基于區塊鏈技術的商品流通溯源系統

燕楚

（南京熊貓信息產業有限公司，江蘇南京210033）

0 引言

食品安全一直是關系民生的重點問題。本系統通過構建一種基于區塊鏈技術的商品生命周期追溯系統，在商品生產和流通的上下游搭建聯盟鏈和分布共識算法設計，實現了生產、流通、銷售等節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 區塊鏈技術概述

1.1 區塊鏈及聯盟鏈介紹

區塊鏈：中本聰在2008年第一次提出了區塊鏈的概念，區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，它是一個共享數據庫，基于這些特征，利用區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，實現多個主體之間的協作信任與一致行動。

區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區塊鏈，區塊鏈將數據打包成區塊，再加上時間戳，可以有效地追溯和防止流通過程中數據的篡改問題。

聯盟鏈：針對本系統的應用場景，選用聯盟鏈的方式。聯盟鏈是由多個參與方共同參與管理的區塊鏈，系統數據只允許系統內參與方進行讀寫和發送。聯盟鏈的各個節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絡，各級參與方織組成利益相關的聯盟，共同維護區塊鏈的健康運轉。

1.2 開發框架選擇

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

優勢：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，實現交易并行計算；支持一鍵部署，實現平臺的快速安全部署。FISCO BCOS 以聯盟鏈的實際需求為出發點，兼顧安全性、易用性、可運維性、可擴展性等特點，支持多種開發協議，并提供了可視化的中間工具，大幅縮短企業建鏈、開發、部署應用的時間。

2 基于區塊鏈技術的商品流通溯源系統設計

2.1 系統整體框架設計

基于區塊鏈技術的商品流通溯源系統整體框架主要包含應用層、管理層、技術層和數據層四個部分，如圖1所示。

圖1 基于區塊鏈技術的商品流通溯源系統框架圖

數據層主要是通過5G、IOT、物聯網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據信息，并傳輸到技術層。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，通過區塊鏈的智能合約、共識機制等技術對各節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、行業監管和政府監督等作用，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追溯到整個商品的生產流通環節。

2.2 應用層

基于區塊鏈技術的商品流通溯源系統包含聯盟成員準入管理模塊，除消費者或監管部門進行溯源查詢外，只有授權的聯盟鏈成員才可以加入本鏈進行操作。應用層建立在數據層、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節的詳細信息，實現商量從生產到銷售整個生命周期的溯源[2]。聯盟鏈成員有查詢記錄密鑰，可通過密鑰查詢區塊鏈中開放的數據。

溯源閉環：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：用戶可通過系統鑒別商品真偽，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，方便監管部門及各節點追溯產品資料問題。

2.3 管理層

管理層基于聯盟鏈的要求制定參與企業的標準規范，并監督成員單位按相關標準參與到系統中，起到管理和協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，協助管理部門對商品質量、生產、流通、銷售等環節的監管。

2.4 技術層

2.4.1 聯盟鏈網絡搭建

搭建基于區塊鏈技術的商品流通溯源系統采用FISCO BCOS generator 官方提供的部署、管理和監控多機構多群組聯盟鏈的便捷工具，采用星形拓撲結構，中心機構節點同時屬于多個群組，多個不同屬性流通節點是不完全信任的，運行各群組相關機構時，根據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 基于區塊鏈技術的商品流通溯源系統開發

整理需求：由于區塊鏈具有防篡改、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，根據對參與方需求的調研和分析，準確理解各節點對項目的功能、性能、數據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：結合基于區塊鏈技術的商品流通溯源系統業務需求，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、存儲環境、流轉時間、交易信息等，在此基礎上確定溯源系統對各供應鏈節點提供的接口，最后給出各個接口的具體實現措施。

智能合約編譯：為簡化智能合約開發代碼，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，傳入指定參數即可。

創建及開發系統：采用WeBankBlockchain-SmartDev 應用開發組件，該組件是一套開放、輕量的開發組件集，包含開發、調試、應用開發等環節，降低開發風險和開發周期。

2.5 數據層

數據層主要是對聯盟鏈內物品全生命周期流通溯源過程中的數據進行采集、存儲、處理、分析和服務。各個環節產生的數據自動上傳到商品流通溯源系統，溯源信息自動加時間戳、數字簽名等封裝與區塊鏈。通過在云數據中心部署基于大數據分析的商品流通溯源平臺，對各種數據進行可視化關聯分析，將系統中采集的各類數據以圖表、信息、圖形的方式展現出來，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 系統優勢

利用區塊鏈技術開發的商品流通溯源系統實現了信用的轉移，商品生產、流通和存儲等環節的數據均通過數字化的形式存儲于區塊鏈中，通過區塊鏈流通溯源系統可以做到物流流通去向追溯、商品質量責任追究，避免了以各環節自己為中心的追溯系統中基于個人利益篡改信息的現象，聯盟企業遵循共同的共識機制，相互制約和監督。

4 結語

基于區塊鏈的商品流通溯源可以更加透明有效地保證商品質量，有利于市場共同監督。每一個產品都形成了自身完整的供應鏈數據，更容易獲得消費者的認可，同時各環節之間的交易數據透明化也解決了聯盟成員中的互信問題，有效提高各環節的生產效率。伴隨著區塊鏈技術的成熟和人們認知的提升，區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的共同努力，共建和完善區塊鏈技術在商品流通溯源方向的應用。