区块链技术在快递行业中的应用研究

摘要：当前，快递行业快速发展，但同时面临诸多挑战，为了探索区块链在面对这些挑战中的潜力，文章基于区块链及其相关技术提出了一个快递运输方案，通过区块链确保数据安全和用户隐私保护，并利用智能合约自动处理订单、更新运输状态、丢失申报和赔偿流程等，以及解决快递丢失纠纷问题，提升服务质量。最后，文章分析了在可扩展性和成本等方面的挑战及展望。

关键词：区块链；快递；隐私保护；信息安全；智能合约

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）09-0093-04 开放科学（资源服务） 标识码（OSID） ：

0 引言

随着经济的快速发展，我国的网购和快递需求在不断增长，快递行业缩短了城乡之间的差距，为网上交易的迅速发展提供了支持，同时改变了传统的交易方式，带动了消费的变革，为全国统一大市场赋能[1]。

国家邮政局监测数据显示，2023年11月1日至11日，全国邮政快递企业共揽收快递包裹52.64 亿件，同比增长23.22%[2]。与之而来的，快递行业面临着巨大的挑战，如日益复杂的数据安全、隐私保护、快递丢失纠纷等问题[3]。传统的中心化数据管理模式通常来说很难高效地去应对篡改数据、泄露信息的风险，更是难以合理的处理快递丢失纠纷，进而导致客户对快递服务的不信任及运输效率下降[4]。

区块链技术在快递行业的应用逐渐深入，通过区块链技术可以对各产品进行全程的溯源管理，确保商品的各个配送环节的信息透明和可追溯；区块链技术还可用于自动执行智能合约，可以提高快递运输过程中的效率，并能够减少人为失误；区块链的不可篡改性的特性，能够保证交易数据和快递过程的运输信息的真实性和不可篡改性，进而增强消费者以及各方之间的信任。

基于区块链的去中心化特性、加密算法，来有效防止数据篡改以及非法访问，解决数据信息和隐私泄露问题，并通过智能合约技术来合理地解决快递丢失纠纷。

1 技术概述

1.1 区块链基本理论

区块链技术是一种不需要依赖任何可信第三方的分布式账本，有着多个独立节点参与，核心特点是不可篡改性和透明性[5]。区块链网络是不受控于某个中心控制的，而是以去中心化的方式运作的，分散到区块链网络中的所有参与者或节点，区块链网络中的所有节点都有着同样的数据，通过共识机制来验证和确认交易是否合法。其结构可以有效减少单点故障的风险，从而显著提高系统的安全性和可靠性。同时这种去中心化结构使得所有的交易和数据记录都公开透明，每个节点的权利和义务都一致，彼此之间同步更新数据、广播交易数据，所有节点都可以访问和验证所储存的数据，可以增强系统的透明度，也更有利于信息对称[6]。区块链加密技术通过哈希函数、数字签名、公钥和私钥加密等，对于数据信息的安全存储以及数据的传输有了很大的保障，它既能够保证数据信息的完整性和真实性，还可以保护用户的隐私[7-8]。

1.2 RSA加密算法

RSA加密算法是一种非对称加密算法，在许多领域都适用，如数据加密、数字签名和安全通信等[9]。

1） 密钥生成

RSA 加密的重点是公钥和私钥，密钥生成步骤如下：

（1） 选择两个质数p 和q；

（2） 计算n=p×q，n 为模数，作用于加密和解密过程；

（3） 计算欧拉函数 ϕ（n） = （p−1）×（q−1），欧拉函数是后面用于计算公钥和私钥的指数；

（4） 选择一个整数e，且e 必须与φ（n） 互质，e 通常选择65537；

（5） 计算d，使得d×e mod φ（n） = 1；

（6） 公钥即为（n，e） ，私钥即为（n，d） 。

2） 加密过程

（1） 将明文转化为数学形式m，必须保证0<m<n；

（2） 使用公钥（n，e） 加密信息，生成密文：c=m^e（mod n）；

（3） 发送密文c。

3） 解密过程

（1） 使用私钥（n，d） 解密密文c，得到密文：m=c^d（mod n）；

（2） 将m 转化为原始消息。

RSA数字签名能保障信息完整性及验证签名者身份，在这一过程中，签名者使用自己的私钥对消息的哈希值进行加密，以创建签名，接收者随后利用公钥对签名解密，得出哈希值，并将其与接收到的哈希值进行比对，哈希值一致，则表明信息未被修改，

RSA加密算法安全度很高，要破解RSA加密，攻击者必须先找到两个大质数p 和q 的乘积n，这个数学问题是非常困难的，尤其随着n 的增大，所需要的计算量是指数级的[10-11]。

1.3智能合约

智能合约通常由代码、数据存储、触发条件、执行机制几个部分组成，其中代码是智能合约的核心，常用Solidity语言编写，部署到区块链上。智能合约有着许多的使用场景，如金融服务、供应链管理、投票等。金融服务方面，智能合约可在满足提前设定的条件下自动执行计算机协议，可以分配、核实和执行债权人权利，保障债权人权利和合伙人债务关系[12]；一些商业组织进行投票时，智能合约代码可详细规定成员同意合作的规则，可降低所有成员包括类似传统公司董监高从事自我交易和投机行为的可能性[13]。智能合约是自动执行的，可以减少对人工的依赖，从而降低了因人为因素而导致的风险；合约代码与交易记录储存于区块链上，所有节点均可访问，大大提高了透明度和用户的信任；智能合约在区块链网络上分布式进行，不需要中心服务器，系统就会更加安全难以篡改[14]。

1.4 IPFS 分布式文件系统

各企业通常采取集中式的数据存储方案，有利于管理和性能优化，成本效益较好，但容易发生单点故障，安全性也不高，不同部门数据的共享可能也存在障碍，区块链常用分布式文件系统进行数据存储。

IPFS（InterPlanetary File System） 是一种分布式文件系统，主要用于存储和共享数据，效率比较高，IPFS 并不是传统的基于位置的寻址，而是基于内容寻址，不同文件或者数据块都有着自己唯一的哈希值，能够保证数据的唯一和完整，并可以有效抵御数据的非法篡改；由于数据在网络中存储在不同的节点，且每个都可以存储数据的一部分，且IPFS是一个去中心化的网络，不受中央控制器控制，故某个节点发生错误并不会影响数据的完整。

1.5 区块链体系架构

多数区块链平台的架构相似，通常分为5个层次数据层、网络层、共识层、合约层以及应用层。体系架构如图1所示。

1） 数据层

数据层是区块链体系架构中的基础层，其他四层都以此为基础，主要用于管理数据存储和数据结构。每个区块包含区块头和区块体，时间戳、版本号、前一个区块的哈希、当前区块的哈希等存在区块头中，交易记录等则存在区块体中，其中交易记录往往为Merkle树结构组织（Merkle树如图2所示） ，前一个区块生成的哈希值将区块链接在一起，就构造出了区块链。

2） 网络层

网络层负责节点之间的通信和数据传输，能够确保区块链中的各个节点之间可以有效地交换数据信息。在区块链网络中，网络广播数据每个节点都能收到，节点收到其他节点广播的新区块或者交易数据后，继续转发给其他节点，这样数据就能在整个网络中传播。

3） 共识层

共识层是区块链体系的核心，能够保证各个节点数据的一致性和有效性。常见的共识机制有工作量证明（Proof of Work， PoW） 、权益证明（Proof of Stake，PoS） 以及委托权益证明（Delegated Proof of Stake，DPoS） 等，表1为上述3种共识机制各方面的对比。

4） 合约层

合约层是区块链体系的重要部分，主要负责智能合约定义、执行以及管理。其封装了代码层的脚本及其相关算法的实现机制，这也就使得区块链具有自动化能力。

5） 共识层

应用层主要提供用户接口和应用功能，负责将区块链技术转化为实际应用，满足各种业务要求。用户不需要了解相关技能，可以调用接口就可以使用接口对应功能。

2 方案设计

针对快递行业面临的数据安全、隐私保护、快递丢失纠纷等问题，文章提出一个基于区块链的快递运输方案，利用区块链技术保护消费者信息和权益。本方案具体设计思路如下：

利用区块链的智能合约自动记录运输阶段的相关信息，如发货地址、收货地址、包裹状态等，实现实时的包裹跟踪，并可以自动处理快递结算费用，自动计算运费从发件人扣费，将费用转移给快递公司，以此可以减少延时和错误，确保各方按时收到款项，并可以减少人为风险，保证相关信息的安全。

如若包裹出现损坏或者丢失，智能合约还能自动开启索赔流程，由于包裹信息都储存在区块链中，可以确保索赔流程的公平和透明度。

利用RSA加密算法保证各数据信息的安全性和可靠性，从而避免数据遭受未经授权的修改或者伪造，同时可以用于验证快递公司、配送员的身份，发送方可以用私钥对数据信息进行签名，接受方则借助公钥进行校验，确保信息的真实性得到验证。

2.1 实现流程

用户下单后，智能合约自动创建快递订单，用户的身份，包裹的价值、下单时间、地点等信息通过RSA 算法加密，生成交易后区块链网络验证有效性后写入区块链网络中，然后生成订单ID，该订单ID是独一无二的。

商家或者发货人确认订单，包裹转递给快递公司，快递公司对包裹进行数字签名，确认收到包裹，将取件时间、地点等信息通过新交易上链。

包裹运输途中经过多个中转站，每个中转站实时更新物流信息，节点操作均需要负责节点的签名确认，确保信息来源的可靠性，这些数据被打包成区块，经过共识机制DPoS验证后上链。

包裹进行投递，快递员最后记录签收时间、签收人等信息，这些信息都是经过数字签名认证，并上链的，收货人可以通过订单ID查询整个运输过程的详细信息，所有过程都是公开透明的。

智能合约根据每个节点的情况，即包裹状态更新为“已签收”后，自动处理快递费用，完成订单，支付信息和结算记录通过交易写入区块链，保证支付过程透明并且无法被人非法篡改。

如果出现包裹损坏或者丢失问题，则会向平台发起查验请求，进行溯源，从区块链中查询各阶段的运输信息，确定责任属于哪一方，赔偿过程中的所有记录，如损坏证明、赔偿金额等，都存储在区块链上，都是确认责任的证据，并自动开启索赔流程，按照包裹的价值来赔付给消费者。

每次数据写入区块链时，都必须经过区块链网络的共识机制的校验，确保数据的合法性和一致性，发货人、收货人、快递公司可以查询和验证区块链上的所有数据，物流运输平台上的各个环节的数据信息都被记录在区块链中，都是不可篡改的，能够保证整个物流过程的透明性和数据的安全性，同时用户的隐私也得到了保护，也有利于快递运输效率的提高，并提高消费者对快递物流的信任。

快递运输流程图如图3所示。

2.2 数据存储

快递运输所有阶段的数据都是通过分布式存储技术实现的，即将数据存储在多个节点上，并不是集中在某个中心化的服务器上，并且每个节点都有数据的一部分，如果某些节点出现问题，数据依然可以从其他节点恢复，从而可以保证数据的完整性。

用户下单时生成的订单信息经过RSA加密，通过链上存储将订单信息的订单ID、交易时间地点以及包裹价值等主要信息存入区块链中，并将包裹内容、图像等存入IPFS中，指向这些文件的哈希值也上链存储，保证数据的真实和完整；每个运输中转站在接收到包裹后，将包裹的更新状态通过链上存储方式记录在区块链上，同时将扫描图片、接收照片等通过IPFS存储；如果出现包裹丢失或者损坏物流纠纷时，相关证据像图片、视频等都通过IPFS存储，并在区块链上记录相关信息的哈希值和存储位置，纠纷处理的透明性和公平性能够得到保证。数据存储模型如图4 所示。