李 勇 周 晨 李 剛 徐 寒 成萍妮

（1、陜西省煙草公司西安市公司，陜西 西安710000 2、西安郵電大學(xué)，陜西 西安710000）

1 概述

為了降低假煙制造給煙草企業(yè)和消費(fèi)者帶來的損害，如何引進(jìn)新技術(shù)促進(jìn)卷煙市場防偽溯源體系完善已成為政府、企業(yè)、及相關(guān)學(xué)者非常迫切和關(guān)鍵的問題。自2008 年區(qū)塊鏈概念問世以來，區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)在金融、審計(jì)、物流等行業(yè)受到了廣泛的關(guān)注。本文將結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)勢嘗試提出基于區(qū)塊鏈技術(shù)的卷煙防偽溯源體系。

2 區(qū)塊鏈概念

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N可以將數(shù)據(jù)通過協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行共享信息的技術(shù)，其安全、公開、唯一是重要的三大性質(zhì)是由以下核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)：

2.1 時(shí)間戳技術(shù)

1991 年，哈勃和斯托內(nèi)爾塔提出了一種對(duì)數(shù)字文件進(jìn)行時(shí)間戳的記錄方法，通過這一方法可以準(zhǔn)確的反應(yīng)文件的創(chuàng)建時(shí)間，通過時(shí)間戳生成無法更改的文件順序保證了數(shù)據(jù)前后的安全性[1]。

2.2 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信技術(shù)

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信技術(shù)是一種依賴互聯(lián)網(wǎng)所有參與者共同的帶寬進(jìn)行對(duì)等連接的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[2]，較傳統(tǒng)集中式存儲(chǔ)服務(wù)器不同的是這種多用途分享的網(wǎng)絡(luò)中利用相互平等的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來沖當(dāng)服務(wù)器與客戶端，能夠減少出現(xiàn)中央服務(wù)器系統(tǒng)故障導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)癱瘓問題。

2.3 防篡改技術(shù)

梅克爾樹是區(qū)塊鏈的組成部分，它是一種哈希大量數(shù)據(jù)塊的方式，依賴于這些數(shù)據(jù)塊分裂的小數(shù)據(jù)塊，然后取每個(gè)小數(shù)據(jù)塊再次進(jìn)行哈希，其中一個(gè)小數(shù)據(jù)塊包含兩個(gè)相鄰的塊或哈希。當(dāng)區(qū)塊中交易記錄個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，通過節(jié)點(diǎn)的自行填補(bǔ)，構(gòu)建一個(gè)二叉樹，以此類推直到形成最終的根節(jié)點(diǎn)。再將兩兩交易之間的哈希值進(jìn)行串聯(lián)，形成下一個(gè)二叉樹的輸入。因此，當(dāng)出現(xiàn)試圖篡改交易記錄時(shí)，梅克爾樹的根節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)生較大的改變，其他節(jié)點(diǎn)對(duì)區(qū)塊信息進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)可以較快的篡改現(xiàn)象，再根據(jù)交易先后記錄相連查詢。

2.4 共識(shí)機(jī)制

在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間無相互依賴關(guān)系，此時(shí)需要借助一致性的共識(shí)機(jī)制，就是指當(dāng)網(wǎng)絡(luò)默認(rèn)不可靠時(shí)，就要在不可靠的主機(jī)之間相互復(fù)制選擇一種新的機(jī)制保證所有主機(jī)狀態(tài)達(dá)到一致性[3]。通過拜占庭容錯(cuò)算法（PBFT）、POW工作量證明機(jī)制、POS 股權(quán)證明機(jī)制實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的唯一性保證系統(tǒng)的運(yùn)行。

3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)在卷煙防偽溯源應(yīng)用方案

3.1 構(gòu)建區(qū)塊鏈技術(shù)卷煙防偽溯源框架

基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建卷煙防偽溯源體系研究模型，確保對(duì)卷煙的安全性與可靠性，按照區(qū)塊鏈架構(gòu)（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、網(wǎng)絡(luò)通信層、應(yīng)用層）建立卷煙防偽溯源體系層次的模型，其中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層與網(wǎng)絡(luò)通信層相互獨(dú)立但又存在聯(lián)系（圖1）。數(shù)據(jù)采集層通過對(duì)卷煙的生產(chǎn)加工、運(yùn)輸包裝、零售消費(fèi)的完整生命周期信息進(jìn)行記錄，主要用來存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)間的交易信息，一旦存入到數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)中將無法進(jìn)行修改。數(shù)據(jù)庫層通過梅克爾樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式將卷煙盒箱信息按照區(qū)塊頭+區(qū)塊體的方式進(jìn)行保存，再經(jīng)哈希算法和蓋入時(shí)間戳的方式將數(shù)據(jù)信息加入到區(qū)塊鏈中。去中心化和不可篡改性保證了加入網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的整體運(yùn)作，一旦發(fā)現(xiàn)有人對(duì)信息進(jìn)行篡改既可從網(wǎng)絡(luò)中踢出該節(jié)點(diǎn)。并且將煙草公司和煙草產(chǎn)業(yè)鏈各機(jī)構(gòu)作為數(shù)據(jù)驗(yàn)證和認(rèn)證節(jié)點(diǎn)，可以對(duì)煙草質(zhì)量的信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理。應(yīng)用層通過App 或互聯(lián)網(wǎng)接口使得消費(fèi)者可以直接進(jìn)行查詢，煙草生產(chǎn)者、運(yùn)輸商、經(jīng)銷商、消費(fèi)者和煙草公司在應(yīng)用層對(duì)交易信息可通過接入接口進(jìn)行輸入，應(yīng)用層再將信息傳遞到網(wǎng)絡(luò)層為用戶提供一些煙草防偽溯源相關(guān)的信息查詢。

3.2 構(gòu)建區(qū)塊鏈卷煙節(jié)點(diǎn)閉環(huán)

從國家煙草總局到煙草生產(chǎn)商，再到煙草運(yùn)輸商到省市煙草局，通過煙草經(jīng)銷商賣入到消費(fèi)者手中構(gòu)建節(jié)點(diǎn)閉環(huán)。通過不同節(jié)點(diǎn)上的區(qū)塊鏈服務(wù)器建立記錄不同節(jié)點(diǎn)上的流通信息，審批信息者等。通過物聯(lián)網(wǎng)和RFID 技術(shù)的讀寫功能記錄煙草產(chǎn)品從生產(chǎn)到物流配送再到省市公司的數(shù)據(jù)產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換記錄到區(qū)塊鏈服務(wù)器中進(jìn)行存儲(chǔ)并在節(jié)點(diǎn)間開放。然后再到市公司再到銷售系統(tǒng)，將不同頻率的RFID 芯片搭載在載貨卡車上通過RFID檢驗(yàn)技術(shù)就可以獲得所有數(shù)據(jù)，并同步在對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的區(qū)塊鏈服務(wù)器中。

3.3 查詢信息方案

區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到煙草行業(yè)中，通過煙盒自帶可修改的數(shù)字名片將二維碼連接到煙草企業(yè)的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的查詢網(wǎng)站上。消費(fèi)者需要進(jìn)行查詢時(shí)，通過掃描煙盒中的二維碼，可在手機(jī)終端上顯示出該卷煙的詳細(xì)信息。出現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)含有時(shí)間戳的信息完整，且其他流程信息沒有被篡改時(shí)，證明該卷煙的銷售方為合法正規(guī)的且為真煙。

消費(fèi)者通過終端信息查詢驗(yàn)證提交至區(qū)塊鏈系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫時(shí)，煙草經(jīng)銷商也將信息查詢提交一并輸入，系統(tǒng)通過節(jié)點(diǎn)間的認(rèn)證共識(shí)性對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。當(dāng)發(fā)現(xiàn)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與鏈內(nèi)數(shù)據(jù)不同時(shí)，就存在某一環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)篡改可能，則需進(jìn)一步查明信息的來源，找到問題的出處。所查詢的卷煙區(qū)塊數(shù)據(jù)未篡改，但卷煙經(jīng)銷商與銷售地址信息不符合時(shí)，則有可能存在假煙情況。當(dāng)出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)有大量同數(shù)據(jù)區(qū)塊的卷煙被查詢時(shí)，有可能存在區(qū)塊反復(fù)被查詢，也有可能是存在短期內(nèi)集中購買行為，使得卷煙二維碼作為母板被復(fù)制，一次你需當(dāng)?shù)貙９芫诌M(jìn)行調(diào)查。

區(qū)塊鏈系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫通過消費(fèi)者先前發(fā)送的信息查詢申請(qǐng)，反饋數(shù)據(jù)分析結(jié)果。通過區(qū)塊鏈?zhǔn)降男畔鬟f，達(dá)到公開透明且不易篡改特性，不斷增強(qiáng)卷煙市場環(huán)節(jié)與消費(fèi)者的信息反饋，更有效的掌握假煙流通信息，提高打擊制假售假的精準(zhǔn)度。

圖1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的卷煙防偽溯源溯源體系框架

4 區(qū)塊鏈技術(shù)在卷煙防偽技術(shù)優(yōu)勢

4.1 節(jié)點(diǎn)間流程公開透明，通過RFID 芯片識(shí)別注冊(cè)在區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫中，使得每一個(gè)卷煙擁有自己的數(shù)字身份，通過節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)所有信息達(dá)到驗(yàn)證效果。

4.2 卷煙產(chǎn)品從生產(chǎn)、運(yùn)輸、零售等業(yè)務(wù)中通過共識(shí)機(jī)制，形成數(shù)據(jù)記錄，為煙草公司及煙草專賣局打假部門提供各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息。

4.3 通過二維碼驗(yàn)證的卷煙信息帶有時(shí)間戳將永久存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫中，可以防止篡改，提高效率節(jié)約成本。

4.4 通過獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，使得消費(fèi)者愿意為打擊假煙做出貢獻(xiàn)。當(dāng)出現(xiàn)假煙產(chǎn)品時(shí)，消費(fèi)者可通過投訴達(dá)成共識(shí)并獲得一定獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，彌補(bǔ)中心化系統(tǒng)中的卷煙信息數(shù)據(jù)性不高的特點(diǎn)。

5 結(jié)論

國家煙草專賣局的中心化系統(tǒng)在一定程度上不可取消，而區(qū)塊鏈技術(shù)的運(yùn)用在一定程度上可以彌補(bǔ)中心化的風(fēng)險(xiǎn)及信息難以獲取性，更好的完成卷煙產(chǎn)品防偽溯源的過程。為創(chuàng)造一個(gè)全新的卷煙產(chǎn)品誠信體系打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。