面向農(nóng)產(chǎn)品交易流程的多鏈?zhǔn)絽^(qū)塊鏈應(yīng)用技術(shù)研究

梁昊 劉思辰 張一諾 呂科

摘要： 區(qū)塊鏈技術(shù)由于其分布式存儲(chǔ)、交易信息透明、可追溯性強(qiáng)等特點(diǎn)，同中國(guó)農(nóng)產(chǎn)品交易體系具有很好的互補(bǔ)性和適用性，應(yīng)用前景廣闊。然而中國(guó)的農(nóng)產(chǎn)品交易體系又具有產(chǎn)品多樣性，交易流程復(fù)雜性，用戶群體的廣泛性、分散性，隱私保護(hù)性等特點(diǎn)，為區(qū)塊鏈技術(shù)在中國(guó)的農(nóng)產(chǎn)品交易信息體系中的應(yīng)用造成了很多現(xiàn)實(shí)困難。針對(duì)以上問題，本研究采用聯(lián)盟鏈的設(shè)計(jì)思想，提出了包括農(nóng)產(chǎn)品交易信息鏈、用戶信息鏈、農(nóng)產(chǎn)品信息鏈的多鏈?zhǔn)睫r(nóng)產(chǎn)品交易信息區(qū)塊鏈應(yīng)用技術(shù)。農(nóng)產(chǎn)品信息鏈提供農(nóng)產(chǎn)品的詳細(xì)信息，并保證信息的可追溯性和不可篡改性。在用戶信息鏈中引入?yún)^(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)入機(jī)制，為農(nóng)產(chǎn)品交易平臺(tái)提供實(shí)名制憑證登記與管理功能。交易信息鏈記錄所有交易智能合約的處理結(jié)果，通過加入通道技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同交易信息的相互隔離，可滿足交易信息和用戶數(shù)據(jù)的隱私保護(hù)和交易數(shù)據(jù)的快速處理。通過智能合約對(duì)交易利潤(rùn)進(jìn)行自動(dòng)分成，提高執(zhí)行效率，降低交易成本。最終建立透明、高效、適用性強(qiáng)的農(nóng)產(chǎn)品交易區(qū)塊鏈架構(gòu)。

關(guān)鍵詞： 農(nóng)產(chǎn)品交易;區(qū)塊鏈;智能合約;共識(shí);聯(lián)盟鏈

中圖分類號(hào)： S238 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 201907-SA001

引文格式：梁 ?昊， 劉思辰， 張一諾， 呂 ?科. 面向農(nóng)產(chǎn)品交易流程的多鏈?zhǔn)絽^(qū)塊鏈應(yīng)用技術(shù)研究[J]. 智慧農(nóng)業(yè)， 2019，1（4）： 72-82.

1 引言

近年來(lái)，隨著電子貨幣的普及和應(yīng)用，區(qū)塊鏈技術(shù)得到了快速的發(fā)展。2008年，由化名“中本聰”的學(xué)者在《Bitcoin： A Peer-to-Peer Electronic Cash System（比特幣：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子貨幣系統(tǒng)）》中首次提出了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的比特幣[1]。隨后針對(duì)比特幣交易出現(xiàn)邏輯簡(jiǎn)單、交易耗時(shí)長(zhǎng)、數(shù)據(jù)占用大等情況，程序員Vitalik Buterin在2014年提出了以太虛擬機(jī)平臺(tái)[2]。以太坊采用了輕量級(jí)客戶端、智能合約等技術(shù)[3]，迅速引起了金融行業(yè)的廣泛重視，同時(shí)也將區(qū)塊鏈技術(shù)推進(jìn)到區(qū)塊鏈2.0時(shí)代[4]。由國(guó)際頂級(jí)金融機(jī)構(gòu)組成的R3CEV區(qū)塊鏈聯(lián)盟，在銀行之間建立聯(lián)盟鏈，并推出了區(qū)塊鏈商業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目Corda[5]。由IBM、Intel等公司牽頭，與多家銀行合作設(shè)計(jì)的超級(jí)賬本Hyperledger Fabric項(xiàng)目，該項(xiàng)目采用聯(lián)盟鏈的設(shè)計(jì)思想，是區(qū)塊鏈在金融方面領(lǐng)域具有前瞻性和代表性的解決方案，其共識(shí)信息的吞吐量可達(dá)到1000次/s，且集成了復(fù)雜、成熟的商業(yè)邏輯[6]。

在學(xué)術(shù)界，區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用正在成為新的研究的熱點(diǎn)。Weber等[7]學(xué)者提出了在不受信任的跨組織集成交易流程中，使用區(qū)塊鏈、智能合約等技術(shù)構(gòu)建交易監(jiān)控與業(yè)務(wù)調(diào)度的高可信商業(yè)解決方案。Luu等[8]針對(duì)現(xiàn)有智能合約中可能存在的安全漏洞，設(shè)計(jì)了可查找智能合約安全漏洞的符號(hào)執(zhí)行工具。在供應(yīng)鏈信息溯源方面，Wu[9]基于區(qū)塊鏈技術(shù)提出了一種分布式在線貨件跟蹤框架，該框架由一組專用分布式分類賬和一個(gè)區(qū)塊鏈公共分類賬組成。Westerkamp等[10]使用時(shí)以太坊虛擬機(jī)，構(gòu)建了基于區(qū)塊鏈的供應(yīng)鏈信息追溯體系，該體系使用智能合約和以太坊進(jìn)行利潤(rùn)結(jié)算。學(xué)者Van等[11]使用區(qū)塊鏈技術(shù)減少了供應(yīng)鏈中的“牛鞭效應(yīng)”，并指出了區(qū)塊鏈技術(shù)在信息透明和隱私保護(hù)方面存在的問題。

Lan 等[12]提出了針對(duì)南非大型葡萄園的農(nóng)產(chǎn)品信息區(qū)塊鏈溯源技術(shù)。文獻(xiàn)[13]探討塊鏈技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品安全性與透明度方面的應(yīng)用。Leng等[14]人設(shè)計(jì)的基于雙鏈結(jié)構(gòu)的農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)區(qū)塊鏈應(yīng)用系統(tǒng)，采用了交易鏈和用戶鏈設(shè)計(jì)思想，在交易的同時(shí)可以初步實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)人隱私的保護(hù)。Herry等[15]人使用電子貨幣、區(qū)塊鏈和智能合約技術(shù)初步構(gòu)建了面向食品、農(nóng)民和融資的可持續(xù)解決方案，并在肯尼亞進(jìn)行了初步的應(yīng)用。Tharun[16]使用Hyperledger創(chuàng)建了農(nóng)產(chǎn)品區(qū)塊鏈溯源模型，并介紹了其比傳統(tǒng)ERP信息技術(shù)系統(tǒng)和全球食品跟蹤方法的優(yōu)勢(shì)。

2016年10月，中國(guó)工業(yè)和信息化部印發(fā)了《中國(guó)區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展白皮書》（以下簡(jiǎn)稱《白皮書》）[17]，成為了中國(guó)區(qū)塊鏈發(fā)展與應(yīng)用的依據(jù)和基石，為區(qū)塊鏈在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用指明了路線和方向。近年來(lái)，由人民銀行牽頭的權(quán)威部門也在探索區(qū)塊鏈技術(shù)在中國(guó)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用[18]，甚至是發(fā)行法定數(shù)字貨幣[19]。

近年來(lái)區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用研究已經(jīng)成為了農(nóng)業(yè)信息化的熱點(diǎn)，但由于中國(guó)是典型的小生產(chǎn)大市場(chǎng)的農(nóng)業(yè)體系，存在農(nóng)業(yè)技術(shù)落后，資金分散，生產(chǎn)成本高等不利因素[20]，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能以及區(qū)塊鏈等高新技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用造成了嚴(yán)重阻礙。文獻(xiàn)[21]提出了國(guó)內(nèi)首個(gè)農(nóng)產(chǎn)品信息根源連應(yīng)用平臺(tái)，并申請(qǐng)構(gòu)建聯(lián)盟鏈。2019年初，課題組在《農(nóng)產(chǎn)品信息區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用展望》（以下簡(jiǎn)稱《農(nóng)產(chǎn)品區(qū)塊鏈》）一文中，初步設(shè)計(jì)了面向農(nóng)產(chǎn)品信息的區(qū)塊鏈應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)[22]，希望以區(qū)塊鏈技術(shù)為支點(diǎn)，推動(dòng)高新技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面的普及。但《農(nóng)產(chǎn)品區(qū)塊鏈》主要介紹了如何通過區(qū)塊鏈、智能合約等技術(shù)推動(dòng)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用，而對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的交易過程并沒有進(jìn)行詳細(xì)的探討。因此，本研究將重點(diǎn)討論區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品交易流程中的應(yīng)用。

2 基于多鏈?zhǔn)降霓r(nóng)產(chǎn)品交易信息區(qū)塊鏈設(shè)計(jì)

《農(nóng)產(chǎn)品區(qū)塊鏈》提出了一種將農(nóng)產(chǎn)品信息通過區(qū)塊鏈進(jìn)行存儲(chǔ)，并設(shè)計(jì)了農(nóng)業(yè)信息區(qū)塊鏈技術(shù)框架，采用聯(lián)盟鏈結(jié)構(gòu)，可以提供更加靈活的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，更快捷的交易確認(rèn)時(shí)間[22]。

在農(nóng)產(chǎn)品交易信息中涉及用戶個(gè)人信息、中間商信息、加工企業(yè)信息、經(jīng)銷售商、物流企業(yè)、金融企業(yè)等參與者信息，還有農(nóng)產(chǎn)品信息、交易信息、物流信息等相關(guān)的產(chǎn)品與流程信息，信息類型復(fù)雜。而在傳統(tǒng)的電子貨幣區(qū)塊鏈體系中，區(qū)塊鏈僅用于存儲(chǔ)電子貨幣的歷史賬單信息，存儲(chǔ)類型單一，因此存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，檢索效率低，例如在比特幣體系中，某用戶進(jìn)行了100次交易，則需要在歷史賬單中進(jìn)行100次檢索才可以得到當(dāng)前的賬戶信息;商業(yè)模式僅限于P2P（Peer-to-Peer）的簡(jiǎn)單交易;交易用戶沒有實(shí)名制。這些問題都對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品方面的應(yīng)用造成了嚴(yán)重的阻礙。

針對(duì)以上情況，本研究設(shè)計(jì)了多鏈?zhǔn)降膮^(qū)塊鏈信息存儲(chǔ)技術(shù)方案，具體包括：消費(fèi)者信息鏈、企業(yè)信息鏈以及生產(chǎn)者信息鏈。采用多鏈?zhǔn)降拇鎯?chǔ)方案的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：1、對(duì)于不同類型的信息進(jìn)行分類存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)冗余更少，通過建立索引更便于數(shù)據(jù)的快速檢索;2、可以提供更加靈活的信息呈現(xiàn)與隱私保護(hù)體系，更符合廣大消費(fèi)者的隱私保護(hù)和國(guó)家網(wǎng)絡(luò)實(shí)名制的需求，更商業(yè)化的農(nóng)產(chǎn)品交易流程;3、該技術(shù)不僅可以用于零售市場(chǎng)，還可以滿足農(nóng)產(chǎn)品批量交易的復(fù)雜商業(yè)流程。下文將對(duì)面向農(nóng)產(chǎn)品信息的多鏈?zhǔn)降膮^(qū)塊鏈架構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

2.1 多鏈?zhǔn)絽^(qū)塊鏈架構(gòu)總體設(shè)計(jì)

農(nóng)產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫(kù)采用了多鏈?zhǔn)降膮^(qū)塊鏈設(shè)計(jì)方案，這樣更便于存儲(chǔ)復(fù)雜的數(shù)據(jù)，如圖1所示。

證書授權(quán)（Certificate Authority，以下簡(jiǎn)稱CA）是整個(gè)區(qū)塊鏈聯(lián)盟中的數(shù)字證書發(fā)行機(jī)構(gòu)，CA負(fù)責(zé)對(duì)申請(qǐng)加入的用戶節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行檢查并提供準(zhǔn)入控制服務(wù)，向準(zhǔn)入的用戶節(jié)點(diǎn)（包括服務(wù)提供者與使用者）提供數(shù)字證書，包括公鑰與私鑰。CA是農(nóng)產(chǎn)品區(qū)塊鏈聯(lián)盟中的共識(shí)信息的主要提供者和維護(hù)者，也是區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的超級(jí)節(jié)點(diǎn)，即數(shù)據(jù)服務(wù)的提供者。在數(shù)據(jù)類型方面，用戶數(shù)據(jù)、交易數(shù)據(jù)與農(nóng)產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)是完全不同的數(shù)據(jù)類型，如果使用單一區(qū)塊鏈的設(shè)計(jì)方案，將會(huì)造成大量的數(shù)據(jù)冗余，也無(wú)法滿足快速檢索，以及視圖映射等方面的操作。例如，查詢某用戶的歷史交易信息。首先在單鏈結(jié)構(gòu)中，需要根據(jù)該用戶的公鑰地址遍歷全部的區(qū)塊去尋找交易記錄，這些區(qū)塊中包括用戶、交易與產(chǎn)品的全部信息。然后在多鏈結(jié)構(gòu)中，在用戶信息區(qū)塊鏈和交易信息區(qū)塊鏈中建立視圖，只需要對(duì)用戶信息區(qū)塊鏈進(jìn)行一次檢索就可以找到該用戶的全部歷史交易記錄。不僅檢索的信息記錄少，而且檢測(cè)的次數(shù)僅為1次。另外，多鏈?zhǔn)降膮^(qū)塊鏈設(shè)計(jì)方案，在農(nóng)產(chǎn)品交易的隱私保護(hù)、信息共識(shí)方面也具有更好的適用性。因此本研究設(shè)計(jì)了以交易信息鏈為主鏈、用戶信息鏈和農(nóng)產(chǎn)品信息鏈為支鏈的多鏈?zhǔn)絽^(qū)塊鏈架構(gòu)，在主鏈和支鏈之間通過等關(guān)鍵字建立映射，下文將詳細(xì)介紹。

2.2 用戶信息區(qū)塊鏈

2.2.1 用戶信息區(qū)塊設(shè)計(jì)架構(gòu)

用戶信息區(qū)塊鏈主要存儲(chǔ)消費(fèi)者、生產(chǎn)者、加工企業(yè)、經(jīng)銷商等全部農(nóng)產(chǎn)品信息區(qū)塊鏈用戶的相關(guān)信息，如：實(shí)名身份ID（企業(yè)使命信息），基本賬戶信息，信譽(yù)信息等，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。用戶相關(guān)信息按照對(duì)稱二叉樹排列后構(gòu)成的Merkle樹，并生成Merkle樹的Hash值，從而使信息無(wú)法被篡改，保證了農(nóng)產(chǎn)品信息可追溯環(huán)節(jié)的完備性，每一位用戶的信息組成一個(gè)block。版本信息是為了保持區(qū)塊鏈的可升級(jí)和兼容性。共識(shí)信息由CA對(duì)用戶信息的正確性進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后在區(qū)塊鏈的共識(shí)信息中寫入CA的身份識(shí)別信息，之后留下經(jīng)過私鑰加密的CA身份識(shí)別信息的數(shù)字簽名，最后生成共識(shí)信息的Hash值。由于CA中有政府相關(guān)部門、大型電商平臺(tái)，因此用戶信息的共識(shí)范圍將不僅限于農(nóng)產(chǎn)品信息區(qū)塊鏈聯(lián)盟之內(nèi)，還有可能同個(gè)人信用檔案相關(guān)聯(lián)，建立覆蓋面更廣、更完備的個(gè)人信息共識(shí)基礎(chǔ)。

2.2.2 數(shù)字證書

出于對(duì)用戶隱私保護(hù)的需要，本研究采用了數(shù)字證書（Digital Certificate，DC）的方式對(duì)用戶的信息進(jìn)行加密與識(shí)別，如圖3所示。

用戶的基本信息被對(duì)稱加密后存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈中，用戶隱私信息僅對(duì)聯(lián)盟鏈中的CA以及用戶本身可見，交易的過程中，僅在X.509規(guī)范的數(shù)字證書的Subject屬性里包含少量必要的實(shí)名制信息[23]。通過在用戶信息區(qū)塊鏈中引入數(shù)字證書技術(shù)可以帶來(lái)3方面的優(yōu)勢(shì)。

（1）滿足了網(wǎng)絡(luò)實(shí)名制要求。農(nóng)產(chǎn)品信息區(qū)塊鏈技術(shù)主要的目的是提高農(nóng)業(yè)信息化水平，推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，因此必須要符合國(guó)家網(wǎng)絡(luò)實(shí)名制的要求。用戶信息的合法化認(rèn)證也是聯(lián)盟鏈共識(shí)機(jī)制的基礎(chǔ)和保障。在區(qū)塊鏈1.0中，區(qū)塊鏈主要作為賬本記錄電子貨幣的交易信息，所有的交易均采用公鑰構(gòu)成的錢包地址，全部匿名，交易雙方的信息無(wú)法同用戶的社會(huì)屬性相關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致電子貨幣成為了洗錢、販毒等犯罪活動(dòng)的避難所。

（2）滿足了用戶信息保密的要求。將數(shù)字證書技術(shù)引入農(nóng)產(chǎn)品信息區(qū)塊鏈當(dāng)中，可以在聯(lián)盟鏈的技術(shù)框架下實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶保密信息的進(jìn)一步分離，在實(shí)現(xiàn)實(shí)名制的情況下，用戶的保密信息僅對(duì)用戶自身和聯(lián)盟鏈內(nèi)部的超級(jí)節(jié)點(diǎn)可見。在交易過程中僅通過數(shù)字證書提供交易雙方必要的信息，大部分隱私信息被加密隔離。

（3）實(shí)現(xiàn)了對(duì)交易過程中用戶信譽(yù)信息的記錄。通過在數(shù)字簽名的Subject屬性中引入信用記錄評(píng)定，可使智能合約中的交易各方對(duì)交易對(duì)象的信譽(yù)做預(yù)先評(píng)估。農(nóng)產(chǎn)品交易不同于單一的電子貨幣以及法幣的交易，涉及的商品種類繁多、地域廣、時(shí)間長(zhǎng)、流程復(fù)雜，即便引入?yún)^(qū)塊鏈與智能合約也無(wú)法避免交易糾紛的產(chǎn)生。通過在數(shù)字證書中引入信譽(yù)評(píng)定體系，在交易中提供交易各方的信用等級(jí)，必要的時(shí)候可吊銷不守信用的用戶的數(shù)字證書，將其列入吊銷證書節(jié)點(diǎn)CRL（Certificate Revocation List），避免和降低交易中惡意行為的出現(xiàn)。

2.3 農(nóng)產(chǎn)品信息區(qū)塊鏈

農(nóng)產(chǎn)品信息區(qū)塊鏈主要存儲(chǔ)農(nóng)產(chǎn)品的相關(guān)信息，如：種植作物、養(yǎng)殖作物的生長(zhǎng)環(huán)境信息;再加工農(nóng)產(chǎn)品的加工制造信息;產(chǎn)品物流信息等，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖4所示。同樣，在農(nóng)產(chǎn)品信息鏈中也是用了Merkle來(lái)保障數(shù)據(jù)的不可篡改性，其中農(nóng)產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)采集，成為區(qū)塊鏈中農(nóng)產(chǎn)品信息的基本數(shù)據(jù)。在農(nóng)產(chǎn)品區(qū)塊鏈聯(lián)盟中由質(zhì)檢部門、物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、電商平臺(tái)、成產(chǎn)加工企業(yè)、物流企業(yè)等相關(guān)組織和個(gè)人對(duì)農(nóng)產(chǎn)品信息的正確性進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后在區(qū)塊鏈的共識(shí)信息中寫入身份識(shí)別信息和數(shù)字簽名，后生成農(nóng)產(chǎn)品共識(shí)信息的Hash值。

不同于用戶信息區(qū)塊鏈，在農(nóng)產(chǎn)品信息區(qū)塊鏈中，所有農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)和加工信息都采用明文在區(qū)塊鏈中進(jìn)行存儲(chǔ)，聯(lián)盟鏈的任意節(jié)點(diǎn)都可以訪問農(nóng)產(chǎn)品的相關(guān)信息。無(wú)論中間商還是終端消費(fèi)者都可以以P2P的方式訪問農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)者、加工者手中的商品，農(nóng)產(chǎn)品信息透明可靠。

2.4 交易信息區(qū)塊鏈

交易信息區(qū)塊鏈可以視為多鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)中的主鏈，該區(qū)塊鏈存儲(chǔ)了農(nóng)產(chǎn)品信息中最主要的智能合約交易信息，如圖5所示。交易信息區(qū)塊鏈保證了交易過程的真實(shí)性、完整性和公開性，以及交易結(jié)果的真實(shí)性、可追溯性、可訪問性和可擴(kuò)展性。

3 多鏈?zhǔn)睫r(nóng)產(chǎn)品交易流程

本研究將結(jié)合P2P農(nóng)產(chǎn)品交易方法的相關(guān)內(nèi)容[15]，采用多鏈?zhǔn)絽^(qū)塊鏈技術(shù)，對(duì)面向農(nóng)產(chǎn)品交易流程的區(qū)塊鏈應(yīng)用技術(shù)的功能性和實(shí)用性進(jìn)行初步的擴(kuò)展和完善。農(nóng)產(chǎn)品多鏈?zhǔn)絽^(qū)塊鏈交易平臺(tái)主要具有三個(gè)功能應(yīng)用：憑證登記與管理、金融交易和供應(yīng)鏈管理。憑證登記與管理的主要應(yīng)用包括提供用戶DC、權(quán)益憑據(jù)、資格（權(quán)力）證明等信息。金融交易的主要應(yīng)用包括交易資金的使用與交易、支付、金融資產(chǎn)的清算與交割等。供應(yīng)鏈管理的主要應(yīng)用包括物流管理、產(chǎn)品溯源與防偽、采購(gòu)及庫(kù)存管理等。在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)不同的交易系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分配不同的通道，通道內(nèi)的交易信息、用戶信息僅對(duì)參與交易的節(jié)點(diǎn)可見，每個(gè)通道運(yùn)行一個(gè)獨(dú)立的智能合約腳本，由參與交易的所有用戶節(jié)點(diǎn)建立交易的共識(shí)信息，共識(shí)效率更高，同時(shí)可提供交易相關(guān)信息的隱私保護(hù)，具體交易流程如圖6所示。

3.1 注冊(cè)用戶信息

用戶向CA提交區(qū)塊鏈信息注冊(cè)申請(qǐng)，CA對(duì)用戶信息的合法性進(jìn)行審核后，在農(nóng)產(chǎn)品區(qū)塊鏈聯(lián)盟內(nèi)部達(dá)成對(duì)用戶信息的共識(shí)，頒發(fā)數(shù)字證書，生成該用戶的私鑰和公鑰，以及由公鑰生成的用戶唯一標(biāo)識(shí)——交易地址，用戶信息被寫入用戶信息區(qū)塊鏈，具體流程如下：

3.4 生成交易的智能合約

電商為每一個(gè)節(jié)點(diǎn)所發(fā)布的供求信息提供統(tǒng)一的接口和展示平臺(tái)。此時(shí)，供求信息在農(nóng)產(chǎn)品區(qū)塊鏈聯(lián)盟中實(shí)現(xiàn)了完全透明化，供求方根據(jù)各自的要求完成交易匹配，由聯(lián)盟鏈中的超級(jí)節(jié)點(diǎn)根據(jù)交易方的具體要求生產(chǎn)智能合約，智能合約是符合中國(guó)相關(guān)法律的可編程合約條款，是運(yùn)行在區(qū)塊鏈上的模塊化、可重用的自動(dòng)執(zhí)行腳本[24]。通過智能合約技術(shù)，可以將傳統(tǒng)的電子貨幣體系中簡(jiǎn)單邏輯的P2P交易擴(kuò)展為多方參與的復(fù)雜邏輯交易。智能合約技術(shù)如圖7所示，可在法規(guī)的約束之下提供更多的預(yù)置觸發(fā)條件和響應(yīng)規(guī)則，滿足更加復(fù)雜和貼近實(shí)際的可編程數(shù)字合約。智能合約可表述為：

（5） ?????????式中，為參與智能合約的全部用戶，為合約預(yù)置條件集合，為合約響應(yīng)規(guī)則集合，為合約形成的時(shí)間，為合約的版本號(hào)。智能合約在生成、執(zhí)行、監(jiān)督由CA、市場(chǎng)監(jiān)管、質(zhì)量監(jiān)督、銀行、電商、物聯(lián)網(wǎng)等部門和機(jī)構(gòu)組成的超級(jí)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)，具體包括：

（1）提供交易參與者的身份合法性保障，并提供有效的用戶信譽(yù)信息;

（2）交易參與者需要同超級(jí)節(jié)點(diǎn)共同制定合同內(nèi)容并完成合同的腳本化，形成智能合約;

（3）智能合約在超級(jí)節(jié)點(diǎn)和交易參與節(jié)點(diǎn)的監(jiān)督下執(zhí)行。超級(jí)節(jié)點(diǎn)的參與是區(qū)塊鏈聯(lián)盟共識(shí)的基礎(chǔ)，也是合約在法律框架下順利執(zhí)行的約束和保證，同時(shí)超級(jí)節(jié)點(diǎn)將通過智能合約交易的執(zhí)行，從交易金額中抽取利潤(rùn)。

3.5 執(zhí)行智能合約

在智能合約執(zhí)行的過程中，各農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、加工節(jié)點(diǎn)按照合同對(duì)需求節(jié)點(diǎn)進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品物流配送，完成交易。同時(shí)，區(qū)塊鏈中的節(jié)點(diǎn)與實(shí)際農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)資源物流網(wǎng)絡(luò)不斷互動(dòng)，共同記錄、確認(rèn)、審查、監(jiān)控交易，確保交易順暢、完整。在此過程中，也對(duì)交易信息的合法性達(dá)成共識(shí)，得到共識(shí)后的交易流程和交易結(jié)果信息將被記錄在新的區(qū)塊中，并更新區(qū)塊鏈。

若在交易的過程中，用戶出現(xiàn)了違約行為，智能合約將根據(jù)預(yù)設(shè)觸發(fā)條件自動(dòng)對(duì)用戶進(jìn)行懲罰。懲罰的方式包括經(jīng)濟(jì)上的懲罰和信譽(yù)方面的懲罰，具體的懲罰流程如下。

其中，，為與之條件被觸發(fā)后的響應(yīng)規(guī)則，為經(jīng)濟(jì)方面的懲罰，為信譽(yù)方面的懲罰，為該用戶當(dāng)前的賬戶余額，為該用戶當(dāng)前的信用評(píng)分。在用戶的賬戶余額無(wú)法支付賠償，賬戶信譽(yù)透支的情況下，該節(jié)點(diǎn)的數(shù)字證書將被取消，同時(shí)該節(jié)點(diǎn)將被推送到取消證書列表中，即列入黑名單，無(wú)法繼續(xù)在區(qū)塊鏈聯(lián)盟中進(jìn)行交易。反之，如果交易可以順利進(jìn)行，將會(huì)觸發(fā)預(yù)制的支付條件，用戶的賬戶信息和信譽(yù)都會(huì)根據(jù)智能合約得到相應(yīng)的提高。在智能合約完成執(zhí)行之后，全部的執(zhí)行狀態(tài)信息在得到CA和全部交易節(jié)點(diǎn)認(rèn)可之后，形成共識(shí)信息，并將該交易的區(qū)塊加入?yún)^(qū)塊鏈。

4 小結(jié)與展望

隨著計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)的快速發(fā)展，電商與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在逐步進(jìn)入農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，區(qū)塊鏈作為底層的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，為市場(chǎng)帶來(lái)了更高的可信度、更好的透明度、更高的交易執(zhí)行效率。本研究在農(nóng)產(chǎn)品信息區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)中國(guó)網(wǎng)絡(luò)實(shí)名化要求和用戶隱私保護(hù)的需求，結(jié)合中國(guó)現(xiàn)有農(nóng)產(chǎn)品交易體系的具體特點(diǎn)，對(duì)區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修改，提出了符合農(nóng)產(chǎn)品交易商業(yè)邏輯和具有隱私保護(hù)功能的多鏈?zhǔn)絽^(qū)塊鏈技術(shù)方案。多鏈?zhǔn)絽^(qū)塊鏈技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的單鏈?zhǔn)郊夹g(shù)，具有更好的數(shù)據(jù)靈活性;更高效的數(shù)據(jù)檢索速度;更優(yōu)秀的功能擴(kuò)展能力，在產(chǎn)品交易信息體系中具有良好的應(yīng)用前景。

但區(qū)塊鏈技術(shù)依然處于起步階段，方案依然停留在研究階段，即便Hyperledger Fabric項(xiàng)目也缺少大規(guī)模的成功的應(yīng)用案例。因此，本課題也希望能在具體的項(xiàng)目中，逐步在農(nóng)產(chǎn)品交易信息體系中應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)。通過實(shí)踐，不斷提高執(zhí)行效率，完善設(shè)計(jì)方案，推動(dòng)區(qū)塊鏈技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，助力中國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。

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