任务二　智慧物流信息安全

引　例

2021年6月，工业和信息化部、中央网络安全和信息化委员会办公室联合发布了《关于加快推动区块链技术应用和产业发展的指导意见》（以下简称《指导意见》）。《指导意见》明确，到2025年，区块链产业综合实力达到世界先进水平，产业初具规模。区块链应用将渗透到经济社会多个领域，在产品溯源、数据流通、供应链管理等领域培育一批知名产品，形成场景化示范应用。2020年2月19日，工业和信息化部办公厅发布了《关于运用新一代信息技术支撑服务疫情防控和复工复产工作的通知》。该通知指出，支持工业电子商务企业和物流企业高效协同，运用互联网、大数据、区块链等技术完善智慧物流体系，打通生产生活物资流通堵点，保障生产资料和生活用品有效供给。近几年，国家层面在区块链及相关应用领域陆续发布了诸多通知、意见、公告和政策等。

思考题：

1.什么是区块链？区块链对智慧物流的发展有何促进作用？

2.请系统梳理近年来国家层面在区块链及相关应用领域出台的相关文件的主要内容和思想。

3.区块链在智慧物流领域有哪些应用？

引例分析：2016年，工业化和信息化部发布《中国区块链技术和应用发展白皮书（2016）》，区块链首次被作为战略性前沿技术写入《国务院关于印发“十三五”国家信息化规划的通知》，各地政府纷纷出台有关区块链的政策指导意见及通知文件。据不完全统计，北京、上海、重庆、湖南、贵州、海南、江苏、河北、广西等多个省市均出台相关政策，推动区块链深化应用。将区块链应用到智慧物流中，对智慧物流的发展具有极大的促进作用。

物流行业的各种数据上“链”，可以打造智慧物流协同共享的云平台。物流数据的共享可以消除不同企业之间的数据壁垒和不同部门之间的隔阂，从而避免资源的浪费和数据的重复分析，降低企业的资源损耗和物流运输成本，提高服务效率。总之，区块链技术能够有效解决当前物流行业的数据整合难题，建立起健康、安全、高效的智慧物流体系，促进物流行业健康快速发展。

一、区块链技术概述

视频　区块链及其应用

（一）区块链技术的定义

区块链（Blockchain）起源于比特币。在比特币形成的过程中，区块是一个一个的存储单元，记录了一定时间内各个区块节点全部的交流信息。各个区块之间通过随机散列（也称哈希算法）实现链接，后一个区块包含前一个区块的哈希值，随着信息交流的扩大，一个区块与一个区块相继接续，形成的结果就叫区块链。区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。

狭义来讲，区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。

广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据，利用分布式节点共识算法来生成和更新数据，利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全，利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式。

（二）区块链的特点

区块链具有去中心化、开放性、独立性、安全性和匿名性的特点。

1.去中心化

区块链避免了中心化存储带来的安全和单点崩溃问题，同时结合共识机制来保证数据的一致性。区块链技术不依赖额外的第三方管理机构或硬件设施，没有中心管制，除了自成一体的区块链本身，通过分布式核算和存储，各个节点实现了信息自我验证、传递和管理，它本质上是一个去中心化的数据库，同时作为比特币的底层技术。去中心化是区块链最突出、最本质的特征。

2.开放性

区块链技术基础是开源的，除了交易各方的私有信息被加密外，区块链的数据对所有人开放，任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用，因此整个系统信息高度透明。

3.独立性

基于协商一致的规范和协议（类似于比特币采用的哈希算法等各种数学算法），整个区块链系统不依赖其他第三方，所有节点能够在系统内自动安全地验证、交换数据，不需要任何人为的干预。

4.安全性

只要不能掌控全部数据节点的51%，就无法肆意操控修改网络数据，这使区块链本身变得相对安全，避免了主观人为的数据变更。

5.匿名性

除非有法律规范要求，单从技术上来讲，各区块节点的身份信息不需要公开或验证，信息传递可以匿名进行。

二、区块链系统的组成和基本工作原理

（一）区块链系统的组成

区块链系统由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成，如图4-1所示。

图4-1　区块链系统的组成

第一层：数据层，存储底层数据、非对称数据加密和时间戳等基础数据。

第二层：网络层，含有分布式组网机制、数据传播机制、数据验证机制等。

第三层：共识层，封装有各类共识机制算法，确定记账决定方式，这关系到整个系统的安全性和可靠性。目前较为知名的共识机制有工作量证明机制（Proof of Work，PoW）、股份授权证明机制（Delegated Proof of Stake，DPoS）、权益证明机制（Proof of Stake，PoS）等。

第四层：激励层，在区块链技术体系中使用的经济手段，包括经济激励的发行以及分配，多出现在公有链中。

第五层：合约层，封装区块链系统中的脚本代码、算法机制以及智能合约，帮助区块链灵活地处理数据。

第六层：应用层，封装了各种应用场景和案例，如电商购物、新闻浏览、视频观看等。

（二）区块链的存储结构

区块链采用了特定的“块—链”存储结构（见图4-2）。

图4-2　区块链“块—链”存储结构

数据被按时间顺序划分成区块，每一个区块存放一段时间内的所有价值交换信息，所有节点存储这段时间内的数据，并且永久保存，各个节点通过特定的计算争夺领导权，将下一时间段的信息进行打包分发，并通过某种特定的信息添加到上一区块的后面，构成区块链结构。

这种区块链结构的特点：可以保证数据的完整性，因为每一个区块都会存储它被创建之前的所有价值交换信息；还可以保证数据的严谨性，因为一旦新的区块被加入链中，之前的区块就再也不能修改。区块链实现了从记录到传输再到存储的全面分布式的模式，数据传输、数据验证、数据存储都去中心化，所有参与者共同构建数据库。区块链是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的有效性（防伪）和生成下一个区块。

（三）区块链的基本原理

区块链的基本原理包括交易、区块、链三部分。

交易（Transaction）：一次对账本的操作，导致账本状态的一次改变，如添加一条记录（这个账本只允许添加，不允许删除）。

区块（Block）：记录一段时间内发生的交易和状态结果，是对当前账本状态的一次共识（新的数据要加入，必须放到新的区块中，后继区块记录前导区块的哈希值）。

链（Chain）：由一个个区块按照发生顺序串联而成，是整个状态变化的日志记录（账本底层的基本架构是一个线性的链表，链表由一个个“区块”串联而成）。

区块链各方相互合作交易均可直接对接完成，不需要靠第三方平台，也就省去了中间的一些程序和费用。为了合作或交易的安全，系统会将每一个参与者的动作广播给所有参与者，保障了整个过程的安全、透明，解决了信任问题。区块链技术交易示意如图4-3所示。

图4-3　区块链技术交易示意

区块链采用非对称加密算法以提高数据的可信赖度。非对称加密即指加密和解密使用不同的密码，即公钥和私钥。加密数据所用的密码被称为公钥，是所有人都知道的，可以用来给信息加密的密码；解密数据所用的密码被称为私钥，是只有该信息的接收者知道并用于解密的密码。公钥加密的信息只有使用对应的私钥才可以解密。在实际情况中，假设甲向乙发送一个信息，甲、乙各自生产一对公钥与私钥用以加密和解密，甲、乙分别保管自己的私钥并向对方告知公钥，如果甲向乙发送信息，那么甲用乙的公钥进行加密并向乙发送加密后的信息，乙收到消息后用自己的私钥解密，网络中其他参与者均无法解密。这种算法强度高的加密方式保证了区块链信息的可信赖度。

区块链使用数学方法解决信任问题，用算法代替中心化的第三方机构，为人们创造信用，帮助人们达成共识。区块链利用脚本使系统可以直接定义完成价值交换活动所需要的条件，有了脚本，区块链技术就有机会使系统不断成长，去处理一些新出现的交易模式，确保其时效性和实用性。脚本中包含大量指令，每次价值交换都会记录指令，比如接收价值的一方如何接收，以及花费掉自己曾收到的留存价值需要满足什么附加条件等。脚本的可编程性使其可以灵活改变花费掉留存价值的附加条件，如增加所需公钥的数量。它也可以在发送价值时规定价值再转移的条件。

知识总结

区块链技术属于一种分布式多节点的数据库，非常适合应用于物流行业，区块链与物流行业结合，那么它的每个区块都可以包含许多详细的信息，如买方、卖方、合约、价格等信息，双方或多方经过全网的验证，就能够把有效的数据上传到整个网络，以此共享，保障了整个过程的安全、自由、平等、透明，并解决了信任问题。通过学习区块链技术的特点和原理，培养学生具有平等、自由、公平、诚信等思想意识。

三、区块链的优势和应用

文档　区块链在物流中的应用

如果把区块链作为一个状态机，则每次交易就是试图改变一次状态，而每次共识生成的区块，就是参与者对于区块中所有交易内容导致状态改变的结果进行确认。这种优势在于它达到了信息的交互，保证了物流的规模与效益，因为系统中每个人都可以记账，因此，整个物流系统获得了极大的安全性，同时由于去除了人工信息、纸质信息的流程，使得成本大大降低，效率得到了很大的提高。

通过区块链，可以清晰地看到物流运输从装载、运输到取件的整个流程，因此确保了智慧物流信息的可追溯性，从而避免了丢包、误领事件的发生。另外，通过区块链，也可以查看物流货品的签收情况，从而杜绝了快递员通过伪造签名来冒领包裹等问题。区块链用于集装箱的智能化运输在国外已经有了一定规模的应用，这种智能集装箱的好处在于它能够把信息存储在数据库里，然后集装箱的运输路线和日程安排就能够借助于区块链的存储解决方案自主决定了，智能集装箱能够分析过往的运输经验，从而更新货物的运输路线，不断提高物流业的效率。同时，收货人也能全程跟踪货物的物流消息，并且能够随时修改货物运输的日程安排等。

将区块链技术应用在物流供应链中，便于银行等金融机构查询企业的信用信息，可有效解决其融资问题，全面促进物流行业的发展，使其服务于社会、发展国民经济，进而推动我国社会经济的快速发展。在EDI（电子数据交换）业务中应用区块链技术，能够快速改进目前复杂的数据交换格式，提高数据交换效率，实现数据之间的高效交换，并且能够提高其可靠性，消除数据信息保密性和安全性等方面的问题。

政策文件

国务院印发的“十三五”国家信息规划将区块链等相关技术列入强化超前布局的战略性前沿技术。

2020年4月，国家发改委首次明确将“区块链”列入新型基础设施的范围，明确区块链与人工智能和云计算一并属于新基建的信息基础设施部分的新技术基础设施。两会也提出很多与区块链相关，比较“接地气”的建议、提案，强调了区块链技术与具体行业领域的结合，注重实际落地应用场景。对于企业来讲，机遇与挑战并存，目前区块链已经参与到资本市场、货币转汇、银行业务、投票、供应链、资产管理以及自主身份验证等众多前景光明的发展领域当中。

2020年10月，中共中央总书记习近平在中央政治局第十八次集体学习时强调，要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，明确主攻方向，加大投入力度，着力攻克一批关键核心技术，加快推动区块链技术和产业创新发展。党和国家领导人高度重视区块链技术，区块链正式上升为国家战略。