基于區塊鏈技術的電子產品溯源方案設計

孫惠芳 郭艷平 伍敏君

（1.中山火炬職業技術學院包裝學院 廣東省中山市 528437 2.中山火炬職業技術學院光電信息學院 廣東省中山市 528437）

1 引言

商品追溯系統起源于20世紀80年代，用于追溯攜帶疾病的牛肉，隨后，歐美、日本等國家制定了制定相關法律法規、成立了相關監控機構，國內追溯系統研究起步較晚，2004年中國農業部通過“進京蔬菜產品質量溯源制度試點項目”建立了第一個食品追溯系統的試驗點[1]，2015年12月國務院辦公廳發布《關于加快推進重要產品追溯體系建設的意見》，各級相關行政部門響應追溯體系的建設，相關標準和政策體系逐步形成，企業聯合相關行政主管部門構筑質量追溯體系，社會公眾對于這種追溯式產品的接受程度及其認可水平與接納度逐漸增強，商品追溯系統得到大大的發展。區塊鏈技術是一種分布式的賬本技術，將其運用于商品溯源可以使其由傳統的集中式向分布式發展，保障追溯系統的公開、透明、安全、可靠。

2 區塊鏈技術與區塊鏈溯源

2.1 區塊鏈技術

區塊鏈技術被認為是最具潛力觸發第五輪顛覆性革命浪潮的核心技術[2]，是一種通過分布式數據庫、加密算法、共識機制、智能合約等組成的分布式賬本技術[3]。基于區塊鏈公開透明、去中心化、數據不可篡改等特點，受到越來越多的關注，也從概念逐漸實體化，從最開始的金融貨幣應用發展到各個領域應用。

加密算法：加密算法是區塊鏈的基石。區塊鏈中采用了哈希算法和非對稱加密技術來保障區塊鏈技術的不可逆性和安全性[4]。哈希算法又稱為安全散列算法，被廣泛應用于包括區塊鏈技術在內的各種需要加密的技術中；是將任意長度數據通過一定的規則映射成固定長度的哈希字符串的算法，比較常見的有SHA-1、SHA-2 和SHA-3 系列、MD5 等[4]。非對稱加密算法由橢圓曲線算法生成一對公私鑰對，公鑰對外公開，私鑰保密且無法通過公鑰推算得出，只有對應的私鑰才能解開公鑰加密的數據，反過來，如果使用私鑰對數據加密，用公鑰解密的話，可以實現數字簽名。利用公鑰-私鑰對、數字簽名等非對稱加密技術來實現區塊鏈安全性。在實際應用中，為了提高區塊鏈的效率，往往結合數字信封技術，用對稱加密算法對明文數據加密，用非對稱加密算法對對稱密鑰進行加密[5]。

共識機制：共識機制是區塊鏈的核心機制，區塊鏈的共識機制采用主流的工作證明機制（POW）、權益證明機制(POS)、委托權益證明(DPOS)、實用拜占庭容錯機制(PBFT)等來滿足各個平臺自身的共識系統。共識機制用于解決分布式系統的共識性問題，最早出現在1975年[6]，而區塊鏈共識機制最早是中本聰在比特幣中提出的工作證明機制，是比特幣系統去中心化共識算法的核心[7]。工作量證明機制瞄準的是算力，權益證明機制是工作量證明機制的改進機制，相對工作量證明機制加入了節點權益，這種共識機制在一定程度上解決了工作證明機制能耗大的問題，提高了應用平臺的效率，但是沒有從根本上解決工作證明機制的可監管性和性能較低等問題[5]。委托權益證明相當于現實生活中的選舉機制，節點參與者投票，得票高的就擁有驗證、記賬權或者成為區塊生產者，從而免去了挖礦所帶來的能耗及效率問題，充分適應區塊鏈應用的性能要求。實用拜占庭容錯機制與區塊鏈的共識機制相近而被推廣，它最多容忍少于網絡中總節點的33%惡意錯誤節點，容錯性高且算法簡單，使得拜占庭容錯算法在實際系統應用中可靠運行[8]。

智能合約：智能合約實際上是一種計算機協議[9]，它可以使得區塊鏈應用平臺能夠根據擬定的合約規則，自動且毫無條件地執行，從而替換了在傳統的商業行為中用于人工運算和操作來進行履約的不確定性，大大提升了信息節點的交互和流通。智能合約有一定自主判斷能力和自主執行能力，因為以編程語言為載體，無須依賴第三方或中心化機構，無法人為干預，所以具備很高的效率與準確且強有力的執行能力。隨著區塊鏈技術不斷發展，智能合約的執行環境能夠方便建立應用平臺可信體系，所以目前市場上區塊鏈系統幾乎都能夠支持智能合約技術。

2.2 區塊鏈溯源

隨著物質生活水平的不斷提高，電子產品更新迭代越來越頻繁，從而涌現出很多電子代工企業、小作坊等，使得電子使用安全受到了一定的威脅，例如三星手機的電池爆炸事故，通常情況下就是企業推諉的說是消費者使用不當造成的事故問題，讓消費者啞巴吃黃連，有苦說不清。所以現代人們對于安全的重視程度，已經不再僅僅是物品的供給，而是更加關注電子產品使用是否安全，能夠讓人放心。由于傳統的模式由生產到流通，電子產品安全溯源問題非常困難被把握，生產者與消費者之間的信賴機制也一直未能得到完善。從事電子產品生產的主要原料、零件、生產加工組裝、供應，以及在物流中的各個環節，都會涉及許許多多的供應鏈條、經銷商、軟硬件公司等等。根本無法使電子產品的溯源得到充分的維護和保障。為了解決這一個世界性難題，通過區塊鏈自身的信息去中心化、不可逆地篡改、可追溯、開放性等功能，使得電子產品從原材料生產、運輸和物流銷售的一系列過程都有據可查。相較于其他傳統的溯源手段，區塊鏈溯源具備的優點，大致可以總結成以下三個基本方面：

（1）多方主體信任背書：利用區塊鏈的去中心化、不可逆、可追溯等特性作為產品的信任背書，吸引更多的供應鏈參與方，共同補充和維護商品數據，提高系統可信度。

（2）溯源有效追責：區塊鏈采用分布式帳本技術，以保證數據記錄不可篡改，使得商品信息和交易信息的透明、真實并且可追溯。消費者可以查看商品信息，杜絕虛假偽劣的問題。企業可以有效、快捷的追溯電子產品問題發生的原因和來源，快速地召回所有存在問題的產品，來達到減少財務上的損失目的。

（3）打破各方信息孤島：供應鏈參與方共同維護自己數據源，這些數據被打包存放一個個區塊中后，可以實現信息公開。各方可通過系統查詢流程信息，確保各參與者及時發現其運營環節的存在問題，有助于提高整個供應鏈管理效率[10]。

3 電子產品溯源流程分析

電子產品的供應鏈環節主要有：生產、流水線加工、運輸、銷售等；從溯源的角度，電子產品的溯源流程主要有：材料供應、質量檢測、包裝、物流運輸倉儲、銷售等，各溯源流程涉及的溯源信息具體如下：

原材料、零件供應：對原材料、零件的采購需要對應廠家出具合格證書、質檢報告等，并錄入相應的信息。

質量檢測：有關機構對原材料、零件、成品、半成品的檢測是否滿足使用要求、有害物質等各項指標是否在規定范圍內。

包裝：將檢測合格電子成品的進行包裝，里面附帶使用說明書、保修卡、配件等。包裝上采用二維碼或RFID 的形式，實現與溯源系統的連接，讓消費者方便快捷查詢。

物流運輸倉儲：第三方物流企業運輸管理與配送服務，確保電子產品在運輸過程的質量的穩定性，實時跟蹤物流運輸過程的天氣氣候變化對電子產品是否有不良影響的監測。

銷售：銷售人員對電子產品溯源信息應有所了解，對想了解的溯源問題消費者親自操作示范，演示如何獲得產品用于產品追蹤、保質期管理、質量管理、售后服務等，從而提升消費者對產品的信賴。

溯源的流程通常為用二維碼、條形碼或RFID 進行信息錄入，賦予每個材料或產品專有數字身份信息，建立電子產品溯源信息數據庫。在各環節中采集錄入溯源信息，消費者利用二維碼、條形碼或RFID 驗證或查詢溯源信息。

4 區塊鏈溯源方案設計

根據上述流程分析，電子產品的溯源需要在上述供應鏈環節進行數據采集，再將采集的數據上傳到區塊鏈數據庫中，經過一系列加密算法處理形成各個區塊節點信息，再通過共識機制、智能合約形成驗證數據、認證節點。

在底層技術平臺的選擇上，目前主流的平臺有：比特幣（Bitcoin）、以太坊（Ethereum）、超級賬本（Hyperledger）、EOS、IPFS 等。以太坊（Ethereum）是一種以比特幣為基礎底層技術平臺，增加了賬戶、智能合約、虛擬機等概念。EOS 是一個商用分布式應用設計的區塊鏈底層公鏈操作系統，具有無手續費和高性能的優點，但技術尚未成熟。超級賬本（Hyperledger）通過跨站點，可復制、共享和同步數據的分布式賬本技術來建立行業應用程序系統，可以實現跨企業協作，適用于供應鏈追溯。本系統采用超級賬本搭建區塊鏈系統，系統架構見圖1。

圖1：區塊鏈溯源系統架構圖

供應鏈各參與方依據電子產品溯源技術要求，制定對溯源系統的組織、實施、監控以及信息的采集、上報、核實及發布的工作的部署。

（1）通過MSP 為供應商、生產商、物流公司 、銷售公司、監督管理部門提供成員注冊、身份驗證等服務獲得各自的CA 認證，分配好公鑰-私鑰對或者數字簽字，設置好各參與方的權限內容。

（2）供應的零件、原材料或者成品、半成品等通過二維碼、條形碼或RFID 等形式進行信息錄入形成一個可識讀的“標簽”，賦予每個材料或產品專有數字身份信息，并將它們有序的串聯起來，建立電子產品溯源信息數據庫。

（3）供應商給生產廠家提供零件、原材料等，同時上傳采集好的信息資料，包括對應廠家出具合格證書、質檢報告等信息資料。

（4）生產加工商對供應商提供的零件、原材料進行核對檢查、測試，確認無誤后在區塊鏈系統的智能合約中對供應商的背書節點進行數字簽名、驗證，達成共識儲存到系統中。

（5）生產加工組裝每個環節都需要相應的檢測人員、各部門負責人員數字簽字確認后才能進行下一道工序的組裝、加工等。電子產品完成組裝后進行最后調試、全面檢測，對不合格的產品打回重新排查問題，同時也要上傳到區塊鏈系統形成相應節點全程監控，避免濫竽充數流入到市場。

（6）物流運輸需對電子產品一一數量的清點、產品的溯源編號錄入數據庫，清點完畢后，運輸人員在物流倉儲數據庫進行數字簽字驗證。錄入目的地、途徑地的等氣候天氣信息，并對電子產品進行相應的保護措施，同時通知倉儲商具體的時間節點送達，并做好相應的準備，物流公司成熟的GPS 定位系統的數據也實時更新上傳到物流運輸數據庫中，參與方能實時查詢到貨件的運輸情況。倉儲商收到產品后，進行清點確認無誤后，在物流倉儲數據庫錄入相應倉儲信息并數字簽名驗證。

（7）零售商首先要對以上流程進行查看核對，再對比逐一簽收相應的電子產品，對有疑問的產品拒絕簽收，對簽收的錄入相應的信息到零售商數據庫。

（8）監管部門通常實行的是企業自行承諾制協議，各參與企業都必須簽訂承諾協議，在區塊鏈系統中設定相應的智能合約、共識機制，一旦上傳的數據被篡改或不符合監督管理協議規定，將會向監管部門發出相應信號。監管部門受到消費者、參與方或其他人員投訴、舉報時，執法人員會通過監查私鑰進入系統查詢追溯相應事件的全過程，找出問題所在，精準執法，為受害者討回公道。

（9）區塊鏈系統為整個溯源提供成員服務、處理各參與方的智能合約、共識機制管理、加密解密相應數據，儲存、查詢、更新各參與方的分布式信息，形成一個去中心化、不可篡改、可追溯、跨企業、信息共享的區塊鏈溯源系統。

（10）溯源信息平臺應用查詢，各參與方可通過私鑰進行相關信息的查詢，監管部門也可以通過特殊私鑰對整個生產系統、溯源系統進行監查管理工作，消費者通過相應APP、小程序、網站等通道進行電子產品的查詢、投訴、溯源等操作。

5 結語

區塊鏈技術具有數據不可篡改、去中心化、公開、透明、可追溯等特點，將區塊鏈技術用于商品溯源系統可以保證追溯數據不可篡改和提高系統可信度，各參與方通過系統可以快速查詢供應鏈各個環節產生的信息，實現對各個環節的追溯和監管，有效的保障了市場健康發展，提高了整個供應鏈管理效率。