基于區(qū)塊鏈打造中藥溯源創(chuàng)新體系

曹國鈞，袁振輝

(廣東跑合中藥材電子商務(wù)有限公司，廣東 廣州 510385)

中藥溯源一直是中藥材質(zhì)量提升的主要手段之一，國家商務(wù)部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、國家食品藥品監(jiān)督管理局、國家中醫(yī)藥管理局等相關(guān)國家部委相繼出臺政策，推動中藥溯源及系統(tǒng)建設(shè)，各省及相關(guān)企業(yè)(如中國中藥有限公司、九州通、康美中藥、中藥材天地網(wǎng)等)、協(xié)會(如中國中藥協(xié)會等)及科研機構(gòu)(如成都中醫(yī)藥大學)投入資金，制定中藥溯源標準及體系研發(fā)相應(yīng)系統(tǒng)[1-4]，對于中藥溯源發(fā)展起著重要作用。根據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，中藥溯源體系或系統(tǒng)往往是獨立建設(shè)，與生產(chǎn)、流通及線上交易等系統(tǒng)脫節(jié)，無法有效地推行或者實施，出現(xiàn)兩張皮的現(xiàn)象。另外，中藥溯源系統(tǒng)的可信機制也難以保證，如何防偽、不可篡改及多主體有效管理等等成為關(guān)鍵問題。

近年來基于比特幣應(yīng)用的區(qū)塊鏈技術(shù)給中藥溯源的進一步發(fā)展及有效推行提供了技術(shù)保證，與供應(yīng)鏈交易系統(tǒng)的高度融合讓中藥溯源有了生根的基礎(chǔ)。本文在研究中藥材高質(zhì)量發(fā)展問題基礎(chǔ)上，提出了中藥溯源與電子交易融合的課題，對于區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于中藥溯源進行了深入研究，提出基于區(qū)塊鏈技術(shù)的中藥溯源創(chuàng)新體系，最后根據(jù)溯源區(qū)塊鏈打造新一代“互聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈溯源”平臺，并對中藥溯源做進一步展望。

1 建立追溯體系的目的及內(nèi)涵

1.1 追溯體系確保中藥質(zhì)量安全

中國中醫(yī)科學院院長、工程院院士黃璐琦等[5]在《中國中醫(yī)報》(2018年1月28日第一版)發(fā)表了《供給側(cè)改革推動中藥材產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展》論文，該文提到：中藥材生產(chǎn)的供給側(cè)存在著發(fā)展不平衡和不充分的問題，中藥材供過于求和供需錯位現(xiàn)象日趨嚴重。黃院士從十個方面提出相應(yīng)解決方案，構(gòu)建更加持續(xù)健康發(fā)展的中藥材產(chǎn)業(yè)。這十大問題的提出及解決措施引起了國務(wù)院有關(guān)領(lǐng)導的重視。在十大問題的第七個問題中涉及到中藥溯源及解決措施，即“加快培育現(xiàn)代化中藥材市場體系，降低交易和市場流通成本。通過技術(shù)升級，實現(xiàn)中藥材生產(chǎn)、產(chǎn)地加工和流通設(shè)施現(xiàn)代化，充分運用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈和人工智能等新技術(shù)，打造現(xiàn)代化中藥材電子交易市場，通過質(zhì)量追溯系統(tǒng)建立，做到‘來源可知，去向可追，質(zhì)量可查，責任可究’，確保中藥材質(zhì)量全程可控。”

1.2 中藥溯源目的

中藥溯源體系的建立主要目的(中國中藥協(xié)會中藥追溯委員會2017年7月成立時趙潤懷理事長[2]提出：來源可溯、去向可追、過程可控、責任可究)，即滿足三大層面的廣泛社會需求。

(1)政府：監(jiān)管保障、食品安全、藥品安全、民生工程；

(2)企業(yè)：產(chǎn)品質(zhì)量、企業(yè)形象、品牌信譽、未來市場；

(3)消費者：知情權(quán)、選擇權(quán)、安全感、信任感。

1.3 追溯體系的基本內(nèi)涵

中藥追溯體系必須需要全生命周期的管理過程，這樣就可以確保每個生產(chǎn)、流通及消費環(huán)節(jié)層層溯源及信息查詢分析。

中藥追溯體系采集記錄中藥產(chǎn)品生產(chǎn)、流通、使用等所有環(huán)節(jié)信息，有效強化全過程質(zhì)量安全管理，也是中藥溯源風險控制的有效措施。

2 中藥溯源與電子交易平臺融合

中藥溯源系統(tǒng)若單獨存在，對于供應(yīng)鏈上下游用戶來說帶來很多的維護工作，特別是需要采集更多大量的原始數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)還需要通過各種手段進行復核。作為中藥電子商務(wù)平臺，從本質(zhì)上可以打通上下游客戶，通過各種交易鏈接上下游各個環(huán)節(jié)，同時還記錄了供應(yīng)鏈各個環(huán)節(jié)上的原始數(shù)據(jù)及其相關(guān)交易數(shù)據(jù)，若結(jié)合生產(chǎn)、流通或者消費環(huán)節(jié)的ERP(MES：制造執(zhí)行系統(tǒng)，用于獲取生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)等)/HIS/CRM/SCM系統(tǒng)，就可以很少量地手工輸入溯源數(shù)據(jù)，減少手工錯誤，提高溯源效率及可靠率。下圖1是理論上可靠的重要溯源系統(tǒng)架構(gòu)圖，其中追溯二維碼由溯源系統(tǒng)自動產(chǎn)生，印刷在中藥的包裝盒上；電子交易平臺可以實現(xiàn)中藥產(chǎn)業(yè)鏈上各個環(huán)節(jié)的流轉(zhuǎn)及交易，實現(xiàn)數(shù)據(jù)源的收集及整理，有利于中藥溯源數(shù)據(jù)的整合與優(yōu)化；“采集工具/方式”說明了中藥產(chǎn)業(yè)鏈上生產(chǎn)、流通及消費環(huán)節(jié)可以自動獲取數(shù)據(jù)的方式，這里只是示例，還有更多的相關(guān)信息系統(tǒng)可用。

圖1 中藥溯源系統(tǒng)架構(gòu)部署圖

當然，除了電子交易平臺和溯源系統(tǒng)融合外，其他相關(guān)系統(tǒng)也可以與之融合，并能貫穿始終，形成整個溯源鏈條。

3 以區(qū)塊鏈實現(xiàn)追溯創(chuàng)新

區(qū)塊鏈的先天優(yōu)勢成為中藥溯源創(chuàng)新的基礎(chǔ)，本段在介紹區(qū)塊鏈技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)中藥溯源創(chuàng)新體系，并提出區(qū)塊鏈溯源新架構(gòu)及實現(xiàn)技術(shù)。

3.1 區(qū)塊鏈技術(shù)基本原理

區(qū)塊鏈的誕生應(yīng)該是人類科學史上最為異常和神秘的發(fā)明技術(shù)，這是因為除了區(qū)塊鏈這個名詞外，截至現(xiàn)今，現(xiàn)代科學史上還沒有一項重大發(fā)明找不到發(fā)明人是誰。

2008年10月31號，比特幣創(chuàng)始人“中本聰”(可能是化名)在“密碼學郵件組”發(fā)表了一篇技術(shù)論文——《比特幣：一種點對點的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》[6]。在這篇論文中，作者聲稱發(fā)明了一套新的不受政府或機構(gòu)控制的電子貨幣系統(tǒng)，在這里，區(qū)塊鏈技術(shù)是支持比特幣(BitCoin)運行的基礎(chǔ)。這篇論文可以在http：//www.bitcoin.org/bitcoin.pdf上下載查看。單單從學術(shù)角度看，這篇論文遠不能算篇合格的論文，文章的主體是由8個流程圖和對應(yīng)的解釋文字構(gòu)成的，沒有定義名詞、術(shù)語，論文格式也很不規(guī)范。

2009年1月，這位自稱為“中本聰”在SourceForge網(wǎng)站發(fā)布了區(qū)塊鏈的應(yīng)用案例—比特幣系統(tǒng)的開源軟件。這個開源軟件發(fā)布后，中本聰大約挖了100萬個比特幣。一周后，中本聰發(fā)送了10個比特幣給密碼學專家哈爾·芬尼，這也成為比特幣史上的第一筆交易。伴隨著比特幣的蓬勃發(fā)展，有關(guān)區(qū)塊鏈技術(shù)的研究也開始呈現(xiàn)出井噴式增長。

根據(jù)相關(guān)文獻[7-8]，區(qū)塊塊包括如下技術(shù)特征：

(1)區(qū)塊鏈是一種對等網(wǎng)絡(luò)(P2P)的軟件應(yīng)用，例如，互聯(lián)網(wǎng)上很多自由分享音樂、視頻，論文資料的軟件應(yīng)用，都是采用P2P架構(gòu)，就是沒有中心服務(wù)器，大家的個人計算機都是共享服務(wù)器，也都是客戶機，身份自由平等。區(qū)塊鏈就是這種領(lǐng)域的一種軟件應(yīng)用。

(2)區(qū)塊鏈是一種全網(wǎng)信息同步的對等網(wǎng)絡(luò)(P2P)軟件應(yīng)用。區(qū)塊鏈為支持比特幣的金融交易，就要求發(fā)生的每一筆交易都要寫入到歷史交易記錄中，并向所有安裝比特幣程序的計算機發(fā)送變動信息。每一臺安裝了比特幣軟件的計算機都保持最新和全部的比特幣歷史交易信息，區(qū)塊鏈的這個全網(wǎng)同步，全網(wǎng)備份的特征就是大家常說的區(qū)塊鏈信息安全、不可更改篡改的主要來源。

(3)區(qū)塊鏈是一種利用哈希算法(HASH)產(chǎn)生“通證(代幣)”的全網(wǎng)信息同步的對等網(wǎng)絡(luò)(P2P)軟件應(yīng)用。區(qū)塊鏈的第一個應(yīng)用是著名的比特幣。比特幣可以看做一個基于對等網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的猜數(shù)小游戲，每次正確的猜數(shù)結(jié)果獎勵的比特幣信息會傳遞給所有游戲者，并記錄到每個游戲者的歷史數(shù)據(jù)庫中。

(4)區(qū)塊鏈技術(shù)因比特幣的興起產(chǎn)生智能合約(一種可編程的軟件)、通證、ICO與區(qū)塊鏈基礎(chǔ)平臺。在這里要重點說一下“智能合約”，這種合約可以被看做區(qū)塊鏈上的一種軟件功能，是輔助區(qū)塊鏈上各種虛擬幣自動交易的程序，具體的功能就像淘寶上支付寶的資金托管一樣，當一方用戶收到的貨物，在支付寶上進行確認后，資金自動支付個給買家貨主，智能合約在比特幣等區(qū)塊鏈應(yīng)用上也是承擔了這個中介支付功能。

從區(qū)塊鏈技術(shù)特征來說，雖然比特幣是其第一種應(yīng)用，但隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，區(qū)塊鏈已發(fā)展到4.0版本，智能合約是區(qū)塊鏈4.0的主要特征，在區(qū)塊鏈滿足一定條件可以自動執(zhí)行智能合約，完成區(qū)塊鏈上相關(guān)交易及發(fā)放執(zhí)行功能，除了提高安全性、可靠性外，更多增加了所謂“不可篡改”的可信性。

3.2 區(qū)塊鏈實現(xiàn)中藥溯源的基本思路

區(qū)塊鏈可以彌補通常追溯系統(tǒng)中工作流引擎與數(shù)據(jù)庫易于修改等諸多缺陷。下面是所涉及的區(qū)塊鏈溯源的基本思路。

(1)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的中藥追溯系統(tǒng)能打通整個中藥產(chǎn)業(yè)鏈，使得整個中藥產(chǎn)業(yè)鏈信息更加透明化。

(2) 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)模塊等進行自動采集，然后采用分布式臺賬、共識機制等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)區(qū)塊的直接寫入，將數(shù)據(jù)區(qū)塊記錄到區(qū)塊鏈中實現(xiàn)溯源。

(3) 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的通用中藥材溯源標識號ID(可以產(chǎn)生溯源二維碼)能夠減少中藥材流通過程中的信息傳輸錯誤，并有效確保中藥材信息的完整性和安全性。

(4)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的中藥材溯源體系解決了傳統(tǒng)溯源體系存在的高成本、低效率、數(shù)據(jù)存儲不安全等諸多問題。

3.3 溯源系統(tǒng)區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)

區(qū)塊鏈作為一種互聯(lián)網(wǎng)鏈接型的賬本系統(tǒng)，通過區(qū)塊鏈的ID(標識號)進行鏈接，區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)源通過ERP等系統(tǒng)或者采用手工錄入后，以HASH加密算法存儲至區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)中。這種存儲實際上是區(qū)塊鏈的一種加密封裝，對互聯(lián)網(wǎng)上用戶嚴格保密(不可見且難以解密，這種加密采用的是非對稱加密算法)。圖2顯示這樣一種溯源區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)形式。

圖2 溯源系統(tǒng)區(qū)塊鏈基本結(jié)構(gòu)

這種區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)打破了原有的數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)加密封裝提供了系統(tǒng)運行的可靠性、安全性、加密性。

3.4 以區(qū)塊鏈實現(xiàn)追溯創(chuàng)新的特性

從區(qū)塊鏈產(chǎn)生的過程看，區(qū)塊鏈實際上是一種分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(即賬本Ledge)，從IT發(fā)展階段上看，并沒有更多的新特點，但隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等發(fā)展，區(qū)塊鏈的基本特征從金融領(lǐng)域逐步擴展到數(shù)字資產(chǎn)、電子合同、電子交易、中藥溯源等很多場景。總結(jié)起來，區(qū)塊鏈具有如下鮮明特性：(1)去中心化或部分中心化(采用分布式存儲)；(2)公開性、開放性；(3)自治性；(4)信息不可篡改；(5)匿名性。區(qū)塊鏈最根本的，也是其最大優(yōu)勢就是：快速溯源(根據(jù)實驗，一種復雜溯源只花費0.1毫秒)，同時實現(xiàn)一種完全信任機制。

3.4.1 開放性與分布式管理 溯源系統(tǒng)每一步環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都會同時存放在多個服務(wù)器節(jié)點上，若其中已個服務(wù)器節(jié)點數(shù)據(jù)丟失也不會影響到其他節(jié)點的工作。除了企業(yè)隱蔽信息外，在區(qū)塊鏈上的溯源環(huán)節(jié)信息是完全公開的，用戶可以通過掃描追溯碼的方式查詢該藥品整條信息鏈上每個環(huán)節(jié)信息。下圖3說明了這一點。

圖3 開放分布式示意圖

3.4.2 自治性 溯源系統(tǒng)中的區(qū)塊鏈不需要人為去干預(yù)，每個節(jié)點之間信息交換都需要經(jīng)過CA服務(wù)器認證后才可以進行通訊。圖4顯示這一特征。

圖4 區(qū)塊鏈的自治性

3.4.3 區(qū)塊鏈上信息不可篡改 溯源系統(tǒng)中每個環(huán)節(jié)的開始與結(jié)束都會以“智能合約”方式存放在區(qū)塊鏈中，一旦信息被保存起來，需要修改信息必須讓區(qū)塊鏈中超過半數(shù)的節(jié)點統(tǒng)一修改方可進行改動。因此，溯源數(shù)據(jù)不會因為系統(tǒng)被攻擊或者通過其他入侵手段被修改，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性與可信性得到保證。圖5說明了信息不可篡改的基本結(jié)構(gòu)。

圖5 信息不可篡改性

3.4.4 匿名性 由于區(qū)塊鏈中每個節(jié)點之間通訊都要通過CA認證后才可以通訊，因此溯源流程的“智能合約”實現(xiàn)可以完全被抽象出來使用，并可以自動執(zhí)行。圖5說明了區(qū)塊鏈上信息私密性及匿名性的特性，期間的信息傳遞及執(zhí)行都是由智能合約自動完成，每個上下游鏈上的用戶均無法進行修改，也不知各自的身份，這些身份由CA機構(gòu)確保其完備、可靠。圖6就是這樣的信息架構(gòu)圖。

圖6 區(qū)塊鏈匿名性特征

3.5 基于中藥制劑建立區(qū)塊鏈溯源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

跑合網(wǎng)2018年上半年承接了一個鴉膽子國家標準化(溯源)項目，采用區(qū)塊鏈設(shè)計，下面是基于SpringBoot架構(gòu)[9-10]設(shè)計的軟件結(jié)構(gòu)(圖7)。

下面對這樣的溯源結(jié)構(gòu)做解釋。

(1) PC端視圖層：采用html5+、bootstrap+jquery能夠保證用戶交互體驗的同時使開發(fā)效率最大化。

(2) 業(yè)務(wù)處理層：使用SpringBoot+Shiro+activiti，權(quán)限控制和工作流等組件直接嫁接在微服務(wù)上保證系統(tǒng)輕量化，同時能夠靈活地擴展服務(wù)。

(3)基礎(chǔ)層：使用mysql保存業(yè)務(wù)操作，使用Ethereum(以太坊)為溯源系統(tǒng)提供區(qū)塊鏈的“智能合約”服務(wù)。

(4) 移動端：MUI配合HTML5+組成移動端的

混合開發(fā)模式架構(gòu)，通過服務(wù)端提供的RESTful接口進行信息交互。

3.6 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的中藥溯源業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)

在圖7基礎(chǔ)上筆者設(shè)計出中藥溯源業(yè)務(wù)部分，主要包括：

(1)追溯碼：中藥追溯碼通過外部系統(tǒng)接口進行對接，同時提供追溯碼掃碼查詢接口供用戶直接查詢。

(2) 業(yè)務(wù)管理：采購管理、提取管理、制劑管理將分別對中藥材從采購到制劑各個環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行校驗錄入，每個管理中的操作都分別為一個流程環(huán)節(jié)，通過工作流引擎串聯(lián)起來，而每個環(huán)節(jié)的啟動與結(jié)束都將通過區(qū)塊鏈的智能合約記錄起來，從而達到互信溯源的目的。每個管理環(huán)節(jié)都將預(yù)留對接ERP或MES等接口，外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以通過接口直接跟溯源系統(tǒng)對接，也可以通過人工的方式手動錄入到系統(tǒng)。而手動錄入的數(shù)據(jù)則需要審批環(huán)節(jié)進行審核。

(3) 核心技術(shù)：用戶管理與權(quán)限管理為信息管理系統(tǒng)基礎(chǔ)，集成工作流引擎對每個管理節(jié)點進行數(shù)據(jù)的控制流轉(zhuǎn)，需要人工干預(yù)部分還會引入子流程審批來復核數(shù)據(jù)的準確性。

在中藥溯源系統(tǒng)中直接引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，最重要的一個原因就是為了利用自動執(zhí)行的軟件特性營造一個無需第三方介入的互信溯源平臺。

圖7 SpringBoot架構(gòu)設(shè)計的軟件結(jié)構(gòu)

4 基于電子商務(wù)平臺的中藥溯源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在前面提到，中藥溯源系統(tǒng)只有與電子交易系統(tǒng)(供應(yīng)鏈系統(tǒng)等)直接融合，才能在中藥材高質(zhì)量供應(yīng)鏈發(fā)揮其關(guān)鍵性作用。根據(jù)區(qū)塊鏈特性，可以將區(qū)塊鏈引入交易平臺中，讓區(qū)塊鏈鏈接上下游各個環(huán)節(jié)及多個主體，并通過自動采集工具或系統(tǒng)實現(xiàn)交易獲得溯源系統(tǒng)的源數(shù)據(jù)或交易數(shù)據(jù)，實現(xiàn)中藥產(chǎn)業(yè)鏈上的信息不可篡改，并實現(xiàn)系統(tǒng)互信，讓供應(yīng)鏈朝著高質(zhì)量方向發(fā)展(圖8)。

圖8 區(qū)塊鏈融合電子交易及中藥溯源

5 未來展望

雖然區(qū)塊鏈在技術(shù)上確保信息不可篡改，具有完全公開特性，采用“智能合約”實現(xiàn)自動交易及溯源等功能，但區(qū)塊鏈技術(shù)仍具有固有的技術(shù)缺陷：完全追求徹底平等自由帶來的困境——那就是無法面對數(shù)據(jù)量特別大的場景項目，這主要因為采用區(qū)塊鏈技術(shù)時所傳輸和存儲的數(shù)據(jù)量太大。到2018年，采用區(qū)塊鏈技術(shù)的比特幣運行了近10年，積累的交易數(shù)據(jù)已經(jīng)讓整個系統(tǒng)面臨崩潰。為此可以采用如下相關(guān)技術(shù)進行變通解決：

第一，建立中繼節(jié)點和閃電節(jié)點，通俗地說，就是區(qū)塊鏈會向它要顛覆的對象——B/S結(jié)構(gòu)進行了學習，建立數(shù)據(jù)服務(wù)器中心，成為區(qū)塊鏈的中繼節(jié)點，也用類似瀏覽器的終端訪問，這就是區(qū)塊鏈的閃電節(jié)點；

第二，采用部分中心化思想，克服完全去中心化帶來的大數(shù)據(jù)處理的缺陷。

隨著5G的未來發(fā)布，萬物互聯(lián)時代即將來臨，區(qū)塊鏈的應(yīng)用場景將在多方維護的系統(tǒng)上面進行大量應(yīng)用，中藥溯源系統(tǒng)必將能應(yīng)用到實處，真正發(fā)揮其應(yīng)有的效能。