燕楚

（南京熊貓信息產業(yè)有限公司，江蘇南京210033）

0 引言

食品安全一直是關系民生的重點問題。本系統(tǒng)通過構建一種基于區(qū)塊鏈技術的商品生命周期追溯系統(tǒng)，在商品生產和流通的上下游搭建聯(lián)盟鏈和分布共識算法設計，實現(xiàn)了生產、流通、銷售等節(jié)點信息的自動更新和共享，保證了商品整個生命周期的信息完全一致性和公開透明。

1 區(qū)塊鏈技術概述

1.1 區(qū)塊鏈及聯(lián)盟鏈介紹

區(qū)塊鏈：中本聰在2008年第一次提出了區(qū)塊鏈的概念，區(qū)塊鏈簡單講是一個分布式的共享賬本。具有不可篡改、去中心化、全過程留痕、共同維護、信息透明等特點，它是一個共享數(shù)據(jù)庫，基于這些特征，利用區(qū)塊鏈技術可以在相關方之間奠定堅實的“信任”基礎，能夠有效解決信息不對稱問題，實現(xiàn)多個主體之間的協(xié)作信任與一致行動。

區(qū)塊鏈與商品流通領域可以天然結合，將商品生產、運輸、銷售的整個過程寫入?yún)^(qū)塊鏈，區(qū)塊鏈將數(shù)據(jù)打包成區(qū)塊，再加上時間戳，可以有效地追溯和防止流通過程中數(shù)據(jù)的篡改問題。

聯(lián)盟鏈：針對本系統(tǒng)的應用場景，選用聯(lián)盟鏈的方式。聯(lián)盟鏈是由多個參與方共同參與管理的區(qū)塊鏈，系統(tǒng)數(shù)據(jù)只允許系統(tǒng)內參與方進行讀寫和發(fā)送。聯(lián)盟鏈的各個節(jié)點通常有與之對應的實體機構組織，成員通過授權后才能加入與退出網(wǎng)絡，各級參與方織組成利益相關的聯(lián)盟，共同維護區(qū)塊鏈的健康運轉。

1.2 開發(fā)框架選擇

本方案選擇在FISCO BCOS 下進行基于聯(lián)盟鏈的溯源問題研究。FISCO BCOS 是由國內企業(yè)主導研發(fā)、對外開源的聯(lián)盟鏈底層開發(fā)平臺[1]。于2017年正式對外開源，經(jīng)過幾年來多個版本的迭代，其易用性和性能已經(jīng)得到較大提升。

優(yōu)勢：具有分布式存儲功能，支持計算和存儲分離；支持并行交易處理模型，實現(xiàn)交易并行計算；支持一鍵部署，實現(xiàn)平臺的快速安全部署。FISCO BCOS 以聯(lián)盟鏈的實際需求為出發(fā)點，兼顧安全性、易用性、可運維性、可擴展性等特點，支持多種開發(fā)協(xié)議，并提供了可視化的中間工具，大幅縮短企業(yè)建鏈、開發(fā)、部署應用的時間。

2 基于區(qū)塊鏈技術的商品流通溯源系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)整體框架設計

基于區(qū)塊鏈技術的商品流通溯源系統(tǒng)整體框架主要包含應用層、管理層、技術層和數(shù)據(jù)層四個部分，如圖1所示。

圖1 基于區(qū)塊鏈技術的商品流通溯源系統(tǒng)框架圖

數(shù)據(jù)層主要是通過5G、IOT、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術收集商品在生產、流通、銷售、存儲到最終消費者手中整個生命周期的數(shù)據(jù)信息，并傳輸?shù)郊夹g層。技術層是整個方案的核心，又包含了基礎層、核心層、管理層和接口層，通過區(qū)塊鏈的智能合約、共識機制等技術對各節(jié)點的信息進行驗證處理，利用去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、公開透明及時間戳等特點確保整個商品生命周期的信息可信。管理層起到標準制定、行業(yè)監(jiān)管和政府監(jiān)督等作用，保障各參與方的合法權益。應用層包含了生產商、物流運輸單位、分銷商和銷售商所關注的商品信息情況，同時，消費者可以通過溯源系統(tǒng)追溯到整個商品的生產流通環(huán)節(jié)。

2.2 應用層

基于區(qū)塊鏈技術的商品流通溯源系統(tǒng)包含聯(lián)盟成員準入管理模塊，除消費者或監(jiān)管部門進行溯源查詢外，只有授權的聯(lián)盟鏈成員才可以加入本鏈進行操作。應用層建立在數(shù)據(jù)層、技術層和管理層之上，消費者可以利用移動終端通過掃描商品端二維碼查詢到商品各個環(huán)節(jié)的詳細信息，實現(xiàn)商量從生產到銷售整個生命周期的溯源[2]。聯(lián)盟鏈成員有查詢記錄密鑰，可通過密鑰查詢區(qū)塊鏈中開放的數(shù)據(jù)。

溯源閉環(huán)：從生產到終端用戶一站式溯源服務，做到來源可查、去向可追、責任可糾。

防偽鑒定：用戶可通過系統(tǒng)鑒別商品真?zhèn)?，查詢產品質量，避免了部分不良商家單方面修改商品信息。

質量追溯：產品流通的雙向追溯，保證了全生命周期的信息可查，方便監(jiān)管部門及各節(jié)點追溯產品資料問題。

2.3 管理層

管理層基于聯(lián)盟鏈的要求制定參與企業(yè)的標準規(guī)范，并監(jiān)督成員單位按相關標準參與到系統(tǒng)中，起到管理和協(xié)調各參與單位的作用，幫助參與單位提高生產和流通效率，降低運營成本。同時對接相關政府管理部門，協(xié)助管理部門對商品質量、生產、流通、銷售等環(huán)節(jié)的監(jiān)管。

2.4 技術層

2.4.1 聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡搭建

搭建基于區(qū)塊鏈技術的商品流通溯源系統(tǒng)采用FISCO BCOS generator 官方提供的部署、管理和監(jiān)控多機構多群組聯(lián)盟鏈的便捷工具，采用星形拓撲結構，中心機構節(jié)點同時屬于多個群組，多個不同屬性流通節(jié)點是不完全信任的，運行各群組相關機構時，根據(jù)所屬類型分屬不同群組，運行各自應用。如圖2所示。

圖2 星形拓撲結構示意圖

2.4.2 基于區(qū)塊鏈技術的商品流通溯源系統(tǒng)開發(fā)

整理需求：由于區(qū)塊鏈具有防篡改、可追溯等特性，完全符合商品的流通和溯源需求。前期需項目組成員溝通各相關方，根據(jù)對參與方需求的調研和分析，準確理解各節(jié)點對項目的功能、性能、數(shù)據(jù)訴求及可靠性等具體要求，將需求表述轉化為完整的用戶說明書[3]。

智能合約設計：結合基于區(qū)塊鏈技術的商品流通溯源系統(tǒng)業(yè)務需求，首先設計對應的智能合約，確定合約儲存的信息，如供應商名稱、物流單、存儲環(huán)境、流轉時間、交易信息等，在此基礎上確定溯源系統(tǒng)對各供應鏈節(jié)點提供的接口，最后給出各個接口的具體實現(xiàn)措施。

智能合約編譯：為簡化智能合約開發(fā)代碼，采用FISCO BCOS generator 平臺提供的編譯工具，可以更加快捷編譯出符合智能合約的ABI 和BIN 文件，根據(jù)編譯的ABI 文件自動生成Java 類，當應用需要部署和調用合約時，可以調用該合約類的對應方法，傳入指定參數(shù)即可。

創(chuàng)建及開發(fā)系統(tǒng)：采用WeBankBlockchain-SmartDev 應用開發(fā)組件，該組件是一套開放、輕量的開發(fā)組件集，包含開發(fā)、調試、應用開發(fā)等環(huán)節(jié)，降低開發(fā)風險和開發(fā)周期。

2.5 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要是對聯(lián)盟鏈內物品全生命周期流通溯源過程中的數(shù)據(jù)進行采集、存儲、處理、分析和服務。各個環(huán)節(jié)產生的數(shù)據(jù)自動上傳到商品流通溯源系統(tǒng)，溯源信息自動加時間戳、數(shù)字簽名等封裝與區(qū)塊鏈。通過在云數(shù)據(jù)中心部署基于大數(shù)據(jù)分析的商品流通溯源平臺，對各種數(shù)據(jù)進行可視化關聯(lián)分析，將系統(tǒng)中采集的各類數(shù)據(jù)以圖表、信息、圖形的方式展現(xiàn)出來，方便參與方更加直觀、便捷的了解商品流通中的各種問題[4]。

3 系統(tǒng)優(yōu)勢

利用區(qū)塊鏈技術開發(fā)的商品流通溯源系統(tǒng)實現(xiàn)了信用的轉移，商品生產、流通和存儲等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)均通過數(shù)字化的形式存儲于區(qū)塊鏈中，通過區(qū)塊鏈流通溯源系統(tǒng)可以做到物流流通去向追溯、商品質量責任追究，避免了以各環(huán)節(jié)自己為中心的追溯系統(tǒng)中基于個人利益篡改信息的現(xiàn)象，聯(lián)盟企業(yè)遵循共同的共識機制，相互制約和監(jiān)督。

4 結語

基于區(qū)塊鏈的商品流通溯源可以更加透明有效地保證商品質量，有利于市場共同監(jiān)督。每一個產品都形成了自身完整的供應鏈數(shù)據(jù)，更容易獲得消費者的認可，同時各環(huán)節(jié)之間的交易數(shù)據(jù)透明化也解決了聯(lián)盟成員中的互信問題，有效提高各環(huán)節(jié)的生產效率。伴隨著區(qū)塊鏈技術的成熟和人們認知的提升，區(qū)塊鏈技術在商品流通溯源方面的市場潛力巨大，也需要前期各參與企業(yè)的共同努力，共建和完善區(qū)塊鏈技術在商品流通溯源方向的應用。