基于区块链技术的电子产品溯源方案设计

孙惠芳 郭艳平 伍敏君

（1.中山火炬职业技术学院包装学院 广东省中山市 528437 2.中山火炬职业技术学院光电信息学院 广东省中山市 528437）

1 引言

商品追溯系统起源于20世纪80年代，用于追溯携带疾病的牛肉，随后，欧美、日本等国家制定了制定相关法律法规、成立了相关监控机构，国内追溯系统研究起步较晚，2004年中国农业部通过“进京蔬菜产品质量溯源制度试点项目”建立了第一个食品追溯系统的试验点[1]，2015年12月国务院办公厅发布《关于加快推进重要产品追溯体系建设的意见》，各级相关行政部门响应追溯体系的建设，相关标准和政策体系逐步形成，企业联合相关行政主管部门构筑质量追溯体系，社会公众对于这种追溯式产品的接受程度及其认可水平与接纳度逐渐增强，商品追溯系统得到大大的发展。区块链技术是一种分布式的账本技术，将其运用于商品溯源可以使其由传统的集中式向分布式发展，保障追溯系统的公开、透明、安全、可靠。

2 区块链技术与区块链溯源

2.1 区块链技术

区块链技术被认为是最具潜力触发第五轮颠覆性革命浪潮的核心技术[2]，是一种通过分布式数据库、加密算法、共识机制、智能合约等组成的分布式账本技术[3]。基于区块链公开透明、去中心化、数据不可篡改等特点，受到越来越多的关注，也从概念逐渐实体化，从最开始的金融货币应用发展到各个领域应用。

加密算法：加密算法是区块链的基石。区块链中采用了哈希算法和非对称加密技术来保障区块链技术的不可逆性和安全性[4]。哈希算法又称为安全散列算法，被广泛应用于包括区块链技术在内的各种需要加密的技术中；是将任意长度数据通过一定的规则映射成固定长度的哈希字符串的算法，比较常见的有SHA-1、SHA-2 和SHA-3 系列、MD5 等[4]。非对称加密算法由椭圆曲线算法生成一对公私钥对，公钥对外公开，私钥保密且无法通过公钥推算得出，只有对应的私钥才能解开公钥加密的数据，反过来，如果使用私钥对数据加密，用公钥解密的话，可以实现数字签名。利用公钥-私钥对、数字签名等非对称加密技术来实现区块链安全性。在实际应用中，为了提高区块链的效率，往往结合数字信封技术，用对称加密算法对明文数据加密，用非对称加密算法对对称密钥进行加密[5]。

共识机制：共识机制是区块链的核心机制，区块链的共识机制采用主流的工作证明机制（POW）、权益证明机制(POS)、委托权益证明(DPOS)、实用拜占庭容错机制(PBFT)等来满足各个平台自身的共识系统。共识机制用于解决分布式系统的共识性问题，最早出现在1975年[6]，而区块链共识机制最早是中本聪在比特币中提出的工作证明机制，是比特币系统去中心化共识算法的核心[7]。工作量证明机制瞄准的是算力，权益证明机制是工作量证明机制的改进机制，相对工作量证明机制加入了节点权益，这种共识机制在一定程度上解决了工作证明机制能耗大的问题，提高了应用平台的效率，但是没有从根本上解决工作证明机制的可监管性和性能较低等问题[5]。委托权益证明相当于现实生活中的选举机制，节点参与者投票，得票高的就拥有验证、记账权或者成为区块生产者，从而免去了挖矿所带来的能耗及效率问题，充分适应区块链应用的性能要求。实用拜占庭容错机制与区块链的共识机制相近而被推广，它最多容忍少于网络中总节点的33%恶意错误节点，容错性高且算法简单，使得拜占庭容错算法在实际系统应用中可靠运行[8]。

智能合约：智能合约实际上是一种计算机协议[9]，它可以使得区块链应用平台能够根据拟定的合约规则，自动且毫无条件地执行，从而替换了在传统的商业行为中用于人工运算和操作来进行履约的不确定性，大大提升了信息节点的交互和流通。智能合约有一定自主判断能力和自主执行能力，因为以编程语言为载体，无须依赖第三方或中心化机构，无法人为干预，所以具备很高的效率与准确且强有力的执行能力。随着区块链技术不断发展，智能合约的执行环境能够方便建立应用平台可信体系，所以目前市场上区块链系统几乎都能够支持智能合约技术。

2.2 区块链溯源

随着物质生活水平的不断提高，电子产品更新迭代越来越频繁，从而涌现出很多电子代工企业、小作坊等，使得电子使用安全受到了一定的威胁，例如三星手机的电池爆炸事故，通常情况下就是企业推诿的说是消费者使用不当造成的事故问题，让消费者哑巴吃黄连，有苦说不清。所以现代人们对于安全的重视程度，已经不再仅仅是物品的供给，而是更加关注电子产品使用是否安全，能够让人放心。由于传统的模式由生产到流通，电子产品安全溯源问题非常困难被把握，生产者与消费者之间的信赖机制也一直未能得到完善。从事电子产品生产的主要原料、零件、生产加工组装、供应，以及在物流中的各个环节，都会涉及许许多多的供应链条、经销商、软硬件公司等等。根本无法使电子产品的溯源得到充分的维护和保障。为了解决这一个世界性难题，通过区块链自身的信息去中心化、不可逆地篡改、可追溯、开放性等功能，使得电子产品从原材料生产、运输和物流销售的一系列过程都有据可查。相较于其他传统的溯源手段，区块链溯源具备的优点，大致可以总结成以下三个基本方面：

（1）多方主体信任背书：利用区块链的去中心化、不可逆、可追溯等特性作为产品的信任背书，吸引更多的供应链参与方，共同补充和维护商品数据，提高系统可信度。

（2）溯源有效追责：区块链采用分布式帐本技术，以保证数据记录不可篡改，使得商品信息和交易信息的透明、真实并且可追溯。消费者可以查看商品信息，杜绝虚假伪劣的问题。企业可以有效、快捷的追溯电子产品问题发生的原因和来源，快速地召回所有存在问题的产品，来达到减少财务上的损失目的。

（3）打破各方信息孤岛：供应链参与方共同维护自己数据源，这些数据被打包存放一个个区块中后，可以实现信息公开。各方可通过系统查询流程信息，确保各参与者及时发现其运营环节的存在问题，有助于提高整个供应链管理效率[10]。

3 电子产品溯源流程分析

电子产品的供应链环节主要有：生产、流水线加工、运输、销售等；从溯源的角度，电子产品的溯源流程主要有：材料供应、质量检测、包装、物流运输仓储、销售等，各溯源流程涉及的溯源信息具体如下：

原材料、零件供应：对原材料、零件的采购需要对应厂家出具合格证书、质检报告等，并录入相应的信息。

质量检测：有关机构对原材料、零件、成品、半成品的检测是否满足使用要求、有害物质等各项指标是否在规定范围内。

包装：将检测合格电子成品的进行包装，里面附带使用说明书、保修卡、配件等。包装上采用二维码或RFID 的形式，实现与溯源系统的连接，让消费者方便快捷查询。

物流运输仓储：第三方物流企业运输管理与配送服务，确保电子产品在运输过程的质量的稳定性，实时跟踪物流运输过程的天气气候变化对电子产品是否有不良影响的监测。

销售：销售人员对电子产品溯源信息应有所了解，对想了解的溯源问题消费者亲自操作示范，演示如何获得产品用于产品追踪、保质期管理、质量管理、售后服务等，从而提升消费者对产品的信赖。

溯源的流程通常为用二维码、条形码或RFID 进行信息录入，赋予每个材料或产品专有数字身份信息，建立电子产品溯源信息数据库。在各环节中采集录入溯源信息，消费者利用二维码、条形码或RFID 验证或查询溯源信息。

4 区块链溯源方案设计

根据上述流程分析，电子产品的溯源需要在上述供应链环节进行数据采集，再将采集的数据上传到区块链数据库中，经过一系列加密算法处理形成各个区块节点信息，再通过共识机制、智能合约形成验证数据、认证节点。

在底层技术平台的选择上，目前主流的平台有：比特币（Bitcoin）、以太坊（Ethereum）、超级账本（Hyperledger）、EOS、IPFS 等。以太坊（Ethereum）是一种以比特币为基础底层技术平台，增加了账户、智能合约、虚拟机等概念。EOS 是一个商用分布式应用设计的区块链底层公链操作系统，具有无手续费和高性能的优点，但技术尚未成熟。超级账本（Hyperledger）通过跨站点，可复制、共享和同步数据的分布式账本技术来建立行业应用程序系统，可以实现跨企业协作，适用于供应链追溯。本系统采用超级账本搭建区块链系统，系统架构见图1。

图1：区块链溯源系统架构图

供应链各参与方依据电子产品溯源技术要求，制定对溯源系统的组织、实施、监控以及信息的采集、上报、核实及发布的工作的部署。

（1）通过MSP 为供应商、生产商、物流公司 、销售公司、监督管理部门提供成员注册、身份验证等服务获得各自的CA 认证，分配好公钥-私钥对或者数字签字，设置好各参与方的权限内容。

（2）供应的零件、原材料或者成品、半成品等通过二维码、条形码或RFID 等形式进行信息录入形成一个可识读的“标签”，赋予每个材料或产品专有数字身份信息，并将它们有序的串联起来，建立电子产品溯源信息数据库。

（3）供应商给生产厂家提供零件、原材料等，同时上传采集好的信息资料，包括对应厂家出具合格证书、质检报告等信息资料。

（4）生产加工商对供应商提供的零件、原材料进行核对检查、测试，确认无误后在区块链系统的智能合约中对供应商的背书节点进行数字签名、验证，达成共识储存到系统中。

（5）生产加工组装每个环节都需要相应的检测人员、各部门负责人员数字签字确认后才能进行下一道工序的组装、加工等。电子产品完成组装后进行最后调试、全面检测，对不合格的产品打回重新排查问题，同时也要上传到区块链系统形成相应节点全程监控，避免滥竽充数流入到市场。

（6）物流运输需对电子产品一一数量的清点、产品的溯源编号录入数据库，清点完毕后，运输人员在物流仓储数据库进行数字签字验证。录入目的地、途径地的等气候天气信息，并对电子产品进行相应的保护措施，同时通知仓储商具体的时间节点送达，并做好相应的准备，物流公司成熟的GPS 定位系统的数据也实时更新上传到物流运输数据库中，参与方能实时查询到货件的运输情况。仓储商收到产品后，进行清点确认无误后，在物流仓储数据库录入相应仓储信息并数字签名验证。

（7）零售商首先要对以上流程进行查看核对，再对比逐一签收相应的电子产品，对有疑问的产品拒绝签收，对签收的录入相应的信息到零售商数据库。

（8）监管部门通常实行的是企业自行承诺制协议，各参与企业都必须签订承诺协议，在区块链系统中设定相应的智能合约、共识机制，一旦上传的数据被篡改或不符合监督管理协议规定，将会向监管部门发出相应信号。监管部门受到消费者、参与方或其他人员投诉、举报时，执法人员会通过监查私钥进入系统查询追溯相应事件的全过程，找出问题所在，精准执法，为受害者讨回公道。

（9）区块链系统为整个溯源提供成员服务、处理各参与方的智能合约、共识机制管理、加密解密相应数据，储存、查询、更新各参与方的分布式信息，形成一个去中心化、不可篡改、可追溯、跨企业、信息共享的区块链溯源系统。

（10）溯源信息平台应用查询，各参与方可通过私钥进行相关信息的查询，监管部门也可以通过特殊私钥对整个生产系统、溯源系统进行监查管理工作，消费者通过相应APP、小程序、网站等通道进行电子产品的查询、投诉、溯源等操作。

5 结语

区块链技术具有数据不可篡改、去中心化、公开、透明、可追溯等特点，将区块链技术用于商品溯源系统可以保证追溯数据不可篡改和提高系统可信度，各参与方通过系统可以快速查询供应链各个环节产生的信息，实现对各个环节的追溯和监管，有效的保障了市场健康发展，提高了整个供应链管理效率。