司）供应商的原材料质量直接影响药品的质量，因此医药公司和医院也需要参与制药厂对供应商的选择。对于有固定业务关 系的药品公司和医院，医院将根据前期营业额统计，制定原材料药品采购需求计划。供应商和制药厂也将积极参与各部门的采购计划，以实现与医药公司和医院的稳定友好的业务关 系，调整其供应和生产行为。供应商、制药厂、医药公司和医院可以通过基于区块链的供应链网络参与各个环节的决策，甚至病人也可以加入相应的网络来了解药物的整个生产过程或物流过程。（如图2所示）
图2基于区块链分段的制药厂供应链拓扑结构
3.4 数据储存机制
在区块链中，块的结构由块头和块体组成，业务数据的哈希值逐渐成对，形成Hash Tree结构。叶节点是业务数据的初始哈希值，Hash Tree的树体存储在块体中，树根存储在块头中。业务数据与Hash Tree的叶节点构建映射关系，业务数据可以存储在块体中，也可以存储在除区块链之外的其他存储空间中。在本文的研究中，我们将业务数据及其哈希值结构作为一个逻辑整体，不考虑业务数据是否以块存储的问题。因此，本文中区块链的块结构是指包含业务数据哈希值和相应映射关系业务数据的块逻辑结构。
经典的区块链采用分布式记账和存储技术，所有数据由各认证中心充分共享，保证数据不可篡改，但各认证中心（节点）存储区块链账户的模式也会造成存储空间的浪费。在此基础上，本文将供应链的需求整合到数据真实性和存储空间上，提出了区块链的分段存储模型，即对于区块链构造子部分，通过一些组成一个子段的块，区块链的每个子段由一些认证中心共享，构建了区块链的不同子段的逻辑连接。因此，虽然每个身份验证中心不完全存储块链的所有子部分，但可以通过子部分的逻辑连接来实现所有的块链数据。分段存储一方面可以 解决数据存储空间问题，另一方面可以有效实现数据访问的分类管理，解决供应链业务主体的隐私泄露问题。
本文基于区块链的供应链结构，由各个企业组成构成块的数据，同一类型的业务主体存储这类业务块数据，因为在块链中包含所有以前的块的后续块业务数据哈希函数值，因此 数据真实性和不可篡改性没有改变。区块链的分段存储结构。（如图3所示）
图3 基于区块链分段的供应链业务数据存储结构
从图3可以看出，区块链的数据存储结构不同于单一的生产企业供应链结构，这是因为在图3中我们描述了供应链的业务流程。 在供应链中，不同生产企业的供应链是逻辑并行的，而不是串行的。 在传统的信息系统中，不同生产企业的供应链是平行的，通常没有相互关联。 在区块链系统中，供应链业务主体的不同业务数据与哈希函数指针相关，形成一个整体数据交互。图3并不代表所有基于区块链分段的供应链业务数据存储结构，仅为图示，实际上不同生产企业的供应链结构可能也不同，供应链中的业务主体结构远比图3复杂，但 图3中的数据存储机制对于存储复杂的供应链结构化业务数据具有相同的指导意义。图3中相同类型的业务不同的主体共享相同类型的分段数据，随着时间的推移，区块链数据的容 量将不断增加。每个业务主体都需要与其云平台实现块数据存储或租用其他云平台。
3.5 数据访问机制
区块链不可否认的证明了机制解决了信息“不对称”造成的供应链商业欺诈问题，而解决供应链信息“不一致”的基础是获得其他业务主体相关的业务信息，虽然区块链存储了供应链的所有业务信息，但如何获取信息决定了访问区块链数据的效率。
在此基础上，本文提出供应链认证主体可以拥有整个区块链数据的访问权限。对于一般用户来说，需要在区块链系统的授权下访问授权范围的数据，它可以是块的一部分的数据访问，也可以是一些关键字的数据访问。 由于整个区块链中的每个块和每个块的数据都是通过哈希函数指针连接的，因此，附属区块链的访问用户可以在区块链系统的授权下快速遍历整个区块链。因此，为了提高访问效率，我们可以为区块链的每
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