區(qū)塊鏈+電子商務(wù)虛擬實(shí)驗系統(tǒng)的建設(shè)

張寶明 魏程益

摘 要： 傳統(tǒng)電子商務(wù)存在假貨、刷單、物流、隱私保護(hù)等痛點(diǎn)，這些痛點(diǎn)與信任缺失有關(guān)。區(qū)塊鏈作為一種分布式賬本，具有去中心化、透明，很難篡改的特點(diǎn)；將其引入電子商務(wù)，能創(chuàng)造信任，解決痛點(diǎn)。為此，分析了區(qū)塊鏈+電子商務(wù)虛擬實(shí)驗系統(tǒng)的功能組成、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出了開發(fā)維護(hù)的方法及建設(shè)中需要注意的問題，實(shí)現(xiàn)了區(qū)塊鏈在電子商務(wù)中的應(yīng)用。這為今后電子商務(wù)及其仿真實(shí)驗的建設(shè)提供了新思路和新方法。

關(guān)鍵詞： 區(qū)塊鏈； 電子商務(wù)； 信任機(jī)制； 鏈上代碼； 智能合約

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2018）11-41-04

Abstract： Traditional e-commerce has some pain points such as fake goods， false transaction， logistics and privacy protection. These pain points are related to the lack of trust. As a distributed ledger， blockchain has the characteristics of decentralization， transparency and difficult tampering， and can create trust and solve the pain point by introducing it into e-commerce. Therefore， the functional composition and topology of the blockchain + e-commerce virtual experiment system are analyzed， the methods of development and maintenance and the problems to be paid attention to in the construction are put forward， and the application of blockchain in electronic commerce is realized. This provides new ideas and new methods for the construction of electronic commerce and its simulation experiment in the future.

Key words： blockchain； electronic commerce； trust mechanism； chain code； smart contract

0 引言

區(qū)塊鏈?zhǔn)欠植际劫~本，能存儲不同的交易、支付與轉(zhuǎn)賬信息等。由于采用了分布式存儲、簽名加密、區(qū)塊鏈接等技術(shù)，因而區(qū)塊鏈具有去中心化、透明，很難篡改等特點(diǎn)。這不僅可以用來解決交易過程中的重復(fù)支付和雙花問題，還能在更高的維度上解決交易中的信任缺失問題，從而達(dá)到降低交易成本、提高交易效率的目的。因此，利用區(qū)塊鏈技術(shù)來改造傳統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)成為了許多人的共識[1-2]。

基于人才培養(yǎng)和創(chuàng)新實(shí)驗教學(xué)模式的需要，在已有《國家級應(yīng)用經(jīng)濟(jì)虛擬仿真實(shí)驗》建設(shè)成果的基礎(chǔ)上，對區(qū)塊鏈+電子商務(wù)虛擬實(shí)驗系統(tǒng)進(jìn)行了分析。本文內(nèi)容和實(shí)現(xiàn)，可為今后電子商務(wù)及其仿真實(shí)驗的建設(shè)，提供新思路和新方法。

1 系統(tǒng)建設(shè)的必要性

在傳統(tǒng)的電子商務(wù)中，由于對相關(guān)主體缺少必要的信用制約和限制，致使假貨、刷單、退換貨和隱私保護(hù)等問題一直存在。借助區(qū)塊鏈，利用區(qū)塊鏈去中心化的特點(diǎn)，將交易信息和信用信息完整的記錄到區(qū)塊鏈中，使區(qū)塊鏈變成一臺創(chuàng)造信任的機(jī)器，可以有效地解決這個問題[3]。

具體來說，首先，針對假貨問題，可以將電子商務(wù)供應(yīng)鏈上所有環(huán)節(jié)的商品信息，如照片、視頻、地理位置和時間等數(shù)據(jù)上傳到區(qū)塊鏈，這樣商家就無法作假和修改，客戶也無需懷疑或質(zhì)疑。在交易過程中，若再將客戶的瀏覽、購買、評價等行為，也上傳到區(qū)塊鏈，這樣可控制刷單行為。其次，針對退換貨問題及其給物流所帶來的“牛鞭效應(yīng)”壓力，可以將物流、庫存數(shù)據(jù)上傳到區(qū)塊鏈，供商家和物流企業(yè)隨時查詢、追蹤和調(diào)度，這樣就能減輕物流壓力，提高工作效率，減少運(yùn)營成本。再次，針對隱私保護(hù)問題，可利用區(qū)塊鏈的匿名性，將不需要公布的客戶信息進(jìn)行匿名化處理，這樣也能提升用戶體驗，減少垃圾廣告和殺生、殺熟的威脅。

總之，區(qū)塊鏈+電子商務(wù)，不僅可以在假貨刷單、退貨換貨、追蹤貨物、隱私保護(hù)、成本控制等方面更為有效，更為自動化，而且可以在客戶體驗、信任水平上更為友好，更為可信。

2 系統(tǒng)的功能組成

整個區(qū)塊鏈+電子商務(wù)系統(tǒng)的功能如圖1所示（這里以IBM公司的Hyperledger fabric區(qū)塊鏈服務(wù)為基礎(chǔ)）[1，4-6]。

2.1 電子商務(wù)功能

電子商務(wù)過程中涉及商家、客戶、物流、第三方支付等相關(guān)角色，因而區(qū)塊鏈+電子商務(wù)系統(tǒng)的基本功能就應(yīng)包括注冊服務(wù)、授權(quán)管理、商品管理、訂單管理、支付管理、物流管理和信任管理等內(nèi)容。在這些功能中，嵌入?yún)^(qū)塊鏈功能，適時利用區(qū)塊鏈來記錄交易信息和信用信息，不僅可以提高系統(tǒng)的安全性和可信性，而且還能達(dá)到隱私保護(hù)和商品信息溯源的目的。

2.2 區(qū)塊鏈功能

區(qū)塊鏈功能主要包括角色管理、區(qū)塊鏈管理、鏈上代碼管理這三個主要功能[7-9]。

⑴ 角色管理。負(fù)責(zé)管理用戶標(biāo)識、隱私、以及網(wǎng)絡(luò)的保密性和可審計性。

⑵ 區(qū)塊鏈管理。負(fù)責(zé)將交易（Transaction）規(guī)約為合約流程，每個合約流程可以通過調(diào)用若干個不同的合約服務(wù)，結(jié)合非對稱加密/解密和信息摘要等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)去中心化的可信的分布式賬本功能。具體包括三部分。一是記賬功能，即將相關(guān)的交易信息，如商品信息、訂單信息、支付信息、物流信息、評價信息等，以“一物一碼”或“一批次一碼”的形式打包，包裝成交易合約，以明文或者密文的方式廣播到區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，寫入?yún)^(qū)塊鏈，固化在區(qū)塊鏈的賬本中。這樣，就能構(gòu)建一個去中心化、防篡改、可追溯的大數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。二是查賬功能，主要包括交易主體的身份查詢、產(chǎn)品溯源與交易情況的跟蹤、評價信息的查詢等。三是規(guī)則管理。又稱政策管理，即依照現(xiàn)有的法律、行政法規(guī)，制定并發(fā)布包括用戶管理、業(yè)務(wù)品種、鏈上資產(chǎn)管理、智能合約、賬本記錄、架構(gòu)管理、開發(fā)管理、運(yùn)營管理、信息安全、風(fēng)險管理、從業(yè)資格等相關(guān)的規(guī)則、規(guī)章，以便對區(qū)塊鏈平臺及其活動進(jìn)行監(jiān)管。

⑷ 鏈上代碼管理。鏈上代碼（chaincode）又稱智能合約（smart contract），其任務(wù)主要是負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對鏈上代碼的全生命周期的管理。

2.3 相關(guān)服務(wù)

分為三種類型的服務(wù)，分別為成員服務(wù)、區(qū)塊鏈服務(wù)、鏈上代碼服務(wù)。

⑴ 成員服務(wù)。在無權(quán)限的區(qū)塊鏈中，參與者不需要授權(quán)就可進(jìn)行交易；而在Hyperledger Fabric許可鏈系統(tǒng)中，參與者需要預(yù)先注冊，獲得一個身份憑據(jù)才能進(jìn)入?yún)^(qū)塊鏈系統(tǒng)，并通過交易證書管理者（TCA）進(jìn)一步獲得假名憑據(jù)（即交易證書），才能進(jìn)行交易、保存、歸類和審計。

⑵ 區(qū)塊鏈服務(wù)。區(qū)塊鏈服務(wù)通過使用基于HTTP2的P2P協(xié)議來管理分布式賬簿，核心功能包括安全控制、共識服務(wù)、鏈上服務(wù)及其管理、治理服務(wù)等。

安全控制主要是進(jìn)行隱私保護(hù)和權(quán)限控制。對于公有鏈，由于參與交易的各方未受到安全約束，出于安全考慮，往往需要一個與交易無關(guān)的第三方來對交易進(jìn)行驗證，為此需要將交易信息和交易者的身份信息隔離開來，以匿名的方式來保護(hù)交易者的隱私。而對于像Fabric這樣的許可鏈，由于各參與方預(yù)先受到安全控制，因而防范網(wǎng)絡(luò)攻擊的需求沒有那么高，在共識機(jī)制上只需要在技術(shù)層面上確保一致和完備，對交易的驗證可直接由交易相關(guān)方自己進(jìn)行，其他無關(guān)方不可能看到交易內(nèi)容[10]。

共識服務(wù)是區(qū)塊鏈建立信任的基石。不同類型的區(qū)塊鏈出于不同的考慮會在部署中可以使用和配置不同的共識算法或其組合算法，如PBFT，Raft，PoW，PoS等。共識的內(nèi)容包括賬本的規(guī)范化、交易執(zhí)行結(jié)果的確定性、交易的非雙花性和交易的順序完備性。

鏈上服務(wù)主要包括合約流程服務(wù)、合約服務(wù)、公共技術(shù)服務(wù)等，對其管理需要在遵循區(qū)塊鏈治理體制和治理流程規(guī)則的前提下，完成諸如合約流程（或服務(wù)）的建立、版本升級、排隊、執(zhí)行、掛起和退出等的管理。

治理服務(wù)的目的，是為了讓區(qū)塊鏈能平穩(wěn)安全的運(yùn)行，并保證不同角色的參與者都能積極參與和維護(hù)區(qū)塊鏈的生產(chǎn)、管理和治理。基本方法是通過激勵、懲罰、征稅等手段，必要時還可以訴諸于現(xiàn)實(shí)世界中的法律手段。

⑶ 鏈上代碼服務(wù)。主要包括鏈上代碼的編寫、合規(guī)性檢查，鏈上代碼的安裝、配發(fā)、執(zhí)行、執(zhí)行結(jié)果查詢，智能合約模板的定制、智能合約的一致性檢查等等[11-12]。

3 系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

與傳統(tǒng)的電子商務(wù)系統(tǒng)相比，區(qū)塊鏈+電子商務(wù)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分為前端和后端。其中，前端是電子商務(wù)系統(tǒng)與用戶交互的界面，由瀏覽器及相關(guān)頁面來實(shí)現(xiàn)，涉及HTML、Javascript和CSS等相關(guān)語言；后端是描述商務(wù)處理過程、商務(wù)業(yè)務(wù)規(guī)則和區(qū)塊鏈服務(wù)內(nèi)容的功能部件，由MCBV（Model-Control-Blockchain-

View）框架部件來實(shí)現(xiàn)，分為三個部分：一是代理服務(wù)，負(fù)責(zé)接收前端的請求，并進(jìn)行路由解析；二是電子商務(wù)服務(wù)，負(fù)責(zé)商務(wù)處理；三是區(qū)塊鏈服務(wù)，負(fù)責(zé)區(qū)塊鏈管理、鏈上代碼管理，如圖2所示。

3.1 電子商務(wù)服務(wù)系統(tǒng)

后端的電子商務(wù)服務(wù)系統(tǒng)，開發(fā)工具主要為：Eclipse、Spring MVC、Spring、Hibernate。其中，Eclipse是一個可視化的Java開發(fā)平臺，而Spring MVC、Spring、Hibernate是三個框架軟件，對應(yīng)電子商務(wù)應(yīng)用的三個功能層次，即頁面表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。

3.2 區(qū)塊鏈服務(wù)系統(tǒng)

區(qū)塊鏈服務(wù)軟件采用Hyperledger Fabric。它是一種開源的許可鏈系統(tǒng)，采用了松耦合的設(shè)計，不僅能將共識機(jī)制、身份驗證等組件模塊化，還能將智能合約放在docker容器中運(yùn)行；此外，它還采用了成員服務(wù)、多驗證節(jié)點(diǎn)（validating peer）和非驗證節(jié)點(diǎn)等安全機(jī)制，來實(shí)現(xiàn)Client客戶機(jī)、Peer節(jié)點(diǎn)機(jī)、Orderer排序器、Channel通道等相關(guān)功能。

4 系統(tǒng)的開發(fā)和運(yùn)行

在系統(tǒng)開發(fā)和運(yùn)行過程中，需要相關(guān)人員對合約流程、合約服務(wù)、合約代碼、技術(shù)與規(guī)則等相關(guān)客體進(jìn)行開發(fā)和維護(hù)。

首先，需要架構(gòu)人員、業(yè)務(wù)人員和法律人員參與完成交易合約及其規(guī)約的制定，并設(shè)計出完整的合約流程、合約服務(wù)及其規(guī)格說明書；然后，交由技術(shù)人員開發(fā)相應(yīng)的合約代碼。在此過程中，還需其他人員參與提煉出一些通用的服務(wù)，如法律條款檢查服務(wù)、通用技術(shù)服務(wù)等。

其次，在開發(fā)過程中，需要開發(fā)人員利用已有的通用服務(wù)軟件和不同的語言，來開發(fā)合約服務(wù)邏輯，以保證合約服務(wù)語義層面的一致性和合約的分布性。

再次，在測試過程中，需要每一個參與主體，特別是驗證節(jié)點(diǎn)，參與到區(qū)塊鏈平臺的測試和維護(hù)中，完成諸如運(yùn)行節(jié)點(diǎn)服務(wù)的容器化集群、動態(tài)擴(kuò)展能力的提供、多語言多VM實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的安裝、多節(jié)點(diǎn)并行運(yùn)行、并行驗證等相關(guān)任務(wù)。

就開發(fā)過程而言，具體到本系統(tǒng)，主要包括：構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)、安裝VirtualBox虛擬機(jī)、安裝Docker容器、部署Hyperledger fabric環(huán)境、啟動Hyperledger fabric區(qū)塊鏈服務(wù)、開發(fā)應(yīng)用程序。

整個Hyperledger fabric區(qū)塊鏈服務(wù)系統(tǒng)的啟動過程示例如下：

⑴ 產(chǎn)生證書密鑰和四個artifacts部件

../bin/cryptogen generate --config=./crypto-config.yaml

../bin/configtxgen -profile TwoOrgsOrdererGenesis -outputBlock

./channel-artifacts/genesis.block

export CHANNEL_NAME=mychannel &&

../bin/configtxgen -profile

TwoOrgsChannel -outputCreateChannelTx

./channel-artifacts/channel.tx -channelID $CHANNEL_NAME

../bin/configtxgen -profile TwoOrgsChannel -outputAnchorPeersUpdate

./channel-artifacts/Org1MSPanchors.tx -channelID $CHANNEL_NAME -asOrg Org1MSP

../bin/configtxgen -profile TwoOrgsChannel -outputAnchorPeersUpdate

./channel-artifacts/Org2MSPanchors.tx -channelID $CHANNEL_NAME -asOrg Org2MSP

⑵ 啟動Docker容器與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

CHANNEL_NAME=mychannel TIMEOUT=10000

DELAY=3 LANG=golang docker-compose -f

docker-compose-cli.yaml up -d

⑶ 建立并加入通道

docker exec -it cli bash

peer channel join -b mychannel.block

⑷ 更新通道

peer channel update -o orderer.example.com：7050 -c

$CHANNEL_NAME -f ./channel-artifacts/

Org2MSPanchors.tx --tls --cafile /opt/gopath/src/github

.com/hyperledger/fabric/peer/crypto/ordererOrganizations/example.com/orderers/orderer.example.com/msp/tlscacerts/tlsca.example.com-cert.pem

5 系統(tǒng)建設(shè)中需要注意的問題

由于區(qū)塊鏈技術(shù)本身尚不成熟，相關(guān)的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用還處于開發(fā)和測試過程中，因而在區(qū)塊鏈+電子商務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)過程中，難免會碰到一些障礙。

首先，可選的區(qū)塊鏈軟件不多，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。目前區(qū)塊鏈軟件屈指可數(shù)，開源的很少，常見的有：以太坊聯(lián)盟的Ethereum、微軟的Bletchley，IBM的Hyperledger Fabric，CoinprismRChain的Openchain、深圳前海微眾銀行的BCOS等。這些軟件大部功能還不完善，產(chǎn)品兼容性和互通性也較差，在標(biāo)準(zhǔn)化語言、數(shù)據(jù)交換、客戶身份識別、通信機(jī)制、信任實(shí)現(xiàn)等方面還缺乏共識，很難完全融入電子商務(wù)體系。其次，低效率高能耗。區(qū)塊鏈的去中心化特征，意味著所有節(jié)點(diǎn)都需要參與計算和存儲，這需花費(fèi)很多時間，非常耗費(fèi)電力與算力。因而在電子商務(wù)系統(tǒng)中引入?yún)^(qū)塊鏈，會降低交易處理的效率，提高維護(hù)的成本。再次，存在安全與監(jiān)管問題。

因此，在區(qū)塊鏈+電子商務(wù)系統(tǒng)建設(shè)的過程中，只能遵循循序漸進(jìn)的原則，先易后難，先開發(fā)后完善，并權(quán)衡安全性、易開發(fā)性、網(wǎng)絡(luò)算力等因素，統(tǒng)籌進(jìn)行。

6 結(jié)束語

建立在區(qū)塊鏈基礎(chǔ)上的電子商務(wù)，即區(qū)塊鏈+電子商務(wù)，不僅能夠創(chuàng)造更多的客戶信任，而且還能提升客戶體驗和成本控制的優(yōu)勢。為此，文中重點(diǎn)對其功能組成、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、開發(fā)和維護(hù)方法等內(nèi)容進(jìn)行了分析，最終實(shí)現(xiàn)了區(qū)塊鏈在電子商務(wù)中的應(yīng)用。所有這些，不僅為今后電子商務(wù)及其仿真實(shí)驗的建設(shè)提供了新思路和新方法，而且為今后國家制造業(yè)和服務(wù)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級帶來了新抓手。高校，尤其是筆者所在的國家級應(yīng)用經(jīng)濟(jì)虛擬實(shí)驗室，理應(yīng)在這方面走在前列。不過，基于區(qū)塊鏈技術(shù)及其應(yīng)用的不成熟，今后還需繼續(xù)跟蹤與研究。

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