章洪波 冯惠新

摘  要：在商品的整个流程中涉及诸多环节，如商品生产环节、存储环节、加工环节、配送环节等，以及众多的参与主体，如企业监管部门、消费者、服务机构等。利用区块链的去中心化、无需信任、不可篡改等特性，可使数据在交易各方之间公开透明，解决流程体系内各参与主体之间的纠纷，实现举证与溯源，根除商品在流转过程中可能存在的信息恶意篡改问题。文章通过搭建联盟区块链平台并对其数据结构、业务合约进行合理设计，功能上达到了预期的目的，满足了多方主体在数据共享、业务协同等方面的需求，提升了商品全流程的管理效率。

关键词：区块链;联盟链;全流程;去中心化

中图分类号：TP311      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）01-0165-03

Abstract：The distribution of commodity is composed of many procedures，such as production，storage，handling，delivery，etc. Correspondingly，many participants are involved in these procedures，such as administrator，customer，service provider，etc. Due to the fact that blockchain is decentralized，trust-free and immutable，the data produced by the participants in the blockchain is open，thus the dispute among them can be solved. That means proof and accountability can be achieved. In addition，for the data produced during the distribution，the issue of malicious tampering is also avoided. In this paper，by building the alliance blockchain platform and reasonably designing its data structure and business contract，the expected purpose is achieved in function，which meets the needs of multi-party entities in data sharing，business collaboration and other aspects，and improves the management efficiency of the whole commodity process.

Keywords：blockchain;consortium blockchain;distribution;decentralization

0  引  言

近些年隨着电子商务的兴起，利用物流实现商品在不同主体间的流转，已然成为目前人们交易的主流方式[1]。然而，由于商品自身的某些属性信息（如产地信息、原材料信息、加工配料信息、存储信息、物流信息等）在不同阶段可能遭受人为恶意的篡改，导致商品信息缺失或失真，由此可能带来商品质量被质疑、商品原件被调包等一系列商品质量安全方面的问题。尤其在涉及到食品或者是医药领域时，这种对商品信息的篡改甚至会给消费者的生命带来严重的威胁。

区块链技术的出现，为解决上述问题带来了可能。区块链从本质上来说是一种基于密码学算法的、完全去中心化的分布式账本技术，它可以在多中心所构建系统中形成不可篡改、不可伪造和全网统一的账本，也可以称其为是一种互联网共享数据库。区块链这一概念，最早是由中本聪于2008年在《一种点对点的电子现金系统》中提出的[2]。在该文中，作者首次从技术上将非对称加密技术、分布式共识、时间戳、哈希链、智能合约等技术进行了有效的融合。在电子支付的场景下，解决了过去由于信息的中心化而带来的安全问题，实现了由数据交换向价值交换的转变。区块链以其所呈现的分布式、公开透明、安全、不可篡改等特性，使得人们可以在互联网上方便快捷、低成本地进行价值交换，是实现价值互联网的基石。

可以预见，区块链技术因可对节点提交的每一笔交易信息做到全网记账和防篡改，通过对商品全流程中信息的本原记录，实现对其数据的可信溯源，可以打消人们对商品信息可能存在失真、被篡改等问题的疑虑。

1  区块链特性及其发展

1.1  区块链主要特性

区块链的主要特性包括去中心化、冗余性、安全性和自动化。

1.1.1  去中心化

区块链底层通信网络的构建基于P2P技术[3]。该技术无需中心化服务器这样的集中式管理机构作背书，网络中不会存在单一故障点，也就意味着单个节点的失效并不会对整个系统造成不良影响，这极大地提升了系统的健壮性。

1.1.2  冗余性

区块链网络中的交易数据一旦被验证和确认，就会被全网节点记入各自的本地存储系统中，形成全网统一的账本。特别是区块链中的每一笔交易都通过哈希运算[4]与时间戳技术，实现了与相邻区块的时序串联，可实现对账区块内交易数据的溯源。

1.1.3  安全性

区块链网络通过技术手段而非管理手段，实现了整个网络的安全。对于恶意节点来说，若想通过控制整个网络达到篡改数据的目的，需要至少获得全网51%节点的同意。考虑到全网节点的分布广且分散，恶意节点要实现其目的，从时间成本上和资金成本大投资极其巨大，不太可行，因此区块链的数据稳定性和可靠性极高。可以说，参与系统的节点越多，计算能力越强，数据安全性也越高。

1.1.4  自动化

在区块链网络中，当满足一定条件后，通过执行编写好的智能合约，可以实现对业务的自动化处理，从而避免因人为因素导致的业务违约或不予处理等现象的发生。

1.2  区块链发展趋势

可以看到，由于区块链具有上述特性，其所构建的系统具有分布式的高冗余存储、时序数据、不可篡改和伪造、去中心化等显著的特点，使得区块链技术不仅可以成功应用于已知的比特币等加密数字货币领域，而且已经在物联网、电子政务、医疗、智能制造等垂直领域进行了尝试性的探索。

赵瑞等人针对物联网在计算、存储和网络容量方面的限制问题，论述了区块链推动下物联网信息安全方面的近期研究进展[5];王鹏等人从精准化、服务化、个性化、定制化方面入手，利用区块链技术为政府治理提供了新的思路与方法，以实现价值的有效传递[6];在医疗领域，考虑到医疗保险机构、医疗机构以及患者三者之间信息不对称所导致的医疗费用不合理增长、资源配置低效等问题，郭宁利用区块链技术对加强医疗保险机构的监管机制，进而建设完善而诚信的医保信息体系提供了新的解决思路[7];面对信息技术环境下的装备系统信息化建设，孙柏林指出利用区块链中心化、时序性、匿名性、可编程、自治性和安全可信等特性，可构建安全、可编程的装备制造和装备管理系统[8]。

2  商品全流程溯源实现

2.1  技术选型

根据实际应用场景和需求，区块链技术目前已经演化出三种应用模式，分别是公有链、联盟链和私有链。其中，比特币所使用的区块链就属于公有链。它是真正意义上的去中心化的区块链，系统安全性由工作量证明（PoW）来保证。全球范围的任意节点只需安装好比特币钱包，即可完成转账交易，无需进行身份的核实与验证。由于每一笔交易的记录均需经过全网所有节点的共识，因此其处理性能不高;联盟链则采取多中心的方式，参与节点在交易之前需进行身份认证，只有认证通过后才可完成相关的转賬操作。该方法相比于公有链，因其每笔交易仅需由部分节点完成共识，其处理性能高于公有链;私有链则是完全中心化的区块链，同联盟链相比，同样需要先进行身份认证，但其应用范围更小，因此仅适用于少量的业务场景，如内部数据管理与审计等，但好处是可带来处理性能的提升。

对于商品的全流程溯源，会涉及到多种类型的用户，如原料提供商、生产商、加工商、分销商、零售商、消费用户、监管部门等，这些参与主体均需要有一定的授权或准入机制，同时也需要由某些特殊的部门进行监管，即存在中心节点。此外，从业务的通用性角度考虑，联盟链将是解决此类问题的最佳方案。

2.2  平台架构

基于所选择的联盟区块链，本文所搭建的平台架构如图1所示。

如图1所示，基于商品全流程溯源的各类应用通过所提供的API以及封装SDK实现对区块链的访问调用。在区块链内部，一方面构建包括账本、交易、时间、链码等在内的各类资源，另一方面构建用于交易节点身份认证的用户权限管理。其中，商品各个流程中需要上链的数据经共识机制（如实用拜占庭容错算法PBFT[9]）写入区块，形成账本;权限管理则利用PKI体系、数字证书、加解密算法等诸多安全技术。对于底层的节点间通信，则采用P2P网络，通过gRPC通道以及Gossip协议实现节点间通信的同步。

2.3  业务实现

本文以农产品为例，实现联盟区块链架构下的商品全流程追溯。

基于所搭建的区块链平台，可实现将全流程各个环节所涉及的数据上链，存储于区块中，保障了数据的安全性和不可篡改，如图2所示。

2.3.1  数据结构

对于农产品，我们将对食品、配料、生产和物流的信息进行定义，如图3所示。

2.3.2  业务合约

智能合约核心函数的实现如表1所示。

3  结  论

区块链不可篡改、哈希函数以及时间戳功能，可有效解决商品的全流程溯源问题。例如，通过在区块链中为每一个农产品建立唯一的电子身份（如食品ID），可永久地记录其相关的属性。在此过程中，涉及到政府所需的监管数据、质量检测数据、加工数据、流通数据，是由不同的责任主体来提供的。多个质量主体所提供的流程数据通过上链，勾勒出商品全生命周期的所有数据。这样，无论是这个商品的来源出处、流转历史记录、中间环节的更改记录均会被忠实地记录在链。使信息恶意篡改的行为被杜绝，商品流程中不合规的信息也会被监管部门监测到。因数据均在区块链中保存，涉事的单位或个人也无法抵赖，进而确保了商品流通过程中的产品质量。在未来的工作中，考虑到覆盖范围的增加，将在完善原有功能的基础上，对联盟区块链的处理性能进行进一步的提升和优化。

参考文献：

[1] 周会菊，李明勇.基于3D打印技术的一种电子商务购物模式研究 [J].现代信息科技，2019，3（3）：172-174.

[2] NAKAMOTO S. Bitcoin：A peer-to-peer electronic cash system [EB/OL].[2019-10-27].https：//bitcoin.org/bitcoin.pdf.

[3] 张方，王凤英.基于区块链的P2P节点信任评价模型 [J].山东理工大学学报（自然科学版），2019，33（3）：13-18.

[4] 苏畅.基于一致性哈希算法的区块链优化模型 [J].电脑知识与技术，2019，15（14）：163-165.

[5] 赵瑞，李莹，张天宇，等.区块链推动下的物联网安全研究进展 [J].吉林师范大学学报（自然科学版），2019，40（3）：109-115.

[6] 王鹏，丁艺.应用区块链技术促进政府治理模式创新 [J].电子政务，2017（4）：59-66.

[7] 郭宁.区块链技术在完善医保监管机制中的探究 [J].信息技术与信息化，2019（5）：206-208.

[8] 孙柏林.装备制造业发展的新动向：区块链+制造业 [J].自动化技术与应用，2018，37（7）：1-7.

[9] CASTRO M，LISKOV B. Practical byzantine fault tolerance [C]//OSDI，Proceedings of the Third Symposium on Operating Systems Design and Implementation，New Orleans，USA，1999：173-186.

作者简介：章洪波（1978.06-），男，汉族，天津人，助理工程师，本科，研究方向：区块链、网络与信息安全。