基于區(qū)塊鏈智能合約的稻米供應(yīng)鏈動態(tài)監(jiān)管模型

張 新 彭祥貞 許繼平 王小藝 李海生 趙峙堯

(1.北京工商大學(xué)人工智能學(xué)院， 北京 100048； 2.北京工商大學(xué)北京市食品安全大數(shù)據(jù)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100048；3.北京工商大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院， 北京 100048)

0 引言

稻米作為中國最主要的糧食作物之一，其質(zhì)量安全關(guān)系國家安全和人民健康，截止到2020年全國水稻種植面積超3×107hm2，總產(chǎn)量超2×108t[1]。但我國亟需提高在稻米供應(yīng)鏈上的糧食安全和品質(zhì)監(jiān)管能力[2-4]。我國稻米主產(chǎn)區(qū)分為長江中下游地區(qū)、華南地區(qū)以及東北地區(qū)，水稻分為早、中、晚稻，稻米的種植周期長，不同地區(qū)的種植時間不同步，且稻米分為秈米、粳米和糯米3種，相比于傳統(tǒng)食品，稻米供應(yīng)鏈全生命周期監(jiān)管難度大。且針對稻米的危害物信息眾多，監(jiān)管部門監(jiān)管審查的效率也變得低下[5]。傳統(tǒng)的稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管系統(tǒng)多為分層式管理，存在著監(jiān)管效率低、監(jiān)管難度大的問題，監(jiān)管人員難以對其各個供應(yīng)環(huán)節(jié)進(jìn)行全方位動態(tài)監(jiān)管[6-7]。稻米供應(yīng)鏈的監(jiān)管直接關(guān)系著稻米的糧食安全，國內(nèi)外研究人員對稻米監(jiān)管作了很多深入研究[8-9]。這些監(jiān)管措施雖然在一定程度上加強(qiáng)了稻米供應(yīng)鏈的監(jiān)管能力，但稻米全供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)信息復(fù)雜，傳統(tǒng)監(jiān)管方式難以對其進(jìn)行動態(tài)可信監(jiān)管[10-11]。

區(qū)塊鏈技術(shù)具有獨(dú)特的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、非對稱加密形式以及分布式節(jié)點(diǎn)存儲方式，并且利用P2P網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)之間的信息廣播[12-14]。作為一種全新的去中心化鏈?zhǔn)郊軜?gòu)，利用區(qū)塊鏈技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間共同維護(hù)數(shù)據(jù)的安全，并且全鏈數(shù)據(jù)具有可追溯性。在數(shù)據(jù)安全方面，區(qū)塊鏈技術(shù)利用非對稱加密算法、代理重加密方法等對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩訹15-16]。智能合約是區(qū)塊鏈2.0的重要標(biāo)志，使得區(qū)塊鏈從數(shù)字貨幣擴(kuò)展到其他領(lǐng)域[17-19]。智能合約是運(yùn)行在分布式賬本上的一段具有狀態(tài)和條件響應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序，合約通過可預(yù)置規(guī)則，完成封裝、驗(yàn)證、執(zhí)行分布式節(jié)點(diǎn)復(fù)雜行為，實(shí)現(xiàn)信息交換、價值轉(zhuǎn)移和資產(chǎn)管理的功能[20]。智能合約的運(yùn)行不需要人工操作且可以運(yùn)行在整個稻米供應(yīng)鏈上，這不但可以提高稻米供應(yīng)鏈的監(jiān)管效率，而且程序化的設(shè)定使整個供應(yīng)鏈更具有安全性。近些年來，國內(nèi)外研究人員開始探究區(qū)塊鏈技術(shù)在監(jiān)管方面的應(yīng)用：通過隱私數(shù)據(jù)分級加密及存儲模式和定制化業(yè)務(wù)邏輯監(jiān)管智能合約，來實(shí)現(xiàn)對稻米供應(yīng)鏈全鏈條監(jiān)管[21];利用二維碼等標(biāo)識技術(shù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，安全性更高，防偽程度更好，提高了監(jiān)管的可信度[22-24];提出分級多層的智能服務(wù)交易監(jiān)管框架，建立可以有效監(jiān)管區(qū)塊鏈交易的交易區(qū)塊鏈和監(jiān)管區(qū)塊鏈雙鏈結(jié)構(gòu)[25-27]?；谥悄芎霞s，可以對稻米供應(yīng)鏈全鏈條實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)管、參與人員監(jiān)管、環(huán)節(jié)監(jiān)管、信息可信溯源以及互聯(lián)互通，可以有效地解決傳統(tǒng)監(jiān)管系統(tǒng)信息堵塞、難定位、難定責(zé)等問題。但現(xiàn)有的智能合約設(shè)計(jì)只是簡單邏輯上的封裝，稻米供應(yīng)鏈時間、空間上跨度大，難以對稻米供應(yīng)鏈進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)管[28-30]。且監(jiān)管人員處于一個動態(tài)流動的過程，保證監(jiān)管人員可信是實(shí)現(xiàn)稻米供應(yīng)鏈全鏈監(jiān)管重要舉措。

針對上述問題，本文在分析稻米供應(yīng)鏈全生命周期信息的基礎(chǔ)上，基于區(qū)塊鏈智能合約構(gòu)建稻米供應(yīng)鏈動態(tài)監(jiān)管模型，定制化設(shè)計(jì)多業(yè)務(wù)監(jiān)管智能合約，設(shè)計(jì)稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管原型系統(tǒng)并進(jìn)行驗(yàn)證分析。

1 稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管信息解析

稻米供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)主要分為種植、收儲、加工、運(yùn)輸、倉儲、銷售。收儲環(huán)節(jié)包含收購、干燥、除雜、入倉4部分，加工分為了壟谷、碾米、色選、拋光、包裝5部分。對稻米每個環(huán)節(jié)的基本信息、危害物信息、交易記錄以及環(huán)節(jié)參與人員工作要求等進(jìn)行了關(guān)鍵數(shù)據(jù)分類，具體如表1所示。在整個稻米供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)中，危害物主要分為重金屬、真菌毒素、病蟲害與農(nóng)藥殘留4方面，其中重金屬以及真菌毒素貫穿整個供應(yīng)鏈。從種植環(huán)節(jié)開始，工廠排放的“三廢”(廢煙、廢水、廢氣)等可能導(dǎo)致土壤污染，使土壤中的鎘、鉛、砷等重金屬含量超標(biāo)，從而導(dǎo)致稻米重金屬污染。在收儲環(huán)節(jié)，當(dāng)工作人員對稻米進(jìn)行干燥除雜時，殘留的熏蒸劑以及除草劑也是主要的危害物之一。加工環(huán)節(jié)中碾米的方式以及拋光的方式不同也會導(dǎo)致不同危害物的產(chǎn)生，其主要分為了兩種——化學(xué)方法、機(jī)械方法，整個過程可能會產(chǎn)生化學(xué)污染以及重金屬污染。包裝環(huán)節(jié)的材料來源也是監(jiān)管的重要方面。在倉儲環(huán)節(jié)以及運(yùn)輸環(huán)節(jié)極易出現(xiàn)稻米發(fā)生霉變，產(chǎn)生有害菌類，危害稻米的使用安全。交易記錄中主要提取了供應(yīng)鏈中每個環(huán)節(jié)的成本價格以及銷售價格。供應(yīng)鏈的參與人員主要分為了生產(chǎn)人員、收儲人員、加工人員、倉儲人員、運(yùn)輸人

員以及銷售人員。參與供應(yīng)鏈的各類人員中，參與人員的工作要求關(guān)系著稻米的質(zhì)量安全，這也是監(jiān)管部門監(jiān)管的重要方面。

稻米監(jiān)管模型服務(wù)于參與企業(yè)、監(jiān)管機(jī)構(gòu)以及消費(fèi)者，對其權(quán)限數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集。參與企業(yè)包含生產(chǎn)企業(yè)、收儲企業(yè)、加工企業(yè)、倉儲企業(yè)、運(yùn)輸企業(yè)以及銷售企業(yè)共6大類型企業(yè)。其權(quán)限數(shù)據(jù)信息采集主要包含企業(yè)名稱、企業(yè)地址、主營業(yè)務(wù)等基礎(chǔ)信息以及該企業(yè)的信用數(shù)據(jù)。監(jiān)管機(jī)構(gòu)包含國家糧食和物資儲備局、財政部、國家衛(wèi)生健康委員會、國家市場監(jiān)督管理總局、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部等。其權(quán)限數(shù)據(jù)信息采集主要包含監(jiān)管機(jī)構(gòu)的所屬部門、監(jiān)管環(huán)節(jié)、規(guī)章制度等信息。對消費(fèi)者的權(quán)限數(shù)據(jù)信息采集主要包含身份信息、聯(lián)系方式、購買記錄等。

2 基于區(qū)塊鏈智能合約的稻米供應(yīng)鏈動態(tài)監(jiān)管模型構(gòu)建

在稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管信息解析及分類的基礎(chǔ)上，基于區(qū)塊鏈智能合約構(gòu)建了稻米供應(yīng)鏈動態(tài)監(jiān)管模型框架。稻米供應(yīng)鏈動態(tài)監(jiān)管模式如圖1所示。整個供應(yīng)鏈分為8小類參與人員，分別為生產(chǎn)人員、收儲人員、加工人員、倉儲人員、運(yùn)輸人員、銷售人員、監(jiān)管人員以及消費(fèi)者。分別對應(yīng)稻米供應(yīng)鏈6類企業(yè)，即生產(chǎn)企業(yè)、收儲企業(yè)、加工企業(yè)、運(yùn)輸企業(yè)、倉儲企業(yè)、銷售企業(yè)。框架將其歸為3大類，分別為銷售企業(yè)、查驗(yàn)人員、監(jiān)管人員。銷售企業(yè)為稻米供應(yīng)鏈的信息發(fā)布者，主要提供稻米需求，查驗(yàn)人員為除監(jiān)管部門以外的所有參與人員，目的在于與監(jiān)管機(jī)構(gòu)形成相互監(jiān)督的關(guān)系，既保證了監(jiān)管的可信性，也能依托于查驗(yàn)人員篩選出違規(guī)監(jiān)管人員，形成對監(jiān)管部門以及稻米質(zhì)量安全的雙向監(jiān)管。

圖1 稻米供應(yīng)鏈動態(tài)監(jiān)管模式示意圖Fig.1 Schematic of dynamic supervision model of rice supply chain

框架分為3部分，分別為區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)挖掘模塊、模型融合模塊。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)服務(wù)于整個框架，分為了8個骨干節(jié)點(diǎn)，分別對應(yīng)稻米供應(yīng)鏈中的種植、收儲、加工、運(yùn)輸、倉儲、銷售、監(jiān)管以及消費(fèi)8個環(huán)節(jié)；收儲骨干節(jié)點(diǎn)包含4個子節(jié)點(diǎn)，分別為收購、干燥、除雜、入倉；加工骨干節(jié)點(diǎn)包含5個子節(jié)點(diǎn)，分別為壟谷、碾米、色選、拋光以及包裝。模型融合模塊實(shí)現(xiàn)的功能為對環(huán)節(jié)參與人員進(jìn)行貢獻(xiàn)評估，依據(jù)貢獻(xiàn)系數(shù)，指導(dǎo)融合形成可信監(jiān)管模型、標(biāo)準(zhǔn)環(huán)節(jié)地區(qū)模型、可信查驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵约拜o驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并對其信用進(jìn)行更新。數(shù)據(jù)挖掘模塊通過智能合約對稻米供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，通過智能合約對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)稻米全供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)信息動態(tài)監(jiān)管以及監(jiān)管行為動態(tài)監(jiān)管。區(qū)塊鏈模塊貫穿整個稻米監(jiān)管框架，數(shù)據(jù)挖掘模塊將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行挖掘分析，通過智能合約實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的作用。數(shù)據(jù)融合模塊依據(jù)智能合約調(diào)用數(shù)據(jù)挖掘模塊分析整理的數(shù)據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行貢獻(xiàn)評估、模型融合以及參與人員信用更新。

稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管模型在區(qū)塊鏈以及智能合約的基礎(chǔ)上形成了4個可信監(jiān)管數(shù)據(jù)源，分別為可信監(jiān)管數(shù)據(jù)庫、可信查驗(yàn)數(shù)據(jù)庫、輔驗(yàn)數(shù)據(jù)庫以及標(biāo)準(zhǔn)環(huán)節(jié)地區(qū)數(shù)據(jù)庫?？尚疟O(jiān)管數(shù)據(jù)庫由稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管模型中篩選出來完全可信的監(jiān)管模型組成?？尚挪轵?yàn)數(shù)據(jù)庫為在業(yè)務(wù)流程中實(shí)行供應(yīng)鏈監(jiān)管的企業(yè)數(shù)據(jù)庫。可信查驗(yàn)數(shù)據(jù)庫為智能合約在查驗(yàn)人員的貢獻(xiàn)系數(shù)基礎(chǔ)上，形成的可信查驗(yàn)?zāi)Ｐ图?。輔驗(yàn)數(shù)據(jù)庫是針對消費(fèi)人員的數(shù)據(jù)庫，是在消費(fèi)者參與查驗(yàn)工作并且對稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管發(fā)揮一定作用的模型集合。標(biāo)準(zhǔn)環(huán)節(jié)地區(qū)數(shù)據(jù)庫為稻米供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)篩選出來的有害物含量符合國家標(biāo)準(zhǔn)的模型集合。

3 稻米供應(yīng)鏈動態(tài)監(jiān)管智能合約設(shè)計(jì)

智能合約為稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管框架核心部分，通過編寫相互調(diào)用、相互監(jiān)督的智能合約來實(shí)現(xiàn)對參與人員的身份初始化、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)調(diào)用、模型驗(yàn)證、信用評估以及貢獻(xiàn)評估。利用智能合約之間相互調(diào)用與相互監(jiān)督的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)稻米供應(yīng)鏈的實(shí)時動態(tài)監(jiān)管與信息的采集，并通過業(yè)務(wù)迭代對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，為后續(xù)系統(tǒng)監(jiān)管提供可信監(jiān)管數(shù)據(jù)庫。

3.1 合約設(shè)計(jì)

稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管框架利用智能合約之間的協(xié)作實(shí)現(xiàn)，即初始化智能合約(Initialization smart contract，ITSC)、數(shù)據(jù)調(diào)用智能合約(Data calling smart contract，DCSC)、模型驗(yàn)證智能合約(Model verification smart contract，MVSC)、數(shù)據(jù)傳輸智能合約(Smart contract for data transmission，SCDT)、貢獻(xiàn)評估智能合約(Contribution evaluation smart contract，CESC)、信用評估智能合約(Credit assessment smart contract，CASC)，合約與合約之間相互調(diào)用、相互監(jiān)督。智能合約之間的調(diào)用關(guān)系如圖2所示。

圖2 動態(tài)監(jiān)管智能合約關(guān)系圖Fig.2 Dynamic supervision smart contract relationship diagram

智能合約的定義以及作用如下。

ITSC：服務(wù)于稻米供應(yīng)鏈參與人員的身份初始化、業(yè)務(wù)信息發(fā)布。實(shí)現(xiàn)對業(yè)務(wù)進(jìn)度的把控以及對參與人員的職責(zé)定位。形成查驗(yàn)人員名單、監(jiān)管人員名單以及參與企業(yè)名單。

DCSC：作用于參與人員在各個環(huán)節(jié)之間的數(shù)據(jù)調(diào)用以及各企業(yè)之間信息的查詢，包括環(huán)節(jié)污染物含量數(shù)據(jù)、各企業(yè)主體信息以及信用積分。

SCDT：應(yīng)用于參與企業(yè)實(shí)時數(shù)據(jù)的上鏈以及模型驗(yàn)證環(huán)節(jié)中數(shù)據(jù)的加密傳輸以及報告、名單等數(shù)據(jù)的上鏈。主要作用為在區(qū)塊鏈上保留交互記錄信息。

MVSC：用于查驗(yàn)人員以及監(jiān)管人員之間的評估報告提交，以及達(dá)成共識之后，發(fā)布最終評估報告，通過報告之間的定量分析得出可信查驗(yàn)人員名單、失信人員名單、可信監(jiān)管人員名單以及違規(guī)監(jiān)管人員名單。

CESC：用于計(jì)算監(jiān)管人員以及查驗(yàn)人員的貢獻(xiàn)系數(shù)，并指導(dǎo)形成可信監(jiān)管模型、標(biāo)準(zhǔn)環(huán)節(jié)地區(qū)模型、可信查驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵约拜o驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

CASC：對參與該業(yè)務(wù)的所有參與者的信用積分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行記錄。

智能合約是稻米監(jiān)管模型的核心部分，稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管模型依靠多個智能合約實(shí)現(xiàn)信息的采集以及模型的融合。本文對ITSC、DCSC、MVSC、SCDT、CESC、CASC進(jìn)行編程，對稻米供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)步驟進(jìn)行梳理，采取程序化語言對稻米供應(yīng)鏈的合約設(shè)計(jì)進(jìn)行描述。為了區(qū)分稻米供應(yīng)鏈模型各個階段，本文采用兩個無符號標(biāo)志位進(jìn)行區(qū)分，分別為{startI,endO}={link,link}、{startI,endO}={link,break}以及{startI,endO}={break,break}，其中l(wèi)ink為真，break為假，分別對應(yīng)模型的初始化階段、業(yè)務(wù)監(jiān)管階段以及貢獻(xiàn)量化階段。該模型的一些重要的符號表示如表2所示。

表2 變量說明以及描述Tab.2 Variable introduction and description

3.1.1ITSC智能合約

ITSC是稻米供應(yīng)鏈運(yùn)行的首要階段，主要實(shí)現(xiàn)稻米供應(yīng)鏈參與人員的初始化功能。首先，ITSC對發(fā)布企業(yè)O進(jìn)行信用積分驗(yàn)證，符合條件后，對該發(fā)布企業(yè)O賦予唯一角色代號a。之后，合約將任務(wù)需求書TRADE廣播至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，本批次稻米業(yè)務(wù)D正式上鏈啟動。當(dāng)企業(yè)查看TRADE后，申請參與此次業(yè)務(wù)，合約依據(jù)TRADE對企業(yè)的信用積分進(jìn)行驗(yàn)證后，按照企業(yè)的主營業(yè)務(wù)類型賦予相應(yīng)的環(huán)節(jié)編號，并生成Flist列表。ITSC主要對監(jiān)管人員的身份以及信用積分進(jìn)行驗(yàn)證，符合條件后，賦予該監(jiān)管人員唯一角色代號b，并生成Rlist列表。除了監(jiān)管人員以外，所有的參與人員都可以申請成為查驗(yàn)人員，ITSC對其身份以及信用積分認(rèn)證后，賦予該查驗(yàn)人員唯一角色代號c，并生成相應(yīng)的Clist列表。在初試化階段，除了發(fā)布人員之外，合約依據(jù)申請時間先后以及TRADE規(guī)定，對本次D所產(chǎn)生的Clist、Rlist以及Flist列表的長度進(jìn)行規(guī)定，當(dāng)Clist、Rlist以及Flist列表人員數(shù)量達(dá)到Clim、Rlim、Flim時，ITSC不再接受申請。

合約對參與企業(yè)進(jìn)行了限定，如F需參與此次業(yè)務(wù)，信用積分必須達(dá)到一定的數(shù)值。F的積分計(jì)算公式為

HF=H1+H2+…+Hj

(1)

式(1)中，Hj為該企業(yè)參與查驗(yàn)工作的人員的個體信用積分，F(xiàn)的信用積分體現(xiàn)在該企業(yè)參與查驗(yàn)工作的人員的信用度累積和。

除此之外，合約對F的數(shù)量也進(jìn)行了限定。對于申請認(rèn)定查驗(yàn)者身份，合約采取對申請人員進(jìn)行信用積分審核的方式進(jìn)行驗(yàn)證，信用積分是稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管框架進(jìn)行資格認(rèn)定的必要條件。

3.1.2DCSC智能合約

為了方便查驗(yàn)人員獲取環(huán)節(jié)污染物含量數(shù)據(jù)以及各參與企業(yè)之間溝通交流，本文設(shè)計(jì)DCSC來解決此問題。查驗(yàn)人員、監(jiān)管人員以及各參與企業(yè)向DCSC發(fā)送調(diào)用數(shù)據(jù)的哈希值，如果申請人在Clist、Rlist以及Flist中，DCSC分發(fā)數(shù)據(jù)集Cset、Rset以及Fdate給相應(yīng)申請人員。為了便于確定各個企業(yè)的訪問權(quán)限，本文通過賦予企業(yè)唯一哈希值來解決這個問題，DCSC通過辨別企業(yè)哈希值來確定企業(yè)的權(quán)限。DCSC分發(fā)數(shù)據(jù)集的路徑公式為

Pathfile={RDS{Di{Hi{file}}},pkp}

(2)

各企業(yè)查看其他企業(yè)信息路徑公式為

Pathfile={RDS{Fi{file}}，pkp}

(3)

式(2)中，RDS為云數(shù)據(jù)庫，Di為云數(shù)據(jù)庫中該項(xiàng)目所在庫位置，DCSC利用參與人員的公鑰定位到數(shù)據(jù)的具體位置，對數(shù)據(jù)集進(jìn)行分發(fā)。式(3)中Fi為各參與企業(yè)具體信息的存儲庫位置，各企業(yè)通過各自的公鑰對所需查看的其他企業(yè)具體信息進(jìn)行提取。

3.1.3SCDT智能合約

SCDT主要服務(wù)于MVSC，作用體現(xiàn)在參與企業(yè)在稻米供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)ZDi進(jìn)行實(shí)時上鏈以及MVSC對模型進(jìn)行驗(yàn)證時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并將整個交互記錄存儲到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)Ci以及Ri在本地生成Eci報告以及Ei報告之后，SCDT首先對其身份進(jìn)行驗(yàn)證，確定Ci以及Ri屬于本次業(yè)務(wù)D參與人員，之后對報告進(jìn)行加密上鏈。同樣，當(dāng)Ri請求獲取Eci報告時，SCDT驗(yàn)證其身份，并對Eci報告進(jìn)行傳輸。

SCDT保證了數(shù)據(jù)的安全傳輸，整個傳輸過程采用非對稱加密的形式對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，即參與企業(yè)、查驗(yàn)人員與監(jiān)管人員使用私鑰進(jìn)行簽名，利用公鑰進(jìn)行驗(yàn)證。SCDT智能合約與DTSC智能合約貫穿于整個稻米供應(yīng)鏈，共同對供應(yīng)鏈內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸與調(diào)用。SCDT智能合約與DTSC智能合約是其他智能合約相互連接、相互監(jiān)督的紐帶。

3.1.4MVSC智能合約

MVSC智能合約為稻米供應(yīng)鏈的核心智能合約，實(shí)現(xiàn)對查驗(yàn)人員以及監(jiān)管人員對數(shù)據(jù)信息的查驗(yàn)與監(jiān)管，以及對查驗(yàn)行為、監(jiān)管行為的管理,其偽代碼設(shè)計(jì)如算法1所示。

算法1：模型驗(yàn)證智能合約(MVSC)

Input：{startI,endO}={link,break}；O；Clist；φ；Rlist；SGR；

Output：{startI,endO}={break,break}；Eci；Ei；Ecr；Csuclist；CBFlist；RBflist；Rverlist；

1：ifCi∈Clist

Ri∈Rlist

C?DCSC

R?DCSC

//調(diào)用DCSC

returnCi?Cset

Ri?Rset

//分發(fā)數(shù)據(jù)集

else

end

2：ifC∈Clist

C依據(jù)φ查驗(yàn)環(huán)節(jié)污染物含量

//實(shí)時查驗(yàn)

returnEci

Eci?SCDT

ifR∈Rlist

R依據(jù)φ查驗(yàn)環(huán)節(jié)污染物含量

//實(shí)時監(jiān)管

returnEi

Ei?DCSC

3：ifRi?RBFlist

dist(Eci，Ei)≤θC

returnRi→Ci(γi)

send (Ci,Ri,γi)

Ri→Rverlist

else

Ri駁回Eci

Ci→CBFlist

return 2

//對查驗(yàn)行為進(jìn)行實(shí)時監(jiān)管

3：ifγi的數(shù)量≥SGR

return 4

else

return 2

4：C生成Ecr

Ecr?SCDC

//調(diào)用SCDC

5：if dist(Ei，Ecr)≥θR

returnRi→RBFlist

將Rverlist中Ri刪除

//對監(jiān)管行為進(jìn)行實(shí)時監(jiān)督

ifEci的數(shù)量小于該環(huán)節(jié)所需最少數(shù)量

return 2

else

Ci→Csuclist

6：ifCsuclist=ClistorO對稻米滿意

return

{startI,endO}={break,break}

else

return 2

7：output：{startI,endO}={break,break}；Eci；Ei；Ecr；Csuclist；CBFlist；RBflist；Rverlist

查驗(yàn)人員以及監(jiān)管人員在本地形成Eci與Ei，調(diào)用SCDT將其加密傳輸?shù)絽^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，Eci與Ei加密傳輸公式為

SendEci={Wi,Yi,Zi}skp

(4)

SendEi={Wi,Yi,Zi}skp

(5)

本文設(shè)定的傳輸方式為私鑰加密公鑰解密，以此來保證數(shù)據(jù)的安全性?？尚疟O(jiān)管人員(在模型經(jīng)過多次業(yè)務(wù)迭代之后形成的可信監(jiān)管數(shù)據(jù)庫中的監(jiān)管人員)調(diào)用SCDT獲取Eci，獲取方式為

Path={RDS{Di{Hi{Eci}}},pkp}

(6)

在檢查Eci的可信性后，該監(jiān)管人員將認(rèn)證簽名發(fā)送給該查驗(yàn)人員，該查驗(yàn)人員在獲取到足夠的簽名之后發(fā)布Ecr到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。本文將Eci與Ei報告中3個維度的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化，MVSC依據(jù)設(shè)定好的歐氏距離對Eci、Ei、Ecr進(jìn)行對比，從而生成Csuclist、CBFlist、RBflist、Rverlist共4個列表，以便CESC與CASC進(jìn)行模型的融合以及信用積分的評估。歐氏距離計(jì)算公式為

Dist(Eci,Ei)=

(7)

Dist(Ei,Ecr)=

(8)

式(4)顯示的是查驗(yàn)人員利用本身私鑰對Eci進(jìn)行加密然后傳輸?shù)絽^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，Eci為Wi、Yi、Zi的整合，同理式(5)顯示的是監(jiān)管人員對Ei的加密傳輸方式。式(6)中，模型首先訪問到云數(shù)據(jù)庫，之后訪問到該項(xiàng)目庫，再訪問到該環(huán)節(jié)庫，最后查詢到該Eci。式(7)、(8)是Eci與Ei之間的歐氏距離具體算法，其中WRi和WCi、YRi和YCi、ZRi和ZCi分別表示監(jiān)管人員和查驗(yàn)人員的第i個環(huán)節(jié)有害物記錄、交易記錄、主體信息，具體為首先對Eci與Ei中3個維度的信息進(jìn)行量化，之后按照公式對其進(jìn)行計(jì)算。

3.1.5CESC智能合約

CESC首先對Ri和Ci進(jìn)行可信性驗(yàn)證，確定Ri屬于Rverlist列表以及Ci屬于Csuclist列表，并對Ci進(jìn)行中的消費(fèi)者S以及其他查驗(yàn)人員進(jìn)行區(qū)分。其次，CESC對Ecr報告與供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)Hi進(jìn)行匹配，并確定確認(rèn)的第i個環(huán)節(jié)的稻米污染物含量PLAi小于預(yù)設(shè)的污染物含量要求φ。之后，CESC對查驗(yàn)人員以及監(jiān)管人員進(jìn)行貢獻(xiàn)系數(shù)的計(jì)算，并依據(jù)貢獻(xiàn)系數(shù)對可信查驗(yàn)?zāi)Ｐ蚐tepCi、可信監(jiān)管模型TSM、輔驗(yàn)?zāi)Ｐ虵Y以及標(biāo)準(zhǔn)環(huán)節(jié)地區(qū)模型TL進(jìn)行指導(dǎo)融合，融合方式為

(9)

(10)

(11)

其中TL為相應(yīng)Ecr對應(yīng)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)。模型在反復(fù)業(yè)務(wù)迭代的過程中形成可信查驗(yàn)數(shù)據(jù)庫、可信監(jiān)管數(shù)據(jù)庫、輔驗(yàn)數(shù)據(jù)庫以及標(biāo)準(zhǔn)環(huán)節(jié)地區(qū)數(shù)據(jù)庫。貢獻(xiàn)系數(shù)σi的計(jì)算依據(jù)各類參與人員發(fā)布的Eci、Ei、Ecr的數(shù)量決定，是一個等量轉(zhuǎn)化的過程。CESC形成的數(shù)據(jù)信息存儲在云數(shù)據(jù)庫中，區(qū)塊鏈各節(jié)點(diǎn)存儲相關(guān)索引信息，兩者呈平行映射關(guān)系。

3.1.6CASC智能合約

在稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管模型中，信用積分是評判企業(yè)的參與資格以及監(jiān)管人員監(jiān)管質(zhì)量的唯一指標(biāo)。本文設(shè)計(jì)CASC對一個迭代業(yè)務(wù)過程中各個參與人員的信用積分進(jìn)行計(jì)算更新。CASC對信用積分的評判采取的方法為參與人員本身的信用積分加上預(yù)先設(shè)定好的積分獎勵以及懲罰，這一部分可以依據(jù)現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行定量設(shè)計(jì)。除此之外，CASC將各環(huán)節(jié)的確定污染物含量傳輸至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，傳輸方式定義為MSG，使CESC能夠依據(jù)此進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)環(huán)節(jié)地區(qū)模型的融合。CASC的設(shè)計(jì)如算法2所示。

算法2：信用評估智能合約(CASC)

Input: {startI,endO}={break,break}；Csuclist；Rverlist；CBFlist；RBFlist；T+；T-；

Output: {startI,endO}={link,link}；TCi；TRi；

1：ifRi∈RBFlist

Ci∈CBFlist

returnTRi=TRi-T-

TCi=TCi-T-

//對查驗(yàn)/監(jiān)管失信人員進(jìn)行相應(yīng)信用積分的扣除

Ri→ListRe

Ci→ListRe

2：ifCi∈Csuclist

Ri∈Rverlist

returnTCi=TCi+T+

TRi=TRk+T+

//對查驗(yàn)/監(jiān)管可信人員進(jìn)行相應(yīng)信用積分的增加

3：ifCi∈Csuclist

return send(Ci，O，MSG)

//傳輸可信環(huán)節(jié)各數(shù)據(jù)信息，以便形成標(biāo)準(zhǔn)環(huán)節(jié)地區(qū)數(shù)據(jù)庫，Sig為數(shù)字簽名

4：if len(ListRe)=len(RList∪CList)

//驗(yàn)證所有人員是否更新完畢

return {startI,endO}={link,link}

else

return 1

5：output：{startI,endO}={link,link}；TCi；TRi；ListRe

在整個模型中，所有的數(shù)據(jù)都可以存儲在區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)之中，表3為智能合約在處理稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管模型監(jiān)管邏輯時產(chǎn)生的一些交互記錄。

表3 模型運(yùn)行參數(shù)Tab.3 Model operating parameters

本文通過設(shè)計(jì)定制化的智能合約對稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管模型內(nèi)部邏輯進(jìn)行封裝。智能合約的設(shè)計(jì)類型主要分為功能型合約與服務(wù)型合約，功能型合約為ITSC、MVSC、CESC以及CASC，主要實(shí)現(xiàn)稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管模型的初始化工作、模型驗(yàn)證、信用評估等主要功能。服務(wù)型合約主要為DCSC與SCDT，其主要服務(wù)于稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管模型內(nèi)部數(shù)據(jù)的流動。本文在稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管模型框架以及智能合約的基礎(chǔ)上，對稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管模型流程進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

3.2 運(yùn)行流程

稻米供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)框架涵蓋了從種植環(huán)節(jié)到消費(fèi)環(huán)節(jié)，為稻米監(jiān)管提供了一套完備的監(jiān)管體系。在此基礎(chǔ)上，本文構(gòu)建了稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管模型，整個模型的運(yùn)行模式分為3個步驟，分別為初始化階段、動態(tài)監(jiān)管階段以及貢獻(xiàn)量化階段，稻米供應(yīng)鏈模型流程圖如圖3所示。

圖3 模型運(yùn)行流程示意圖Fig.3 Schematic of model running process

該模型與區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)成平行映射的關(guān)系，整個流程3個階段的具體操作流程如下：

(1)初始化階段

銷售企業(yè)向ITSC遞交該業(yè)務(wù)說明書，申請發(fā)布此次業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)說明書包含所需稻米品種、參與該企業(yè)所需最低信用評分等。ITSC驗(yàn)證總資金以及該銷售企業(yè)信用積分，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，ITSC通過該申請，將該業(yè)務(wù)發(fā)布到區(qū)塊鏈上，并賦予企業(yè)代號a，否則駁回。

各類企業(yè)查詢業(yè)務(wù)說明書，向ITSC申請參與該業(yè)務(wù)，ITSC查驗(yàn)各類企業(yè)信用積分，達(dá)到要求后，ITSC通過申請，賦予各申請企業(yè)代號(1,2,…)，每個代號對應(yīng)唯一哈希值。輸出參與企業(yè)名單。該業(yè)務(wù)開始，企業(yè)將數(shù)據(jù)實(shí)時上傳至區(qū)塊鏈。銷售企業(yè)以及各參與企業(yè)可通過DCSC查詢其他企業(yè)具體信息，例如地址、名稱、信用積分等。

監(jiān)管部門向ITSC申請參與該業(yè)務(wù)，ITSC驗(yàn)證監(jiān)管部門信用積分，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，賦予角色代號b輸出參與此次業(yè)務(wù)監(jiān)管部門名單，否則駁回。

除監(jiān)管部門外所有參與企業(yè)人員均可向ITSC申請成為查驗(yàn)人員，ITSC驗(yàn)證申請人員信用積分，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，通過驗(yàn)證，賦予角色代號c，輸出查驗(yàn)人員名單，否則駁回。

(2)動態(tài)監(jiān)管階段

查驗(yàn)人員以及監(jiān)管部門向DCSC提出申請獲取各環(huán)節(jié)污染物含量數(shù)據(jù)，DCSC驗(yàn)證角色代號(哈希值)，分發(fā)給查驗(yàn)人員以及監(jiān)管部門相對應(yīng)實(shí)時數(shù)據(jù)。查驗(yàn)人員依據(jù)獲得的數(shù)據(jù)在本地形成該環(huán)節(jié)污染物報告Ei，并將Eci發(fā)布到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上。監(jiān)管人員依據(jù)獲得的數(shù)據(jù)在本地形成該環(huán)節(jié)污染物報告Ei，并將Eci發(fā)布到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上。可信監(jiān)管人員查看Eci，符合要求，將認(rèn)證簽名發(fā)送給查驗(yàn)人員，如果Eci僅只是不符合要求而不是存在欺騙行為，僅駁回該報告，該查驗(yàn)人員可以再次提交。當(dāng)查驗(yàn)人員發(fā)布的Eci報告獲得足夠多的簽名(達(dá)到標(biāo)準(zhǔn))后，發(fā)布Ecr到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。

設(shè)定歐氏距離，定量分析各報告差異。如果dist(Ei,Eci)≥θC,該查驗(yàn)人員涉及欺騙行為，將其添加到失信列表中。如果dist(Ei,Ecr)≥θR,該監(jiān)管人員涉嫌欺騙行為，將其添加到失信列表。CASC依據(jù)設(shè)定好的獎懲規(guī)則，對列表中的信用積分進(jìn)行扣除，否則增加。

(3)貢獻(xiàn)量化階段

當(dāng)所有過程完成后，或者銷售企業(yè)收到滿意稻米后，查驗(yàn)人員向CESC發(fā)送所查驗(yàn)環(huán)節(jié)的污染物含量報告以及獲得認(rèn)證簽名，CESC融合形成標(biāo)準(zhǔn)環(huán)節(jié)地區(qū)數(shù)據(jù)模型，CASC更新各查驗(yàn)人員信用積分，并匹配到相對應(yīng)企業(yè)，將其和作為該企業(yè)信用積分，計(jì)算各個查驗(yàn)人員貢獻(xiàn)度，CESC融合形成可信查驗(yàn)人員數(shù)據(jù)模型，并分離出消費(fèi)者，形成輔驗(yàn)數(shù)據(jù)模型。更新監(jiān)管人員信用積分，計(jì)算監(jiān)管人員貢獻(xiàn)度，CESC融合形成可信監(jiān)管數(shù)據(jù)模型。一次業(yè)務(wù)的完成為一次迭代，當(dāng)多次迭代之后，形成相應(yīng)4個可信數(shù)據(jù)庫。

4 稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)及模型驗(yàn)證

稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管模型能夠?qū)Ω鱾€環(huán)節(jié)進(jìn)行動態(tài)實(shí)時監(jiān)管，且能夠使參與人員與監(jiān)管機(jī)構(gòu)之間形成雙向監(jiān)管，保證了監(jiān)管人員的監(jiān)察可信。本文對稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管模型進(jìn)行了正確性以及實(shí)用性驗(yàn)證，建立稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管原型系統(tǒng)，并通過系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用情況對該模型進(jìn)行測試。

4.1 原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本文以稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管模型為核心，構(gòu)建稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管原型系統(tǒng)。原型系統(tǒng)分為應(yīng)用層、合約層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層以及數(shù)據(jù)層，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管系統(tǒng)架構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic of rice supply chain supervision system architecture

應(yīng)用層服務(wù)于參與企業(yè)、消費(fèi)者以及監(jiān)管機(jī)構(gòu)，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、依據(jù)信用積分賦予相應(yīng)權(quán)限、輔助監(jiān)管、全供應(yīng)鏈監(jiān)管、監(jiān)管部門內(nèi)部監(jiān)管等功能。合約層主要由6個智能合約組成，主要服務(wù)于應(yīng)用層的調(diào)用以及系統(tǒng)內(nèi)部邏輯的封裝。系統(tǒng)采取P2P網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的廣播，參與人員共同提供數(shù)據(jù)與服務(wù)，共同獲取所需信息。系統(tǒng)采用的共識機(jī)制為實(shí)用拜占庭容錯算法(Practical Byzantine fault tolerance，PBFT)，并采用聯(lián)盟鏈的準(zhǔn)入機(jī)制。數(shù)據(jù)層分為區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)存儲數(shù)據(jù)以及云數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)。為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)存儲各個環(huán)節(jié)的索引信息，存儲量少。系統(tǒng)主體數(shù)據(jù)通過區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)索引加密存儲在云數(shù)據(jù)庫，整個云數(shù)據(jù)庫分為4部分：可信查驗(yàn)數(shù)據(jù)庫、可信監(jiān)管數(shù)據(jù)庫、輔驗(yàn)數(shù)據(jù)庫以及標(biāo)準(zhǔn)環(huán)節(jié)地區(qū)數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)采集層由頻射技術(shù)(RFID)、條形碼、二維碼、互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)等組成，主要為參與企業(yè)對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集并且上傳到云數(shù)據(jù)庫并將其存儲位置以及相關(guān)索引信息加密傳輸至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，以便數(shù)據(jù)的及時處理，即模型對相關(guān)人員以及上傳的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行動態(tài)監(jiān)管。

稻米供應(yīng)鏈原型系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)分為客戶端、服務(wù)器、區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)以及云端數(shù)據(jù)庫4部分，客戶端以Web界面的形式給用戶提供服務(wù)。服務(wù)器是連接客戶端與區(qū)塊鏈的中介，為整個系統(tǒng)提供哈希計(jì)算、數(shù)據(jù)共享等服務(wù)。本系統(tǒng)使用JavaScript開發(fā)語言以及Golang開發(fā)語言進(jìn)行區(qū)塊鏈的開發(fā)，并使用 Gin、Vue 作為前、后端框架進(jìn)行全棧開發(fā)，平臺采用Hyperledger Fabric，智能合約運(yùn)行環(huán)境為Docker沙箱，加密體系采用ECDH(密鑰協(xié)商算法)，存儲介質(zhì)為RDS。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的本質(zhì)為各參與人員利用智能合約以及區(qū)塊鏈技術(shù)，對稻米供應(yīng)鏈產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集以及對整個稻米供應(yīng)鏈參與人員本身產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將數(shù)據(jù)庫分為4個可信數(shù)據(jù)庫，從而提高監(jiān)管的力度。稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管系統(tǒng)的運(yùn)行流程如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)運(yùn)行流程示意圖Fig.5 Schematic of system operation process

稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程從用戶通過網(wǎng)頁進(jìn)行注冊登記開始，其中銷售企業(yè)在系統(tǒng)中發(fā)布稻米收購需求，認(rèn)定為信息發(fā)布者，將該需求通過P2P網(wǎng)絡(luò)對整個系統(tǒng)進(jìn)行廣播，相關(guān)企業(yè)獲取到需求信息后，經(jīng)過系統(tǒng)審核，并參與此次業(yè)務(wù)。本次業(yè)務(wù)正式開始，參與企業(yè)通過智能合約對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時上鏈，然后監(jiān)管部門進(jìn)入系統(tǒng)對此次業(yè)務(wù)進(jìn)行監(jiān)管，參與人員申請參與稻米供應(yīng)的查驗(yàn)。查驗(yàn)人員以及監(jiān)管人員達(dá)成PBFT共識，在獲取相關(guān)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)后，分別形成Eci、Ei以及Eci，并將其存儲到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)調(diào)用智能合約，在服務(wù)器端對報告進(jìn)行處理，整理出可信/違規(guī)監(jiān)管列表、可信/違規(guī)查驗(yàn)列表，并對其信用積分進(jìn)行相應(yīng)的獎勵以及懲罰，并依據(jù)這些列表數(shù)據(jù)以及采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)形成可信監(jiān)管模型、可信查驗(yàn)?zāi)Ｐ?、可信?biāo)準(zhǔn)環(huán)節(jié)地區(qū)模型以及輔驗(yàn)?zāi)Ｐ?。在業(yè)務(wù)迭代過程中，形成4個模型的數(shù)據(jù)庫。整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)調(diào)用與傳輸采用非對稱加密傳輸?shù)男问?，即公鑰加密、私鑰解密或私鑰加密、公鑰解密，因此數(shù)據(jù)的安全性得到保證。

4.2 結(jié)果分析

通過對東北地區(qū)某批次稻米供應(yīng)鏈進(jìn)行調(diào)研，該批次稻米環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)記錄詳細(xì)且保存完整。本文利用該批次稻米數(shù)據(jù)對稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管系統(tǒng)進(jìn)行分析驗(yàn)證。并在某監(jiān)管單位的幫助下，對本系統(tǒng)的實(shí)用性進(jìn)行測試。系統(tǒng)Web端登錄界面如圖6a所示。不同的用戶可選擇相應(yīng)的所屬類別進(jìn)行登陸。擁有管理權(quán)限的監(jiān)管機(jī)構(gòu)登錄系統(tǒng)后的主頁如圖6b所示。系統(tǒng)分為9個管理模塊，其中在主頁界面，系統(tǒng)采取可視化方式對當(dāng)天業(yè)務(wù)數(shù)量、本月監(jiān)管合格率、報告數(shù)量、本月監(jiān)管違規(guī)次數(shù)進(jìn)行展示，并采取圖表的形式對系統(tǒng)完成業(yè)務(wù)批次信息進(jìn)行公示。監(jiān)管機(jī)構(gòu)可以實(shí)時把控稻米供應(yīng)鏈系統(tǒng)的監(jiān)管情況。監(jiān)管部門通過監(jiān)管業(yè)務(wù)模塊可以查看查驗(yàn)完成情況以及監(jiān)管完成情況。其中查驗(yàn)情況如圖6c所示，包括查驗(yàn)人員、聯(lián)系方式、數(shù)據(jù)獲取情況、報告發(fā)布情況、是否可信以及參與人數(shù)等。監(jiān)管情況如圖6d所示，包括監(jiān)管人員、聯(lián)系方式、數(shù)據(jù)獲取情況、認(rèn)證環(huán)節(jié)數(shù)量、信用積分是否更新完畢等。此設(shè)計(jì)使監(jiān)管機(jī)構(gòu)對監(jiān)管情況更好地把控，及時對監(jiān)管人員違規(guī)情況進(jìn)行處理，從而保證監(jiān)管的可信度，提高稻米質(zhì)量安全。

圖6 系統(tǒng)界面Fig.6 System interface diagrams

本系統(tǒng)通過定制化設(shè)計(jì)多業(yè)務(wù)智能合約來實(shí)現(xiàn)稻米全供應(yīng)鏈的動態(tài)監(jiān)管，通過實(shí)例驗(yàn)證，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)布企業(yè)對稻米需求的及時公布，并通過合約及時確定參與此次業(yè)務(wù)的人員，并進(jìn)行任務(wù)分配。參與企業(yè)在獲取稻米需求信息后能夠?qū)崟r將生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸?shù)葦?shù)據(jù)及時上傳到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)通過智能合約能夠?qū)崟r對所采集的信息進(jìn)行智能挖掘，并進(jìn)行分析，從而對數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)管以及監(jiān)管行為進(jìn)行監(jiān)督。且系統(tǒng)能夠提供可信數(shù)據(jù)來源庫，在業(yè)務(wù)迭代過程中可信數(shù)據(jù)庫中人員的可信度以及數(shù)量將會不斷增加，因此，本原型系統(tǒng)處理業(yè)務(wù)的效率也隨時間不斷增加。

本文對系統(tǒng)的業(yè)務(wù)能力進(jìn)行仿真，初試條件設(shè)為業(yè)務(wù)數(shù)量不限，模型融合數(shù)量隨時間的增加情況如圖7a所示。本文仿真了24 h內(nèi)TSM、StepCi、FY以及TL模型的融合數(shù)量隨著時間的增加而進(jìn)行動態(tài)變化的過程。隨著時間的增加，每小時融合形成的4個模型數(shù)量呈近似線性增加，并且當(dāng)仿真時間達(dá)到12 h時，每小時融合形成的4個模型的數(shù)量增長速度大幅增加，可以得出本文設(shè)計(jì)的原型系統(tǒng)隨著融合的可信模型數(shù)量的增加，處理業(yè)務(wù)的速度得到了相應(yīng)的提高。系統(tǒng)處理業(yè)務(wù)數(shù)量隨時間的變化情況如圖7b所示。本文將原型系統(tǒng)測試時間延長至35 d，可以更加明顯地看出原型系統(tǒng)處理業(yè)務(wù)的數(shù)量隨時間的增加不斷變快，例如，系統(tǒng)在第5天時，處理的業(yè)務(wù)數(shù)量達(dá)到1 500個左右，當(dāng)?shù)?0天時，處理的業(yè)務(wù)數(shù)量達(dá)到了3 500個左右，當(dāng)?shù)?5天時，處理的業(yè)務(wù)數(shù)量達(dá)到了6 200個左右。本系統(tǒng)在隨著運(yùn)行時間的增加，業(yè)務(wù)能力得到不斷增強(qiáng)。

圖7 業(yè)務(wù)能力測試Fig.7 Prototype system business capability test

5 結(jié)論

(1)分析了稻米供應(yīng)鏈全生命周期復(fù)雜數(shù)據(jù)并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建了稻米供應(yīng)鏈動態(tài)監(jiān)管模型，以模型為框架，定制化設(shè)計(jì)多業(yè)務(wù)監(jiān)管智能合約。最后結(jié)合模型以及智能合約構(gòu)建了稻米供應(yīng)鏈監(jiān)管原型系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了稻米供應(yīng)鏈全鏈數(shù)據(jù)動態(tài)監(jiān)管。

(2)主要結(jié)合區(qū)塊鏈智能合約技術(shù)對稻米供應(yīng)鏈進(jìn)行研究。首先，對稻米供應(yīng)鏈進(jìn)行分析，提煉出稻米供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)需上傳的稻米供應(yīng)鏈關(guān)鍵信息，并對稻米全供應(yīng)鏈參與者歸為企業(yè)、監(jiān)管機(jī)構(gòu)以及消費(fèi)者3類，并對其主要數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。其次，結(jié)合區(qū)塊鏈智能合約的方法構(gòu)建稻米全供應(yīng)鏈監(jiān)管模型框架。通過設(shè)計(jì)相互調(diào)用與監(jiān)督的智能合約，實(shí)現(xiàn)稻米供應(yīng)鏈全生命周期復(fù)雜數(shù)據(jù)的動態(tài)監(jiān)管以及可信人員數(shù)據(jù)模型的融合，最后，依據(jù)稻米全供應(yīng)鏈監(jiān)管模型，提出稻米全供應(yīng)鏈監(jiān)管原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并結(jié)合某批次稻米對該系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證和分析。

(3)實(shí)現(xiàn)了稻米供應(yīng)鏈復(fù)雜數(shù)據(jù)的動態(tài)監(jiān)管，解決了監(jiān)管人員的可信監(jiān)管行為實(shí)時監(jiān)督問題，并提供了無需驗(yàn)證的可信人員庫以及稻米數(shù)據(jù)信息庫，為加快我國糧食行業(yè)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，增強(qiáng)糧食作物監(jiān)管能力，保障糧食安全提供了一種可行務(wù)實(shí)的應(yīng)用解決思路。