郭含月 周霽婷 王嘉麒 馬瀟宇 劉廣源

(上海大學(xué)上海電影學(xué)院 上海 200072)

0 引 言

隨著進(jìn)口產(chǎn)品在國內(nèi)市場的推廣，海淘客戶端應(yīng)用軟件和海淘網(wǎng)站層出不窮，消費(fèi)者購買海外商品的消費(fèi)行為越來越普遍。2019年1月9日，天貓國際聯(lián)合第一財(cái)經(jīng)商業(yè)數(shù)據(jù)中心共同發(fā)布《2018跨境消費(fèi)新常態(tài)年輕人群洞察報告》：2018年跨境電商爆炸式增長，進(jìn)口總額大幅增長。截至2018年10月，跨境電商進(jìn)口總額同比增長53.7%，預(yù)計(jì)2020年，中國跨境消費(fèi)用戶將超過2億人[1]。

但目前為止，海外商品的溯源系統(tǒng)并不完善。商品真假難辨，產(chǎn)品信息、發(fā)貨信息甚至物流信息均可以造假，假貨在市場上的流通給正品商家造成了巨大的財(cái)產(chǎn)損失，更是嚴(yán)重危害了消費(fèi)者的權(quán)益。

傳統(tǒng)模式下的授權(quán)、存證系統(tǒng)存在一系列問題：(1) 傳統(tǒng)系統(tǒng)采用集中式存儲方式進(jìn)行記錄，信息容易被篡改，更容易造成中心節(jié)點(diǎn)壓力過載的問題。(2) 中心化平臺的信任機(jī)制無法滿足物聯(lián)網(wǎng)信息高度自動化趨勢的需求。(3) 中心化平臺無法保證用戶隱私數(shù)據(jù)不被泄露。(4) 目前各大跨境電商平臺的授權(quán)管理分布于各大跨境電商系統(tǒng)，不同的平臺需要對接不同平臺的海外進(jìn)口業(yè)務(wù)。由此可見，去中心化、去信任化、信息可追溯化是目前供應(yīng)鏈的發(fā)展需求。

區(qū)塊鏈技術(shù)涵蓋的數(shù)字簽名技術(shù)、現(xiàn)代密碼學(xué)技術(shù)、時間戳和智能合約[2]能夠更好地滿足未來互聯(lián)網(wǎng)信息高度自動化和程序化的需求，滿足目前供應(yīng)鏈上的需求。目前，國內(nèi)資料和論文主要圍繞農(nóng)產(chǎn)品、食品安全、奢侈品的溯源方向，跨境電商溯源系統(tǒng)的相關(guān)論文稀少。本文分析比較國內(nèi)商品追溯系統(tǒng)學(xué)術(shù)成果，如：文獻(xiàn)[3]面向跨境化妝品提出一種區(qū)塊鏈溯源系統(tǒng)，可以保證化妝品的交易、分銷、物流管理中的安全可靠，在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)層面上分析并提出使用某種算法來保證交易信息的可靠性，但具體算法并未得出；文獻(xiàn)[4]基于對食品安全的需求提出了一種互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下豬肉的溯源系統(tǒng)，但系統(tǒng)沒有脫離對于中心數(shù)據(jù)庫的依賴；文獻(xiàn)[5]具體分析了大數(shù)據(jù)環(huán)境下區(qū)塊鏈技術(shù)溯源模型的優(yōu)勢給出了相應(yīng)的業(yè)務(wù)模型和系統(tǒng)架構(gòu)，但沒有進(jìn)行應(yīng)用方面的分析。這三篇文獻(xiàn)為區(qū)塊鏈方向上的溯源系統(tǒng)研究提供了理論上的參考和架構(gòu)。本文分析國外的學(xué)術(shù)成果，如：Korpela等[6]通過區(qū)塊鏈技術(shù)高效地實(shí)現(xiàn)了供應(yīng)鏈整合；Tian[7]建立一個區(qū)塊鏈的食品供應(yīng)鏈實(shí)時追溯系統(tǒng)，提供了一個開放、透明、中立、可靠和安全的信息平臺，并且討論了在未來的供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)中應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)。這兩篇文獻(xiàn)為區(qū)塊鏈技術(shù)在供應(yīng)鏈領(lǐng)域上的發(fā)展提供了新的思路。

結(jié)合上述文獻(xiàn)中區(qū)塊鏈技術(shù)對于防偽、信息追溯方向的探索，本文提出一種適用于我國相關(guān)政策，安全可靠的區(qū)塊鏈存證系統(tǒng)。系統(tǒng)的主要創(chuàng)新點(diǎn)在于：(1) 以交易的形式完成商品和商品數(shù)量的授權(quán)工作，支持多層次、多級別的授權(quán)形式。(2) 通過智能合約設(shè)置權(quán)限，實(shí)現(xiàn)用戶之間的商品授權(quán)、交易登記與存證、交易信息的可追溯性查詢。(3) 授權(quán)交易過程中采用了數(shù)字簽名技術(shù)，保證了交易信息的安全可靠。(4) 進(jìn)行了相對應(yīng)的功能測試仿真實(shí)驗(yàn)，生成了對應(yīng)的可視化界面，客觀地確保了本系統(tǒng)的可操作性。

1 相關(guān)技術(shù)

1.1 區(qū)塊鏈

比特幣的開發(fā)者中本聰[8]于 2008 年整合了前人的相關(guān)技術(shù)和算法提出了比特幣的底層架構(gòu)——區(qū)塊鏈。

區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一個去中心化的數(shù)據(jù)庫，是一串使用現(xiàn)代密碼學(xué)加密手段相關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每一個數(shù)據(jù)區(qū)塊中包含了一系列的交易信息，用于驗(yàn)證交易的有效性并生成下一個區(qū)塊[9]。區(qū)塊鏈雖然是近十年提出的新概念，但區(qū)塊鏈涵蓋的技術(shù)都已經(jīng)十分成熟。在供應(yīng)鏈上物流、資金流等實(shí)體之間的協(xié)調(diào)與交易信息錯綜復(fù)雜，難以保證供應(yīng)鏈上信息的透明度和可信度。區(qū)塊鏈技術(shù)可以統(tǒng)一供應(yīng)鏈平臺，提高供應(yīng)鏈管理效率，降低維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)信息可溯源化，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的供應(yīng)鏈系統(tǒng)具有很廣闊的應(yīng)用場景。

1.2 智能合約

智能合約的概念于1995年由Nick Szabo首次提出，他指出智能合約是一套以數(shù)字形式定義的承諾，包括合約參與方可以在上面執(zhí)行這些承諾的協(xié)議。智能合約是一種模塊化、可重用的自動執(zhí)行腳本，可替代第三方信任平臺實(shí)現(xiàn)交易雙方直接進(jìn)行可信交易，這些交易可追溯且無法發(fā)生回滾。智能合約根據(jù)按照實(shí)際業(yè)務(wù)邏輯定義相應(yīng)規(guī)則，調(diào)用智能合約將會按照合約定義的交易規(guī)則來實(shí)現(xiàn)鏈上的交易，訪問鏈上信息。智能合約運(yùn)行于區(qū)塊鏈系統(tǒng)之中,訪問區(qū)塊和狀態(tài)數(shù)據(jù)[10]。

智能合約的提出大大拓展了區(qū)塊鏈的應(yīng)用領(lǐng)域，使其不僅僅存在于數(shù)字貨幣的概念，由此進(jìn)入了區(qū)塊鏈2.0階段。以以太坊為代表，目前應(yīng)用主要分為三種類型：金融領(lǐng)域應(yīng)用；半金融領(lǐng)域應(yīng)用，并非完全的數(shù)字貨幣交易；非金融應(yīng)用[11]。本文提出的應(yīng)用是無幣區(qū)塊鏈系統(tǒng)，屬于第三種應(yīng)用領(lǐng)域。

1.3 以太坊

區(qū)塊鏈與智能合約相結(jié)合，區(qū)塊鏈應(yīng)用技術(shù)得以發(fā)展，但底層協(xié)議相對復(fù)雜，開發(fā)難度較大，不便于區(qū)塊鏈系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用[12]。

2013年，以太坊創(chuàng)始人Vitalik Buterin[2]發(fā)起了以太坊項(xiàng)目。以太坊的開發(fā)與應(yīng)用相對方便，提供了圖靈完備的智能合約開發(fā)語言。以太坊完善了腳本系統(tǒng)，使智能合約應(yīng)用于非金融領(lǐng)域，進(jìn)入提供資產(chǎn)貨幣以外應(yīng)用場景，更加節(jié)約存儲空間。本文基于智能合約代碼和以太坊平臺最終實(shí)現(xiàn)了一個去中心化應(yīng)用。

1.4 數(shù)字簽名技術(shù)

數(shù)字簽名又稱為電子簽名，核心思想是通過某種算法對數(shù)字信息進(jìn)行“簽署”，數(shù)字簽名和物理簽名一樣具有法律效益[13]。數(shù)字簽名的主要作用是驗(yàn)證信息來源和保證傳輸過程中信息的完整性。數(shù)字簽名的主要流程如下，其中：M為發(fā)送信息(交易信息)；H為生成的消息摘要；Kpv為發(fā)送者私鑰；Kpb為發(fā)送者公鑰；Sig表示公鑰簽名算法；D代表解密算法。

(1) 發(fā)送方使用散列算法將交易信息M生成信息摘要H，并使用私鑰Kpv對信息摘要簽名，簽名后的信息為S=Sig(Kpv，M)。

(2) 發(fā)送者將簽名后的信息摘要S以及信息M發(fā)送給接收方。

(3) 接收方使用發(fā)送者公鑰Kpb對信息摘要進(jìn)行解密D(Kpb，S)，得到解密后的信息摘要H1。

(4) 接收方將信息M進(jìn)行散列算法生成摘要H2，并且與步驟(3)中解密后的摘要進(jìn)行比對，若H1=H2，則可以證明消息由授權(quán)方發(fā)出并且得到了授權(quán)方的簽署，接收到的授權(quán)信息沒有受到篡改，信息在發(fā)送過程中沒有受到篡改。

2 需求分析

本系統(tǒng)面向各大海外品牌商家和消費(fèi)者兩類用戶，分別滿足兩類用戶的防偽、溯源需求。各大海外品牌商家可以通過本系統(tǒng)查詢所有授權(quán)商品和授權(quán)信息，對于未授權(quán)卻參與售賣商家進(jìn)行投訴。消費(fèi)者可以通過商品ID查詢所在商場是否具備商品授權(quán)資格，以及商品的授權(quán)數(shù)量，商品ID將載入商品的外包裝上。

2.1 海外商家的授權(quán)管理

對于海外商家，其在國外擁有自己的發(fā)貨倉，可以向國內(nèi)各大授權(quán)分倉發(fā)貨，國內(nèi)各分倉可繼續(xù)向小超市授權(quán)商品、發(fā)貨。區(qū)塊鏈記錄商品ID，向各個分倉的發(fā)貨數(shù)量、交易信息。各大分倉庫完成注冊以及登記，海外商家發(fā)貨給分倉，發(fā)貨數(shù)量登記在鏈，用于品牌授權(quán)證明。

海外發(fā)貨倉擁有查詢所有交易的權(quán)限，除了能夠查詢到本倉與國內(nèi)各地分倉的交易之外，還可以查詢到分倉的商品流向，一旦查詢到商鋪的進(jìn)口商品的流量大于授權(quán)數(shù)量，就可以發(fā)起訴訟，或者保留電子憑證咨詢情況。每個倉庫都可以查詢到自己庫存商品的商品信息和商品剩余情況，商鋪或者線上倉庫每次交易后的交易信息都會經(jīng)過私鑰簽名發(fā)送到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上，同時通過智能合約更新自己商品的庫存情況。

海外商家向各地分倉(如上海分倉，蘇州分倉，北京分倉)進(jìn)行商品授權(quán)，各地分倉可以繼續(xù)向各地超市和小分商進(jìn)行授權(quán)管理，各地超市和小分商授權(quán)進(jìn)行線下售賣活動，同樣由區(qū)塊鏈記錄交易詳情。消費(fèi)者也可以直接向國內(nèi)分倉線上交易，分倉庫發(fā)貨給消費(fèi)者。為了保證授權(quán)交易的安全性和可信度，每一項(xiàng)授權(quán)業(yè)務(wù)都會由發(fā)起方進(jìn)行數(shù)字簽名。通過認(rèn)證的消息才會被接收者獲得，否則會被過濾。具體分級授權(quán)流程如圖1所示。

圖1 授權(quán)流程圖

2.2 面向消費(fèi)者的防偽查詢

對于消費(fèi)者，其可以通過商品ID，查詢到商品從海外總倉授權(quán)給了哪幾個各地分倉，各地分倉又授權(quán)給了哪些商鋪的整個流動信息，可以查詢所購買產(chǎn)品所在分倉或者超市(取決于購物方式是線上交易還是線下交易)是否擁有產(chǎn)品授權(quán)資格，以及商品的授權(quán)數(shù)量。消費(fèi)者以此判斷所購買的產(chǎn)品是否正版，購買途徑是否正規(guī)。

購買商品時，商品的授權(quán)數(shù)量會顯示在消費(fèi)者的小票或者頁面詳情上，發(fā)生購買行為后，購買方商品庫存數(shù)量會相應(yīng)減少。如果國內(nèi)商家在授權(quán)商品數(shù)量已經(jīng)小于出售數(shù)量的情況下依然販賣商品，消費(fèi)者可以依據(jù)查詢情況對商品真?zhèn)巫鞒醪脚袛唷D2是系統(tǒng)業(yè)務(wù)時序圖。

圖2 業(yè)務(wù)時序圖

3 系統(tǒng)模型

本系統(tǒng)通過區(qū)塊鏈技術(shù)記錄交易信息，通過數(shù)字簽名技術(shù)完成簽名認(rèn)證，通過智能合約完成授權(quán)信息存證、交易信息上鏈，以及各個平臺的查詢工作。整個系統(tǒng)分為上層客戶端、后端系統(tǒng)和底層存儲三部分。

上層客戶端直接為客戶服務(wù)，整合了HTML+CSS+JavaScript+LayUI等應(yīng)用技術(shù)，可以使用中間層提供的RESTful接口與區(qū)塊鏈進(jìn)行交互。

后端系統(tǒng)作為客戶端和區(qū)塊鏈之間的中間層結(jié)構(gòu)，采用Node.js作為后端，選擇Web3.js接口。關(guān)鍵的算法邏輯智能合約已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，后端的作用是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的編碼、解碼、轉(zhuǎn)發(fā)，以及為客戶端提供RESTful接口。本系統(tǒng)在存證、授權(quán)交易過程中添加了數(shù)字簽名，保證了信息的可靠性。

底層系統(tǒng)使用以太坊區(qū)塊鏈來保證存證、授權(quán)功能的安全性和不可篡改性，通過智能合約完成大部分的算法邏輯。圖3中列出了以太坊具體的挖礦模式、共識機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以及內(nèi)部應(yīng)用技術(shù)。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)圖

本系統(tǒng)用戶主要有海外商家、國內(nèi)分倉、各大超市、消費(fèi)者四種用戶類型，相對應(yīng)的功能模塊如圖4所示。

圖4 功能模塊圖

根據(jù)需求分析，海外商家擁有登記商品信息，添加、更新商品，向國內(nèi)分倉授權(quán)商品和查詢庫存商品和商品流向的功能(可以查詢到授權(quán)的商品從國內(nèi)分倉流向下一級小分商的流向信息)，國內(nèi)分倉具有查看授權(quán)商品、向各大超市或者小分商授權(quán)商品，以及查詢商品流向的功能。各大超市用戶的功能為查看授權(quán)商品、查詢商品流向。消費(fèi)者可以實(shí)現(xiàn)的功能是通過商品ID查詢到商品的來源。

4 實(shí) 驗(yàn)

4.1 智能合約設(shè)計(jì)

在智能合約的算法設(shè)計(jì)上，主要業(yè)務(wù)邏輯是倉庫的注冊或登錄、商品入庫、庫存商品查詢、商品授權(quán)和交易追溯。 本文在Remix在線測試網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用Solidity語言編譯智能合約，并完成智能合約的功能測試。其中Remix 是一個開源的Solidity智能合約開發(fā)環(huán)境，提供基本的編譯、部署至本地或測試網(wǎng)絡(luò)、執(zhí)行合約等功能。Solidity是以太坊官方設(shè)計(jì)和支持的高級開發(fā)語言，專門用于編寫智能合約。

本文多次測試了智能合約所定義的每一個方法，全部測試成功。表1為測試結(jié)果，包括輸入信息以及返回結(jié)果。

表1 智能合約測試結(jié)果表

續(xù)表1

4.2 部署過程

實(shí)驗(yàn)部署于以太坊本地網(wǎng)絡(luò)，通過Solidity語言對智能合約進(jìn)行編譯，通過Remix對智能合約進(jìn)行開發(fā)和測試工作。本實(shí)驗(yàn)所用計(jì)算機(jī)硬件配置為CPU：Intel(R) Core(TM) i7-2600 @3.40 GHz ，RAM：4.00 GB。編譯環(huán)境如表2所示。

表2 編譯環(huán)境表

實(shí)驗(yàn)將系統(tǒng)部署于本地網(wǎng)絡(luò)上，具體步驟如下：

(1) 啟動Ganache CLI，設(shè)置監(jiān)聽端口，模擬以太坊網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。在以太坊區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，區(qū)塊的產(chǎn)出和交易數(shù)據(jù)的記錄是由礦工執(zhí)行的。Ganache CLI的前身是Testrpc，提供了相關(guān)的監(jiān)聽端口，集成了Truffle開發(fā)框架，提供了一個以太坊的本地測試環(huán)境，自動產(chǎn)生10個測試節(jié)點(diǎn)以及相應(yīng)的10個私鑰，并且隨著交易的進(jìn)行而不斷產(chǎn)生區(qū)塊，記錄信息。

(2) Truffle框架下，編譯、部署智能合約。智能合約編譯結(jié)束后，將其部署于本地測試網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生了相應(yīng)的交易哈希，通過js進(jìn)行接口調(diào)用，編譯完成后的智能合約部署在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上，可進(jìn)行相關(guān)的讀取和存儲操作。

(3) 開啟本地服務(wù)器，訪問客戶端界面。通過智能合約，區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)與用戶之間發(fā)生動態(tài)交互，生成可視化界面。進(jìn)行客戶端界面開發(fā)，測試相關(guān)功能，保證系統(tǒng)中的合法用戶可以按照對應(yīng)的權(quán)限對區(qū)塊鏈的交易進(jìn)行讀寫。

4.3 可視化界面

本文展示了一個基于區(qū)塊鏈技術(shù)存證與授權(quán)去中心化系統(tǒng)。其中各大用戶分布在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上，賬戶地址用節(jié)點(diǎn)地址進(jìn)行登記。海外商家具有登記商品、授權(quán)商品、更新商品數(shù)量、查詢庫存和查詢?nèi)拷灰椎墓δ?。國?nèi)分倉和小分商具有查詢庫存和與倉庫地址相關(guān)的交易記錄的功能。

本系統(tǒng)最重要的業(yè)務(wù)邏輯是商品入庫、商品授權(quán)和授權(quán)交易信息的溯源，本節(jié)展示產(chǎn)品入庫后的庫存查詢和授權(quán)交易信息界面。

4.3.1商品入庫

海外商家有權(quán)限進(jìn)行商品的添加與更新，而國內(nèi)分倉與三級分商的商品全部來源于海外商家授權(quán)的商品，從而保證數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。商品入庫界面如圖5所示。

圖5 商品入庫圖

4.3.2商品授權(quán)

圖6是海外商家對國內(nèi)分倉的商品授權(quán)圖，完成授權(quán)工作后，國內(nèi)分倉合法擁有已經(jīng)授權(quán)的商品數(shù)量，并且擁有商品的授權(quán)、售賣資格，但存在交易上限，交易上限即授權(quán)商品數(shù)量。

圖6 商品授權(quán)圖

4.3.3商家?guī)齑娌樵?/p>

商家商品入庫后，可以查詢到入庫的所有商品，具體如圖7所示。國內(nèi)分倉和三級分商也可以查詢相關(guān)庫存，每個用戶只享有查詢該用戶地址倉庫庫存情況的權(quán)限。

圖7 庫存查詢界面圖

4.3.4追溯交易記錄

圖8為海外商家查詢商品交易詳情界面，前三個交易信息是海外商家向國內(nèi)分倉用戶(本實(shí)驗(yàn)注冊了三個國內(nèi)分倉用戶)授權(quán)的商品數(shù)量以及交易信息，之后的交易是國內(nèi)分倉發(fā)送給三級分商的商品交易信息。交易信息包括：交易發(fā)送方地址，交易接收方地址，交易數(shù)量，交易時間。海外商家可以通過商品ID查詢到與之相關(guān)的所有商品交易信息，包括海外商家分配給國內(nèi)分倉的交易信息和國內(nèi)分倉發(fā)送三級分商的商品交易信息。同樣的業(yè)務(wù)邏輯，國內(nèi)倉庫用戶可以查詢到該地址所授權(quán)的與三級分商發(fā)生交易的交易信息。消費(fèi)者同樣可以通過商品的ID查詢到購買方是否具有授權(quán)資格，代碼邏輯和界面基本與海外品牌商查詢界面一致。

圖8 交易信息溯源界面圖

4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

本系統(tǒng)基于區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)了三級授權(quán)、交易存證的功能，保證了交易信息可追溯，交易過程以及交易結(jié)果安全可靠。表3為本系統(tǒng)與傳統(tǒng)的授權(quán)存證系統(tǒng)的對比，充分說明了去中心化系統(tǒng)的優(yōu)勢。

表3 本系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)對比表

5 結(jié) 語

本文提出了一個基于區(qū)塊鏈技術(shù)的跨境商品授權(quán)與存證系統(tǒng)，為海外防偽提供了一種新的思路，以三級授權(quán)的形式實(shí)現(xiàn)了海外品牌商對國內(nèi)分倉的分級授權(quán)以及信息鏈上存證，實(shí)現(xiàn)了一個交易可追溯、安全可靠的去中心化應(yīng)用系統(tǒng)。區(qū)塊鏈技術(shù)在本系統(tǒng)中的作用是授權(quán)與存證，不參與數(shù)字資產(chǎn)交易，符合我國相關(guān)法律和政策，滿足國內(nèi)供應(yīng)鏈需求。