王黎亞 謝祖光 李海峰 楊國輝 李江城

【摘 要】長期以來，煙草溯源和防偽一直是煙草行業(yè)面臨的難題，然而區(qū)塊鏈技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)為解決煙草溯源和防偽提供了可能。文章利用區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理念，從理論層面和實(shí)際應(yīng)用層面深入剖析煙草產(chǎn)業(yè)鏈中的溯源防偽問題，并進(jìn)行實(shí)際場(chǎng)景應(yīng)用設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)煙草從支、包、條到箱和批次通過層疊式merkle樹實(shí)現(xiàn)管理，保證區(qū)塊鏈中煙草的真?zhèn)闻c溯源，解決了煙草在運(yùn)輸環(huán)節(jié)和煙草售賣環(huán)節(jié)的痛點(diǎn)問題。

【關(guān)鍵詞】區(qū)塊鏈;煙草溯源;防偽;煙草產(chǎn)業(yè)鏈

【中圖分類號(hào)】F49;TP3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2021）01-0041-03

0 前言

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的普及，人類社會(huì)已進(jìn)入從傳統(tǒng)信息社會(huì)向智能信息社會(huì)的過渡階段。區(qū)塊鏈?zhǔn)墙陙硌杆侔l(fā)展起來的最重要和最具創(chuàng)新性的技術(shù)，呈現(xiàn)出爆炸性的增長態(tài)勢(shì)，具有巨大的應(yīng)用潛力（Peters和Panayi，2016[1];Pilkington，2016[2]）。目前，區(qū)塊鏈技術(shù)在供應(yīng)鏈中的應(yīng)用研究主要集中在可追溯性和信用問題上。將區(qū)塊鏈的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于煙草產(chǎn)業(yè)鏈，能夠解決煙草溯源和防偽問題。

本文深入剖析煙草產(chǎn)業(yè)鏈中的溯源防偽問題，并進(jìn)行實(shí)際場(chǎng)景應(yīng)用設(shè)計(jì)。充分利用區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理念，對(duì)每支煙草、每包煙草、每條煙草、每箱煙草和每批次煙草嵌入hash值，實(shí)現(xiàn)煙草從支、包、條到箱和批次通過層疊式merkle樹實(shí)現(xiàn)管理，保證區(qū)塊鏈中煙草的真?zhèn)闻c溯源，解決了煙草在運(yùn)輸環(huán)節(jié)和煙草售賣環(huán)節(jié)的痛點(diǎn)問題。本文的研究內(nèi)容除了能夠豐富該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)成果之外，還為煙草溯源防偽在實(shí)際中的應(yīng)用提供了清晰的思路，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

1 理論基礎(chǔ)分析

1.1 區(qū)塊鏈內(nèi)涵

區(qū)塊鏈不僅是一種技術(shù)，更代表一種理念，區(qū)塊鏈思維是以“共享價(jià)值鏈”為主要特征的“眾治共贏模式”，是數(shù)字化世界的一張通行證，是提前觸摸未來的一份行動(dòng)指南（黃莉，2020）[3]，具有鮮明的去中心化、強(qiáng)認(rèn)證和抗篡改特性（Nakamoto，2008）[4]。雖然近年來區(qū)塊鏈的潛力被逐漸挖掘并應(yīng)用到貨幣系統(tǒng)之外的諸多領(lǐng)域，但由于該技術(shù)目前還不夠完善，變體也有很多，所以截至目前對(duì)該技術(shù)依然沒有一個(gè)確切的定義。在何蒲（2017）[5]、邵奇峰等學(xué)者（2018）[6]，以及陳偉利和鄭子杉（2018）[7]等學(xué)者的研究中，都只是抽象、概括性地介紹了區(qū)塊鏈技術(shù)中的幾項(xiàng)核心技術(shù)，大多著重于介紹，而沒有從理論、形式化的證明中展現(xiàn)出各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展情況。

區(qū)塊鏈本身具備的特殊性，使得其在相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用中能夠?qū)崿F(xiàn)分布式核算流程，不需要任何中介機(jī)構(gòu)或中介機(jī)構(gòu)的介入，并通過智能合約自動(dòng)完成交易，特別是在供應(yīng)鏈體系的應(yīng)用場(chǎng)景中，這種優(yōu)勢(shì)尤為明顯，能夠保證交易的安全性，在有效解決信息不對(duì)稱問題的同時(shí)，還能降低交易風(fēng)險(xiǎn)。區(qū)塊鏈技術(shù)的信息共享特性使得供應(yīng)鏈上、下游成員的交易更加透明，可以充分利用上、下游供應(yīng)鏈的資源，降低交易成本。

1.2 區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征

在區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)的存放形式是以區(qū)塊（block）的方式體現(xiàn)，每一個(gè)區(qū)塊都能清晰、準(zhǔn)確地記錄所有交易活動(dòng)，最終所有區(qū)塊結(jié)合形成完整的交易記錄。大量的區(qū)塊相互鏈接，組合形成區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫，是一種新的數(shù)據(jù)庫組織形式（Rui Wang等，2019）[8]。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過程涉及區(qū)塊、鏈結(jié)構(gòu)、哈希算法、Merkle樹和時(shí)間戳等技術(shù)要素。區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)根據(jù)不同的應(yīng)用會(huì)有所不同，但基本都是由區(qū)塊頭（塊頭）和區(qū)塊體（塊身）組成。區(qū)塊體保存的是若干條記錄及由每條記錄的Hash值構(gòu)成的二叉Merkle樹。區(qū)塊頭一般包括前一區(qū)塊的Hash值（Hash指針）、隨機(jī)數(shù)、目標(biāo)Hash（本區(qū)塊的Hash值）、Merkle根，有時(shí)還會(huì)有用于PoW的計(jì)算困難門限值Difficulty等。根據(jù)不同的應(yīng)用，塊頭和塊身的數(shù)據(jù)項(xiàng)也會(huì)有所不同。根據(jù)需求，可以建立單鏈結(jié)果，還可以建立雙鏈結(jié)構(gòu)。

區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征為煙草溯源和防偽提供了很好的理論支撐和實(shí)際應(yīng)用指導(dǎo)，如果將上述區(qū)塊鏈的特點(diǎn)應(yīng)用在煙草領(lǐng)域，通過區(qū)塊鏈進(jìn)行煙草防偽與溯源可以大大降低交易成本，縮短交易處理時(shí)間，提高交易安全性。更具體地說，卷煙供應(yīng)鏈體系具有顯著的中心化特征，煙草產(chǎn)業(yè)鏈中每一個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)不同的主體和相應(yīng)的唯一存在性證明。將區(qū)塊鏈這種數(shù)據(jù)加密技術(shù)應(yīng)用于煙支信息的存儲(chǔ)和加密處理，能夠?qū)崿F(xiàn)從卷煙種植、生產(chǎn)、銷售等全產(chǎn)業(yè)鏈流程管理。

2 煙草防偽與溯源：應(yīng)用場(chǎng)景

2.1 區(qū)塊鏈賦能煙草溯源與防偽的必要性

根據(jù)卷煙商品的生命周期，卷煙商品從選種開始，歷經(jīng)選種、基地育苗、區(qū)域種植、基地化生產(chǎn)、煙葉收購、煙葉調(diào)撥、煙支生產(chǎn)、卷煙批發(fā)、卷煙零售為一體的從原材料到產(chǎn)品交易的整個(gè)鏈條，涉及產(chǎn)品生產(chǎn)和流通過程中原輔材料供應(yīng)商、卷煙生產(chǎn)企業(yè)、煙草商業(yè)公司、零售商及最終消費(fèi)者等，上、下游環(huán)節(jié)相互鏈接共同組成具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的卷煙產(chǎn)業(yè)鏈，包含物流、信息流、資金流及事務(wù)流的流通，卷煙數(shù)據(jù)信息收集難度大，這對(duì)煙草產(chǎn)業(yè)鏈溯源提出了挑戰(zhàn)，“數(shù)據(jù)孤島”問題突出。

煙草產(chǎn)業(yè)鏈具有顯著的中心化特征，涉及的鏈條非常多，卷煙數(shù)據(jù)信息收集處理機(jī)制不暢，是煙草溯源和防控?zé)煵菁倜斑^程中亟待突破的瓶頸。卷煙數(shù)據(jù)信息的掌握對(duì)煙草企業(yè)非常關(guān)鍵，制定科學(xué)合理的卷煙數(shù)據(jù)信息收集處理機(jī)制對(duì)煙草行業(yè)的健康發(fā)展尤為重要。將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到煙草產(chǎn)業(yè)鏈，構(gòu)建可信任的完全去中心化的分布式共享賬本，利用分布式節(jié)點(diǎn)的共識(shí)機(jī)制使涉煙群體能同時(shí)參與記賬，實(shí)時(shí)添加、更新、查詢數(shù)據(jù)，使卷煙運(yùn)輸過程中各環(huán)節(jié)的耗時(shí)趨向透明，提高數(shù)據(jù)傳遞的運(yùn)行效率，降低運(yùn)營成本，避免數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)易毀損易篡改的屬性，打破了傳統(tǒng)卷煙供應(yīng)鏈由中心機(jī)構(gòu)控制，使數(shù)據(jù)的傳遞需要較長的時(shí)間、人工和溝通成本的境況，能夠有效解決煙草溯源方位問題。

2.2 具體應(yīng)用場(chǎng)景

根據(jù)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征，卷煙防偽溯源具體設(shè)計(jì)思路體現(xiàn)如下。

（1）通過為每支煙生成hash值，每支煙的hash值分別生成對(duì)應(yīng)的第一標(biāo)識(shí)碼印制在對(duì)應(yīng)的每支煙上，根據(jù)一包煙中每支煙的hash值計(jì)算第一樹根hash值，生成第二標(biāo)識(shí)碼印制對(duì)應(yīng)的一包煙的包裝盒上。

（2）根據(jù)一條煙內(nèi)每包煙的hash值計(jì)算第二樹根hash值，生成第三標(biāo)識(shí)碼印制在對(duì)應(yīng)的一條煙的包裝盒上。

（3）根據(jù)一箱煙內(nèi)每條煙的hash值計(jì)算第三樹根hash值，生成第四標(biāo)識(shí)碼印制在對(duì)應(yīng)的一箱煙的包裝盒上。

（4）根據(jù)一批次的每箱煙的hash值計(jì)算第四樹根hash值;以及將煙草從每支到包、條、箱及批次的hash值均寫入?yún)^(qū)塊鏈merkle樹。

通過上述設(shè)計(jì)，能夠讓每一批次所有的煙草，到每箱煙草包含的每條包裝的煙草，再到每條煙草包含的每包煙草，最后到每包煙草包含的每支煙草均有唯一對(duì)應(yīng)的hash值，并且每包煙草的hash值由其中包含的每支煙草的hash值計(jì)算得到，每條煙草的hash值由其中包含的每包煙草的hash值計(jì)算得到，每箱煙草的hash值由其中包含的每條煙草的hash值計(jì)算得到，一批煙草的hash值由其中包含的每箱煙草的hash值計(jì)算得到。如此，使煙草從支、包、條到箱和批次通過層疊式merkle樹實(shí)現(xiàn)管理，merkle樹存入?yún)^(qū)塊鏈，使每支煙與每包煙綁定，每包煙與每條包裝煙綁定，每條包裝煙與每箱包裝煙綁定，如果其中的一支煙或一包煙或一條煙等發(fā)生變化，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)區(qū)塊鏈merkle樹存入的所有樹節(jié)點(diǎn)的hash值發(fā)生變化，從而保證區(qū)塊鏈中煙草的真?zhèn)闻c溯源。

從運(yùn)輸過程來看，上述設(shè)計(jì)能夠有效解決煙草在運(yùn)輸過程中被故意人為調(diào)換的可能性。運(yùn)輸商在運(yùn)輸商品的過程中，通過識(shí)別每箱煙草上的標(biāo)識(shí)碼，記錄運(yùn)輸節(jié)點(diǎn)信息及時(shí)間信息，并將所有運(yùn)輸節(jié)點(diǎn)信息和時(shí)間信息寫入?yún)^(qū)塊鏈中，根據(jù)識(shí)別標(biāo)識(shí)碼鑒別煙草的真?zhèn)?零售商及消費(fèi)者獲取煙草后，根據(jù)標(biāo)識(shí)碼鑒別煙草的真?zhèn)巍＿@樣，運(yùn)輸商或者其他部門抽驗(yàn)煙草時(shí)，通過識(shí)別箱包裝上的標(biāo)識(shí)碼獲取對(duì)應(yīng)的hash值，再通過該hash值與該批次煙草的hash值進(jìn)行計(jì)算，若兩者匹配，則確定該箱煙草屬于該批次，從而確保該箱煙草的真實(shí)性。

從煙草零售環(huán)節(jié)來看，當(dāng)零售商獲取煙草后，可以識(shí)別條包裝煙上的標(biāo)識(shí)碼或者對(duì)應(yīng)的hash值，通過計(jì)算該hash值與該箱煙草的hash值，若兩者匹配，則確定該條包裝煙草屬于該箱煙草，零售商就能夠確定煙草的真實(shí)性。當(dāng)消費(fèi)者獲取一包煙草后，識(shí)別煙支上的標(biāo)識(shí)碼獲取hash值，通過計(jì)算該hash值與該包煙草的hash值，若兩者匹配，則確定該支煙草屬于該包煙草，使每一個(gè)環(huán)節(jié)都能夠驗(yàn)證煙草的真?zhèn)吻也樵兊疆a(chǎn)地、生產(chǎn)時(shí)間等煙草信息，供應(yīng)鏈的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)也都可以驗(yàn)證產(chǎn)品的真實(shí)可靠性，這種煙草防偽和溯源方法能夠有效提高驗(yàn)證的可識(shí)度，方便辨認(rèn)且高效。此外，生成的標(biāo)識(shí)碼只需印制在產(chǎn)品包裝上，與現(xiàn)有的三維全息模、熒光暗碼防偽、變頻油墨防偽、光變油墨防偽等技術(shù)相比，成本低且印制過程方便，不需要其他成本或防偽材料。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]Peters，Panayi.Understanding modern banking led-gers through blockchain technologies：future of transaction processing and smart contracts on the internet of money[J].Banking Beyond Banks and Money，2016（13）：239–278.

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[3]黃莉.區(qū)塊鏈思維賦能基層治理[J].紅旗文稿，2020（24）：29-31.

[4]Nakamot S.Bitcoin：a peer-to-peer electronic cash system[J].Journal Money Credit Bank.2008，41（5）：935-960.

[5]何蒲，于戈，張巖峰，等.區(qū)塊鏈技術(shù)與應(yīng)用前瞻綜述[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2017，44（4）：1-7，15.

[6]邵奇峰，金澈清，張召，等.區(qū)塊鏈技術(shù)：架構(gòu)及進(jìn)展[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2018，41（5）：969-988.

[7]陳偉利，鄭子彬.區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)分析：現(xiàn)狀、趨勢(shì)與挑戰(zhàn)[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2018，55（9）：1853-1870.

[8]Wang R，Lin Z，Luo H.Blockchain，bank credit andSME financing[J].Quality & Quantity：International Journal of Methodology，2019（10）：53-67.