劉 凱，盧 鑫，吳 箭，廖世勇

(1.云南省煙草公司，云南 昆明 650000；2.文山州煙草公司硯山縣煙草專賣局(分公司)，云南 昆明 650000；3.云南煙葉復(fù)烤有限責(zé)任公司，云南 昆明 650000)

隨著物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、GIS等信源端信息采集智能化自動(dòng)化程度迅速提高，需要人工錄入的信息錄入方式已經(jīng)逐漸被取代.相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用都提升了煙葉生產(chǎn)收購(gòu)過(guò)程的精細(xì)化程度，為溯源提供了必要的信息采集存證.雖然當(dāng)前已經(jīng)有部分實(shí)現(xiàn)了煙葉供應(yīng)鏈采集、存儲(chǔ)端的數(shù)字化過(guò)程數(shù)據(jù)管理，但是仍然以中心化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式基礎(chǔ)的信息處理模式限制了這些應(yīng)用性能的進(jìn)一步提高.例如，目前已有的溯源模式包括條形碼、RFID射頻識(shí)別技術(shù)、掃描二維碼等，但是它們很多均是采用中心化數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)過(guò)程采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一進(jìn)行管理.這種模式下，數(shù)據(jù)庫(kù)的管理和訪問(wèn)權(quán)限成為了限制質(zhì)量溯源應(yīng)用的關(guān)鍵.

因此，當(dāng)前煙草行業(yè)迫切需要一種工具能在當(dāng)前法律和行政管轄框架下，整合供應(yīng)鏈全口徑生產(chǎn)交易要素打通供應(yīng)鏈在數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析上的條塊分割和壁壘，以實(shí)現(xiàn)煙葉供應(yīng)鏈內(nèi)部信息的有序透明交互，促進(jìn)供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)決策的互聯(lián)暢通.以充分挖掘供應(yīng)鏈的信息化智能化增益，執(zhí)行關(guān)鍵工業(yè)過(guò)程流程的數(shù)據(jù)監(jiān)控及產(chǎn)品防偽質(zhì)量溯源等與供應(yīng)鏈運(yùn)行業(yè)務(wù)相關(guān)的復(fù)雜數(shù)據(jù)產(chǎn)品[1-4].

本文將引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建信息分布式存儲(chǔ)架構(gòu)，進(jìn)行煙草產(chǎn)品制作流程全程溯源模型進(jìn)行研究.通過(guò)結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)，建立具有去中心化、交互通暢、不可篡改的煙草安全溯源體系.利用區(qū)塊鏈在各方缺乏互信的前提下不借助中心權(quán)威服務(wù)端依然能夠完全信息交互的特性，可進(jìn)一步提高煙草供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)間的信息協(xié)作透明度，為開展數(shù)字煙葉溯源防偽的工作奠定基礎(chǔ).利用區(qū)塊鏈技術(shù)分布式存儲(chǔ)的特點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上保存有完整的信息，它可以保證在信息安全透明的同時(shí)，更快的進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享，降低信息共享成本和負(fù)擔(dān).任何人都可以在公開的接口查詢區(qū)塊的數(shù)據(jù)，在整個(gè)系統(tǒng)中分享和交換數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)各方的高度開放性和透明性[6].利用區(qū)塊鏈智能合約不受第三方干擾自動(dòng)化強(qiáng)制執(zhí)行預(yù)先定義好的規(guī)則和條款，執(zhí)行可追蹤、不可逆轉(zhuǎn)、結(jié)果客觀的特點(diǎn)，提高各參與方主體的協(xié)同效率以及降低合約履行過(guò)程中的差錯(cuò)率.

1 區(qū)塊鏈核心技術(shù)

1.1 區(qū)塊鏈基本概述

區(qū)塊鏈技術(shù)是基于去中心化的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，用開源軟件把密碼學(xué)原理、時(shí)序數(shù)據(jù)和共識(shí)機(jī)制相結(jié)合，來(lái)保障分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中各節(jié)點(diǎn)的連貫和持續(xù)，使信息能即時(shí)驗(yàn)證、可追溯，但難以篡改和無(wú)法屏蔽，從而創(chuàng)造了一套隱私、高效、安全的共享價(jià)值體系.區(qū)塊鏈技術(shù)基于很多個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)的分布式存儲(chǔ)技術(shù)，并把由所有參與方共同參與創(chuàng)建和維護(hù)的數(shù)據(jù)按一定的時(shí)間順序和密碼學(xué)加密算法存儲(chǔ)，這就使得區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、不可篡改的特點(diǎn).

1.2 區(qū)塊鏈的分類

區(qū)塊鏈分為公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈.它們分類的依據(jù)是按照準(zhǔn)入機(jī)制不同而劃分的[7].

公有鏈?zhǔn)峭耆_放的區(qū)塊鏈，任何人都有權(quán)限往區(qū)塊鏈賬本中讀寫數(shù)據(jù)，任何人都可以參與系統(tǒng)維護(hù)，加入公有鏈不需要授權(quán)，退出和加入都是自由的.因?yàn)樗臏?zhǔn)入門檻低，所以公有鏈需要一套共識(shí)機(jī)制來(lái)篩選記賬節(jié)點(diǎn).所有的節(jié)點(diǎn)都是公平競(jìng)爭(zhēng).

公有鏈不同的是私有鏈，它大多歸屬于私人或者個(gè)別機(jī)構(gòu).私有鏈寫入權(quán)限僅面對(duì)某個(gè)組織或者個(gè)人，讀取權(quán)限可以對(duì)外開放或者進(jìn)行任意程度的限制.私有鏈因?yàn)楣?jié)點(diǎn)比較少，而且都是內(nèi)部節(jié)點(diǎn)所以記賬環(huán)境是可信的.

聯(lián)盟鏈?zhǔn)侵付鄠€(gè)機(jī)構(gòu)共同參與維護(hù)的區(qū)塊鏈，交易的合法性需要部分或者所有參與機(jī)構(gòu)確認(rèn)通過(guò)才能寫入?yún)^(qū)塊鏈.公有鏈、私有鏈、聯(lián)盟鏈的比較如表1所示:

表1 區(qū)塊鏈分類與比較Table 1 Classification and comparison of blockchain

1.3 哈希算法

哈希算法可以通過(guò)哈希函數(shù)把任意長(zhǎng)度的二進(jìn)制數(shù)據(jù)映射為較短的固定長(zhǎng)度的二進(jìn)制值，這個(gè)二進(jìn)制值稱為哈希值.哈希算法的映射是不可逆的、單向的.一般來(lái)說(shuō)，只能通過(guò)原始數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算出哈希值，不能通過(guò)哈希值反推出原始數(shù)據(jù).并且，如果更改一下原始數(shù)據(jù)，那么哈希值也會(huì)跟著改變，通常是不可能由不同的原始數(shù)據(jù)而計(jì)算出一致的哈希值.當(dāng)然，還是存在不同的原始數(shù)據(jù)計(jì)算得出了相同哈希值的情況，這種情況被稱作哈希碰撞[8].一個(gè)好的哈希算法是極難通過(guò)哈希值反推出原始數(shù)據(jù)的，而且其哈希碰撞發(fā)生的概率也很低.區(qū)塊鏈利用哈希算法將存儲(chǔ)在區(qū)塊體中的數(shù)據(jù)映射為哈希值，并將哈希值存儲(chǔ)在區(qū)塊頭中，區(qū)塊頭和區(qū)塊體就組成了一個(gè)區(qū)塊.同時(shí)每個(gè)區(qū)塊也會(huì)存儲(chǔ)前一個(gè)區(qū)塊的哈希值，于是每個(gè)區(qū)塊就由前一區(qū)塊的哈希值串聯(lián)起來(lái)，形成了區(qū)塊鏈.這種鏈狀的形式也使得每個(gè)區(qū)塊中的數(shù)據(jù)一旦上傳就被永久的存儲(chǔ)起來(lái)了，而不能被篡改，即區(qū)塊鏈具有不能被篡改的特性.

1.4 智能合約

智能合約是區(qū)塊鏈中一段自動(dòng)執(zhí)行的腳本，這個(gè)腳本規(guī)定了一些操作，當(dāng)條件被觸發(fā)時(shí)，智能合約就執(zhí)行相應(yīng)的操作.由于區(qū)塊鏈具有不可篡改的特性，使得智能合約存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈中也不能被篡改，只要條件被觸發(fā)就自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的操作.

2 傳統(tǒng)煙葉供應(yīng)鏈的信息化缺陷

煙草供應(yīng)鏈主要由四個(gè)部門組成:供應(yīng)商、煙草工業(yè)公司、煙草商業(yè)公司、客戶.而傳統(tǒng)煙葉供應(yīng)鏈存在中心化、信息不透明、信息存儲(chǔ)不一致等問(wèn)題.根據(jù)《煙草專賣法》相關(guān)條款，煙草商業(yè)公司全權(quán)負(fù)責(zé)卷煙的銷售，煙草工業(yè)公司負(fù)責(zé)卷煙的生產(chǎn)，煙草商業(yè)公司負(fù)責(zé)卷煙的流通渠道，任何組織與個(gè)人不得在沒(méi)有取得相應(yīng)經(jīng)營(yíng)權(quán)的前提下進(jìn)行卷煙的流通與銷售[9].傳統(tǒng)煙草供應(yīng)鏈，如圖1所示，以煙草商業(yè)公司為中心，供應(yīng)商、煙草工業(yè)公司、客戶三個(gè)部門之間負(fù)責(zé)相應(yīng)的部分，互相之間的信息不共享，信息主要由煙草商業(yè)公司掌握；并且由于地域差異，各地區(qū)都有自己的相關(guān)系統(tǒng)并依照各自的地區(qū)制定煙草需求，數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，信息量也非常大，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)缺乏一致性.

圖1 傳統(tǒng)煙葉供應(yīng)鏈Fig.1 Traditional tobacco supply chain

相較而言，基于區(qū)塊鏈的煙葉供應(yīng)鏈，通過(guò)安全透明的區(qū)塊鏈分布式賬本系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)煙葉供應(yīng)鏈中心化、信息存儲(chǔ)不統(tǒng)一等問(wèn)題[10].如圖2所示，基于區(qū)塊鏈的煙葉供應(yīng)鏈的四個(gè)部門都被納入到同一個(gè)區(qū)塊鏈平臺(tái)中，四個(gè)部門之間的信息通過(guò)“鏈上＋鏈下”的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，只將部分信息上傳至區(qū)塊鏈，保證區(qū)塊鏈上信息的格式統(tǒng)一，安全、透明、可追溯.

圖2 基于區(qū)塊鏈的煙葉供應(yīng)鏈Fig.2 Tobacco supply chain based on block chain

3 基于區(qū)塊鏈的煙葉溯源系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)

3.1 基于區(qū)塊鏈的煙葉溯源系統(tǒng)總體層次圖

根據(jù)不同功能，將基于區(qū)塊鏈的煙葉溯源系統(tǒng)的總體層次分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)處和應(yīng)用層三個(gè)部分(如圖3所示).

圖3 基于區(qū)塊鏈的煙葉溯源系統(tǒng)總體層次圖Fig.3 Overall hierarchy diagram of tobacco traceability system based on block chain

數(shù)據(jù)層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，通過(guò)傳感器、手機(jī)、服務(wù)器等設(shè)備分別采集供應(yīng)商、煙草工業(yè)公司、煙草商業(yè)公司、客戶的數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)上鏈.

應(yīng)用層直接面向供應(yīng)商、煙草工業(yè)公司、煙草商業(yè)公司、客戶四個(gè)部門，作為與區(qū)塊鏈交互的接口，為每個(gè)部門提供上傳數(shù)據(jù)和讀取數(shù)據(jù)的服務(wù).

服務(wù)層為數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層提供服務(wù).具體地，對(duì)于數(shù)據(jù)層，數(shù)據(jù)上鏈時(shí)發(fā)起交易后觸發(fā)鏈碼服務(wù)，數(shù)據(jù)上鏈后保證的數(shù)據(jù)同步；對(duì)于應(yīng)用層，每個(gè)部門進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)都需通過(guò)權(quán)限管理服務(wù)，并且每個(gè)部門都要達(dá)成共識(shí)后，數(shù)據(jù)才上鏈.

3.2 基于Fabric的煙葉溯源系統(tǒng)模型的業(yè)務(wù)場(chǎng)景圖

根據(jù)上面系統(tǒng)總體層次圖的劃分，選用Fabric作為技術(shù)支撐，構(gòu)建溯源系統(tǒng).Fabric作為一個(gè)典型的區(qū)塊鏈技術(shù)平臺(tái)，不僅保留了區(qū)塊鏈去中心化、不可篡改、共同維護(hù)和可編程的智能合約這四個(gè)特性，還包括權(quán)限系統(tǒng)等適用企業(yè)的特性，為溯源系統(tǒng)提供了得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì).

Fabric是由多個(gè)模塊組成的，其中orderer模塊和peer模塊是Fabric系統(tǒng)中最核心的兩個(gè)模塊[11].orderer模塊負(fù)責(zé)對(duì)交易進(jìn)行排序和打包.Peer模塊中運(yùn)行著很多主節(jié)點(diǎn)，主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)、運(yùn)行維護(hù)鏈碼、提供對(duì)外服務(wù)接口等.模塊中主要有四個(gè)角色:提交節(jié)點(diǎn)(Committer Peer)、背書節(jié)點(diǎn)(Endorse Peer)、Leader節(jié)點(diǎn)(Leader Peer)和錨節(jié)點(diǎn)(Anchor Peer)，這四個(gè)角色通常是由四個(gè)Peer服務(wù)器節(jié)點(diǎn)組成.提交節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)維護(hù)區(qū)塊鏈的賬本結(jié)構(gòu)，定期從orderer節(jié)點(diǎn)獲取打包好的區(qū)塊，校驗(yàn)這些區(qū)塊的合法性后將其加入到區(qū)塊鏈上.背書節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)校驗(yàn)交易，在收到交易請(qǐng)求后對(duì)其合法性進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)成功后將結(jié)果反饋給交易發(fā)送者.Leader節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)獲取區(qū)塊信息.錨節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)信息的交換.

組織作為Fabric中承擔(dān)數(shù)據(jù)信用責(zé)任的區(qū)塊鏈系統(tǒng)參與方，負(fù)責(zé)制定組織之間的管理方式.本文的溯源系統(tǒng)將供應(yīng)商、煙草工業(yè)公司、煙草商業(yè)公司、客戶作為四個(gè)組織，他們之間的協(xié)作方式如圖4所示.

圖4 煙葉溯源業(yè)務(wù)場(chǎng)景圖Fig.4 Tobacco leaf tracing business scene diagram

供應(yīng)商為煙草工業(yè)公司種植煙葉，供應(yīng)商收采煙葉后，在區(qū)塊鏈上發(fā)起種植數(shù)據(jù)上鏈的交易請(qǐng)求，此時(shí)供應(yīng)商組織中的背書節(jié)點(diǎn)(Endorse Peer)對(duì)這筆交易進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)成功后發(fā)送交易給orderer節(jié)點(diǎn)以及反饋結(jié)果給供應(yīng)商，供應(yīng)商就將此筆交易記錄至本地賬本中.orderer節(jié)點(diǎn)檢查交易，符合條件后將交易發(fā)送到排序隊(duì)列，然后把交易打包進(jìn)區(qū)塊中.接著，另外三個(gè)組織中的Leader節(jié)點(diǎn)從orderer節(jié)點(diǎn)中獲取區(qū)塊信息，獲取到種植數(shù)據(jù)上鏈的交易并驗(yàn)證其合法性后，就把這邊交易也記錄在本地賬本中.同時(shí)，四個(gè)組織的錨節(jié)點(diǎn)之間互相交換信息，保證信息同步.此時(shí)這條交易被記錄在四個(gè)組織的本地賬本中，四個(gè)組織達(dá)成共識(shí)，于是各組織中的提交節(jié)點(diǎn)(Committer Peer)從orderer節(jié)點(diǎn)中獲取區(qū)塊，驗(yàn)證區(qū)塊的合法性后便將區(qū)塊加入到區(qū)塊鏈上.同理，煙草工業(yè)公司為煙草商業(yè)公司加工煙葉，煙草商業(yè)公司向客戶銷售煙葉都需要所有的組織達(dá)成共識(shí)、共同認(rèn)證了才可上鏈.而一旦交易上鏈便不可再刪改，消費(fèi)者就可通過(guò)相應(yīng)的手段查詢到真實(shí)可靠的溯源信息.

3.3 區(qū)塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

去區(qū)塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為區(qū)塊頭和區(qū)塊體，區(qū)塊頭主要封裝了當(dāng)前區(qū)塊鏈版本號(hào)、前一區(qū)塊的哈希值、時(shí)間戳、Merkle根等信息，區(qū)塊體包含有當(dāng)前區(qū)塊的交易數(shù)量以及包含當(dāng)前區(qū)塊經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的、創(chuàng)建區(qū)塊過(guò)程中所有的交易記錄.每一條交易記錄由三部分組成，分別是煙草ID、煙草源數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的交易哈希值以及操作單位.本系統(tǒng)采用的區(qū)塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖5.

圖5 區(qū)塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Fig.5 The data structure of the block

3.4 系統(tǒng)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

3.4.1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)與區(qū)塊鏈差別

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)通信成本高，其他人如果距離數(shù)據(jù)庫(kù)較遠(yuǎn)，那么通信的速度就會(huì)慢一些.容量的可擴(kuò)展性也很差，如果數(shù)據(jù)太多，對(duì)于設(shè)備存儲(chǔ)性能就會(huì)要求比較高，設(shè)備升級(jí)也會(huì)帶來(lái)很大的困難.如果大量用戶同時(shí)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，中心服務(wù)器的壓力也會(huì)陡增，就相當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)熱點(diǎn)事件，服務(wù)器會(huì)因?yàn)楦卟l(fā)訪問(wèn)而崩潰.區(qū)塊鏈作為一種分布式賬本，相比于分布式數(shù)據(jù)庫(kù)常常分片存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)存儲(chǔ)完整的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù).在數(shù)據(jù)查詢方面，區(qū)塊鏈任何單節(jié)點(diǎn)可以獨(dú)立完成查詢，分布式數(shù)據(jù)庫(kù)需要全節(jié)點(diǎn)共同配合完成.在事務(wù)更新方面，分布式單節(jié)點(diǎn)可以獨(dú)立管理數(shù)據(jù)可以修改和刪除，區(qū)塊鏈?zhǔn)峭ㄟ^(guò)共識(shí)完成，單節(jié)點(diǎn)無(wú)法自己更新，否則會(huì)被認(rèn)為是惡意節(jié)點(diǎn).

3.4.2 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式

傳統(tǒng)信息系統(tǒng)和區(qū)塊鏈都有一定的局限性，作為大規(guī)模應(yīng)用，數(shù)據(jù)在大規(guī)模節(jié)點(diǎn)或者是大數(shù)據(jù)量的情景下，區(qū)塊鏈存儲(chǔ)性能會(huì)急劇下降，導(dǎo)致系統(tǒng)不可用，為保證系統(tǒng)的高可用性，本系統(tǒng)模型采取鏈上、鏈下相結(jié)合的存儲(chǔ)方案，鏈上鏈下數(shù)據(jù)協(xié)同可以確保數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性和一致性.本系統(tǒng)把源數(shù)據(jù)中的多媒體數(shù)據(jù)如圖像數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)等采集到終端再異步上傳到分布式文件數(shù)據(jù)庫(kù)或者其他類型數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行存儲(chǔ)，以此來(lái)擴(kuò)展區(qū)塊鏈鏈上的計(jì)算和存儲(chǔ)性能，這樣來(lái)減輕區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)壓力.對(duì)于煙草參與方來(lái)說(shuō)，某些敏感數(shù)據(jù) 如果放在鏈上意味著各參與方都可見，但是并非各組織部門都愿意將自己的數(shù)據(jù)公開透明化，那么可以采取將數(shù)據(jù)加密做一些脫敏處理再上鏈，這提高了數(shù)據(jù)的隱私保護(hù)性.采用鏈上鏈下存儲(chǔ)不僅可以擴(kuò)展計(jì)算存儲(chǔ)能力，也可以解決隱私保護(hù)、防篡改的等問(wèn)題.煙草區(qū)塊鏈溯源系統(tǒng)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖6所示.

圖6 煙草區(qū)塊鏈溯源系統(tǒng)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)Fig.6 Storage structure of tobacco blockchain traceability system

具體來(lái)說(shuō)，供應(yīng)商、煙草加工公司、煙草商業(yè)公司、客戶均有自己的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，它們分別將自己?jiǎn)挝粚?duì)煙草的操作記錄數(shù)據(jù)保存在自己的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，然后再對(duì)這些數(shù)據(jù)取哈希值，最終將哈希值放到區(qū)塊鏈上，這里采取SHA-256安全散列算法，該算法抗碰撞性很高、也能抵御現(xiàn)有的差分攻擊、生日攻擊等[9].相比于現(xiàn)在廣泛使用的MD5和SHA-1等更具安全性.消費(fèi)者溯源時(shí)掃描產(chǎn)品二維碼得到產(chǎn)品唯一序列號(hào)，再根據(jù)序列號(hào)去鏈下各本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)查找該產(chǎn)品所對(duì)應(yīng)的哈希值和區(qū)塊號(hào).根據(jù)區(qū)塊號(hào)去鏈上查找交易哈希值，如果二者數(shù)值一致則分別從各本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)讀取溯源源數(shù)據(jù).

3.5 智能合約

利用區(qū)塊鏈的可編程特性，我們?cè)O(shè)計(jì)了智能合約模塊.hyperleger fabric中智能合約常被稱為鏈碼，智能合約主體包括了合約內(nèi)容和合約參數(shù)兩個(gè)部分.合約內(nèi)容需要煙草項(xiàng)目各參與方提前約定好協(xié)議內(nèi)容，在各個(gè)參與方達(dá)成共識(shí)形成一定的條例以及規(guī)范的之后，本系統(tǒng)把這些條例以及規(guī)范寫成一段計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)識(shí)別并且執(zhí)行的代碼.在這個(gè)過(guò)程中各方還需要將鏈碼的名稱達(dá)成共識(shí).合約中封裝了觸發(fā)合約執(zhí)行的條件，當(dāng)外部輸入觸發(fā)到某一條件時(shí)，該合約就會(huì)有對(duì)應(yīng)的響應(yīng)，這個(gè)響應(yīng)包括合約中數(shù)值的更新[12].可能涉及區(qū)塊鏈賬本中交易記錄更新.智能合約是本系統(tǒng)正常運(yùn)作的基礎(chǔ)，所有的操作都需要有特定的智能合約進(jìn)行執(zhí)行、驗(yàn)證.比如本系統(tǒng)中權(quán)限管理模塊，會(huì)有相應(yīng)的權(quán)限管理智能合約，當(dāng)有組織用戶想要加入這個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，合約會(huì)驗(yàn)證用戶的合法性.在fabric網(wǎng)絡(luò)中，鏈碼主要分為系統(tǒng)鏈碼和用戶鏈碼.用戶鏈碼的生命周期是基于區(qū)塊鏈分布式賬本的狀態(tài)和處理邏輯，通過(guò)fabric提供的接口與賬本平臺(tái)進(jìn)行交互.它主要是負(fù)責(zé)fabric自身的處理邏輯包括一些系統(tǒng)配置、背書、校驗(yàn)等工作.在peer節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)時(shí)會(huì)自動(dòng)完成注冊(cè)和部署.以供應(yīng)商節(jié)點(diǎn)為例，當(dāng)需要存證時(shí)，將煙草原料信息和輔料信息上傳上鏈時(shí)，會(huì)向鏈上發(fā)送一筆交易，系統(tǒng)鏈碼會(huì)解析交易的結(jié)構(gòu)格式，檢查該筆交易是否參與背書、如果有合法的背書信息則返回正確信息.在收到一定數(shù)量節(jié)點(diǎn)的正確信息之后表示這筆交易被大部分節(jié)點(diǎn)所認(rèn)可，該筆交易可以上鏈存儲(chǔ).

智能合約實(shí)現(xiàn)了與物理世界的交互，通常合約內(nèi)容是機(jī)動(dòng)的、需要人為商定的、需要開發(fā)人員編寫在特定場(chǎng)景下使用的鏈碼為用戶鏈碼，鏈碼的部署也是作為一筆特殊的交易寫入?yún)^(qū)塊鏈的，所以一旦寫入就無(wú)法更改.本系統(tǒng)中用戶鏈碼承擔(dān)了現(xiàn)實(shí)生活中煙草溯源所有場(chǎng)景.將各參與方協(xié)商的內(nèi)容用鏈碼形式呈現(xiàn)可以保證項(xiàng)目各方在不引入第三方前提下，自動(dòng)強(qiáng)制執(zhí)行，避免了人為因素的干擾，合約各相關(guān)方不存在違約的情況.本系統(tǒng)中智能合約的生命周期及模型如圖7所示:

圖7 合約生命周期及模型Fig.7 Contract life cycle and model

4 系統(tǒng)溯源流程

基于區(qū)塊鏈的煙葉溯源系統(tǒng)溯源流程圖如圖8所示，展示了系統(tǒng)是如何進(jìn)行溯源以及如何保證溯源信息的真實(shí)性.對(duì)于消費(fèi)者而言，整個(gè)數(shù)字化信息溯源過(guò)程高效率地實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)交互、不可篡改及全程透明等特性，從而有力地保證了煙葉產(chǎn)品的信息真實(shí)性，支撐起品牌的信譽(yù)度和消費(fèi)者的消費(fèi)信心.

圖8 溯源流程Fig.8 Traceability process

消費(fèi)者購(gòu)買香煙后，可以通過(guò)掃描香煙包裝上的溯源二維碼、關(guān)注煙草公司公眾號(hào)輸入溯源碼和在官方網(wǎng)站輸入溯源碼三種方式分別查詢供應(yīng)商、煙草工業(yè)公司、煙草商業(yè)公司以及分銷商的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)并記錄它們的溯源信息和區(qū)塊號(hào)信息.對(duì)于區(qū)塊號(hào)信息，根據(jù)區(qū)塊號(hào)到區(qū)塊鏈中查詢?cè)撍菰葱畔?duì)應(yīng)的哈希值，記作S2；另一邊，對(duì)于溯源信息，通過(guò)數(shù)據(jù)上鏈時(shí)使用的哈希算法SHA-256來(lái)計(jì)算查詢到的溯源信息，得到一串哈希值，記作S1.最后，對(duì)比這兩個(gè)哈希值S1和S2是否全部一致，若是，則說(shuō)明在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中查詢到的數(shù)據(jù)就是寫入?yún)^(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)，在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中查詢到的溯源信息未被篡改；反之，則說(shuō)明本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)與區(qū)塊鏈上的不一致，在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中查詢到的溯源信息是被篡改過(guò)的.這樣就保證了溯源信息的真實(shí)性.

5 總結(jié)

本文對(duì)基于區(qū)塊鏈的數(shù)字煙葉溯源系統(tǒng)的模型進(jìn)行了研究，對(duì)區(qū)塊鏈平臺(tái)進(jìn)行了篩選，最終采用Hyperledger Fabric聯(lián)盟鏈的框架.哈希散列函數(shù)采用SHA-256加密算法實(shí)現(xiàn)隱私保護(hù).數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用“鏈上＋鏈下”相結(jié)合的方式來(lái)提高了區(qū)塊鏈的計(jì)算性和可擴(kuò)展性.通過(guò)與智能合約的交互實(shí)現(xiàn)各主體之間能夠達(dá)成共識(shí)、不受第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)限制、為煙草從生產(chǎn)到加工再到運(yùn)輸再到消費(fèi)者的全流程可追溯提供支撐.本文提出的模型可以基本滿足目前在煙草溯源中信息不透明、數(shù)據(jù)分散、消費(fèi)者與企業(yè)、企業(yè)與企業(yè)之間不信任等的問(wèn)題，從技術(shù)上保證了溯源的可行性.