基于區(qū)塊鏈的卷煙質(zhì)量追溯技術(shù)研究與設(shè)計(jì)

摘 要：隨著假煙、劣質(zhì)煙屢禁不止現(xiàn)象的愈演愈烈，卷煙銷售市場(chǎng)秩序受到一定影響，同時(shí)，由于假煙、劣質(zhì)煙質(zhì)量不過(guò)關(guān)，也影響著消費(fèi)者的生命健康。所以，市場(chǎng)和消費(fèi)者急需一項(xiàng)全新技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)卷煙質(zhì)量的管控和追溯。針對(duì)這一客觀現(xiàn)實(shí)，運(yùn)用集難篡改性、去中心性、分布儲(chǔ)存等特征于一身的區(qū)塊鏈技術(shù)，設(shè)計(jì)卷煙質(zhì)量追溯技術(shù)流程和架構(gòu)，解決卷煙質(zhì)量追溯難題。通過(guò)設(shè)計(jì)煙農(nóng)、煙站、卷煙工業(yè)企業(yè)、煙草商業(yè)企業(yè)和市場(chǎng)監(jiān)督管理局五個(gè)角色，將煙葉種植到卷煙銷售全程記錄在區(qū)塊上，在流程上保證卷煙質(zhì)量追溯的實(shí)現(xiàn);通過(guò)設(shè)計(jì)作業(yè)層、數(shù)據(jù)層、共識(shí)及網(wǎng)絡(luò)層、業(yè)務(wù)及應(yīng)用層、用戶層五個(gè)層次，將各流程中采集的關(guān)鍵信息儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，在架構(gòu)上保證卷煙質(zhì)量追溯的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈;不可篡改;卷煙;質(zhì)量追溯

中圖分類號(hào)：TP311.13 ????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-6432（2022）01-0062-02

DOI：10.13939/j.cnki.zgsc.2022.01.062

1 卷煙質(zhì)量追溯與區(qū)塊鏈技術(shù)

1.1 卷煙質(zhì)量追溯現(xiàn)狀

（1）制造銷售假煙現(xiàn)象嚴(yán)重。2019年，全國(guó)共查處5萬(wàn)元以上假私煙案件10826起，查獲假煙40.97萬(wàn)件、走私煙13.91萬(wàn)件、非法煙絲煙葉2.61萬(wàn)噸，收繳制假煙機(jī)337臺(tái)，依法拘留9178人、追究刑事責(zé)任5160人，嚴(yán)重影響了正常的市場(chǎng)秩序。

（2）假煙劣質(zhì)煙危害嚴(yán)重。受設(shè)備、工藝、原輔料選擇等多方面的限制，假煙存在多方面的缺陷，其中焦油含量高是其最明顯的危害，有的假煙中焦油含量高達(dá)每支50毫克以上，比當(dāng)前煙草行業(yè)強(qiáng)制性要求量高出284.6%。

（3）當(dāng)前卷煙質(zhì)量追溯技術(shù)薄弱。從早期的刮涂層、電話驗(yàn)證到后期的二維碼驗(yàn)證，煙草行業(yè)打假打私的技術(shù)一直在隨著技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)步，但是無(wú)法實(shí)現(xiàn)卷煙生產(chǎn)銷售流程的全面記錄，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的不可篡改，從而導(dǎo)致無(wú)法徹底治理制造、銷售假煙和劣質(zhì)煙的現(xiàn)象。

1.2 區(qū)塊鏈技術(shù)內(nèi)涵及特性

（1）區(qū)塊鏈技術(shù)內(nèi)涵。隨著比特幣的火熱，作為其底層技術(shù)的區(qū)塊鏈技術(shù)逐漸被熟知和研究。我國(guó)工業(yè)和信息化部2016年發(fā)布的《中國(guó)區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展白皮書》中將區(qū)塊鏈技術(shù)定義為：是集分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、共識(shí)機(jī)制、加密算法等計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的新型應(yīng)用技術(shù)。在區(qū)塊鏈技術(shù)模型中，基于時(shí)間戳的鏈?zhǔn)絽^(qū)塊結(jié)構(gòu)、分布式節(jié)點(diǎn)的共識(shí)機(jī)制、給予共識(shí)算力的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)和靈活可編程的智能合約是區(qū)塊鏈技術(shù)最具有代表性的創(chuàng)新點(diǎn)。

（2）區(qū)塊鏈技術(shù)的核心特性。第一，不可篡改性：由于區(qū)塊鏈技術(shù)數(shù)據(jù)層的時(shí)間戳功能可以清楚明確地記錄修改行為的具體操作主體和操作時(shí)間，在一定程度上對(duì)假煙、劣質(zhì)煙肆意篡改生產(chǎn)時(shí)間、生產(chǎn)地點(diǎn)等數(shù)據(jù)的行為形成一定的震懾作用。同時(shí)由于區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)都是分布式排列的，且通過(guò)51%的節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證才能夠發(fā)展為系統(tǒng)共識(shí)，如果想對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篡改就需要對(duì)系統(tǒng)中至少51%的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行逐個(gè)攻破并且擁有超過(guò)全區(qū)塊鏈系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)51%算力的支撐。這一特性有助于卷煙生產(chǎn)、卷煙銷售等重要信息進(jìn)行留存和保護(hù)，同時(shí)通過(guò)難篡改的數(shù)字簽名和可信時(shí)間戳的保證，卷煙質(zhì)量信息可以實(shí)現(xiàn)在各生產(chǎn)方和消費(fèi)者之間的安全流轉(zhuǎn);第二，去中心化：區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)質(zhì)上是分布式儲(chǔ)存技術(shù)，可以形象的描述，區(qū)塊鏈就是一個(gè)分布式的記賬本，系統(tǒng)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是這個(gè)記賬本的管理者，系統(tǒng)發(fā)生的每一筆交易都會(huì)被記錄在記賬本上，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以像賬本管理員一樣對(duì)交易進(jìn)行驗(yàn)證，這就使區(qū)塊鏈技術(shù)擁有了去中心化的特征。這一特性有助于從煙葉種植到卷煙銷售各個(gè)節(jié)點(diǎn)操作者對(duì)關(guān)鍵信息的管理，促進(jìn)質(zhì)量追溯體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)向扁平化發(fā)展，打造去中心化質(zhì)量追溯體系，實(shí)現(xiàn)卷煙質(zhì)量數(shù)據(jù)跨域、跨境流轉(zhuǎn)。

2 基于區(qū)塊鏈的卷煙質(zhì)量追溯體系流程設(shè)計(jì)

如圖1所示，為追溯流程設(shè)計(jì)方案，數(shù)據(jù)有數(shù)據(jù)庫(kù)和區(qū)塊鏈兩種方式儲(chǔ)存。數(shù)據(jù)庫(kù)由追溯系統(tǒng)中的市場(chǎng)監(jiān)督管理局維護(hù)，區(qū)塊鏈由煙農(nóng)、煙站、工業(yè)企業(yè)、商業(yè)企業(yè)四方共同維護(hù)，通過(guò)簡(jiǎn)便的操作進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)維護(hù)。除了以上四方，還有在追溯流程中最重要的角色：終端消費(fèi)者。

在設(shè)計(jì)追溯流程中，煙農(nóng)將種植過(guò)程中包括煙葉種植時(shí)間、煙葉種植地點(diǎn)、煙葉初烤時(shí)間等關(guān)鍵信息錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)和煙農(nóng)所維護(hù)的區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)內(nèi)的共識(shí)過(guò)程將關(guān)鍵信息寫入?yún)^(qū)塊，一旦寫入成功，這些信息便具有了區(qū)塊鏈所賦予的可追溯性、難篡改性等特質(zhì)，在信息寫入成功以后，會(huì)得到一條區(qū)塊返回值，這個(gè)返回值會(huì)保存到由市場(chǎng)監(jiān)督管理局維護(hù)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，是實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者對(duì)煙葉種植時(shí)間、地點(diǎn)等關(guān)鍵信息查詢的關(guān)鍵。

同樣的道理，煙站可以將煙葉收購(gòu)時(shí)間、煙葉收購(gòu)等級(jí)等關(guān)鍵信息寫入?yún)^(qū)塊中，工業(yè)企業(yè)可以將復(fù)烤時(shí)間、卷煙生產(chǎn)時(shí)間等關(guān)鍵信息寫入?yún)^(qū)塊中，商業(yè)企業(yè)可以將調(diào)運(yùn)信息、入庫(kù)時(shí)間、投放地區(qū)等關(guān)鍵信息寫入?yún)^(qū)塊中，得到相應(yīng)的返回值，保存在由市場(chǎng)監(jiān)督管理局維護(hù)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。市場(chǎng)監(jiān)督管理局在整個(gè)數(shù)據(jù)錄入的過(guò)程中起到監(jiān)督的作用，為消費(fèi)者購(gòu)買卷煙提供國(guó)家層面的監(jiān)督，切實(shí)保障消費(fèi)者的權(quán)益。

就消費(fèi)者而言，通過(guò)卷煙質(zhì)量追溯體系可以輕而易舉地查到煙農(nóng)、煙站、工業(yè)企業(yè)、商業(yè)企業(yè)所提供的關(guān)于卷煙的詳細(xì)信息。其主要操作流程為：消費(fèi)者通過(guò)掃描卷煙包裝上的二維碼對(duì)由市場(chǎng)監(jiān)督管理局所維護(hù)的數(shù)據(jù)庫(kù)中的卷煙相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，可以對(duì)卷煙的詳細(xì)流程信息進(jìn)行查詢，如果查詢顯示的信息與卷煙實(shí)際信息不符，在很大的程度上可以斷定所購(gòu)買的卷煙是假煙，消費(fèi)者可以向市場(chǎng)監(jiān)督管理局或者商業(yè)企業(yè)進(jìn)行舉報(bào)，獲得相應(yīng)的賠償。

3 基于區(qū)塊鏈的卷煙質(zhì)量追溯體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

參照區(qū)塊鏈的基層架構(gòu)，加入煙農(nóng)、煙站、工業(yè)企業(yè)、商業(yè)企業(yè)實(shí)際作業(yè)層，設(shè)計(jì)出包含作業(yè)層、數(shù)據(jù)層、共識(shí)及網(wǎng)絡(luò)層、業(yè)務(wù)及應(yīng)用層、用戶層5個(gè)層次的區(qū)塊鏈卷煙追溯架構(gòu)，如圖2所示，分別對(duì)應(yīng)不同的技術(shù)和不同的操作實(shí)體。

作業(yè)層指的是煙葉種植、煙葉收購(gòu)、卷煙生產(chǎn)、卷煙運(yùn)輸、卷煙銷售這五大環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)操作人員的運(yùn)作記錄和操作過(guò)程進(jìn)行記錄，保證卷煙質(zhì)量追溯數(shù)據(jù)主要來(lái)源。

數(shù)據(jù)層是實(shí)現(xiàn)整個(gè)質(zhì)量追溯體系的重要基礎(chǔ)，包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存。數(shù)據(jù)采集主要通過(guò)運(yùn)用RFID（射頻識(shí)別）、條形碼等技術(shù)，對(duì)卷煙全流程操作進(jìn)行記錄與寫入。數(shù)據(jù)儲(chǔ)存主要通過(guò)運(yùn)用哈希算法、鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、非對(duì)稱加密算法、時(shí)間戳等技術(shù)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證、寫入和儲(chǔ)存，從而實(shí)現(xiàn)區(qū)塊上數(shù)據(jù)的不可篡改。

共識(shí)及網(wǎng)絡(luò)層為卷煙質(zhì)量溯源提供技術(shù)保障，主要通過(guò)POW（工作量證明共識(shí)機(jī)制）、POS（權(quán)益證明共識(shí)機(jī)制）、DPOS（節(jié)點(diǎn)決策共識(shí)機(jī)制）實(shí)現(xiàn)區(qū)塊間數(shù)據(jù)的共識(shí)和驗(yàn)證，保證寫入?yún)^(qū)塊中的數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)區(qū)塊各節(jié)點(diǎn)所共同承認(rèn)的數(shù)據(jù)。通過(guò)P2P（對(duì)等網(wǎng)絡(luò)）實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的通信，區(qū)塊中每個(gè)節(jié)點(diǎn)既可以充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的請(qǐng)求者，又可以對(duì)其他計(jì)算機(jī)的請(qǐng)求作出響應(yīng)，提供內(nèi)容和資源，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證、共享和分布儲(chǔ)存。

業(yè)務(wù)及應(yīng)用層為卷煙質(zhì)量追溯提供運(yùn)行規(guī)則，設(shè)置智能合約、算法機(jī)制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)的連接。通過(guò)智能合約實(shí)現(xiàn)區(qū)塊數(shù)據(jù)之間驗(yàn)證的智能性。通過(guò)算法機(jī)制直接與實(shí)際業(yè)務(wù)掛鉤，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯與區(qū)塊鏈系統(tǒng)運(yùn)行的結(jié)合。

用戶層對(duì)應(yīng)的是參與和使用卷煙質(zhì)量追溯的個(gè)人或組織，主要包括市場(chǎng)監(jiān)督管理局、卷煙消費(fèi)者、煙農(nóng)、煙站、工業(yè)企業(yè)、商業(yè)企業(yè)等，滿足個(gè)人或組織對(duì)質(zhì)量追溯的不同需求。

4 基于區(qū)塊鏈的卷煙質(zhì)量追溯體系的實(shí)現(xiàn)

區(qū)塊鏈利用其特有時(shí)間戳、共識(shí)機(jī)制等技術(shù)手段使煙葉種植、煙葉收購(gòu)、卷煙生產(chǎn)、卷煙銷售等數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了不可篡改和溯源功能。同時(shí)將市場(chǎng)監(jiān)督管理局和消費(fèi)者納入卷煙質(zhì)量溯源監(jiān)督體系，打破了傳統(tǒng)溯源的信息孤島，提供了信息支持，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)和銷售過(guò)程的全透明，為良好的市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)秩序提供技術(shù)支持，為消費(fèi)者的生命健康提供質(zhì)量保障。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)研究發(fā)展的深入，加之煙草行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的要求，區(qū)塊鏈技術(shù)必將為卷煙溯源、打假打私提供新的解決方案。

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[作者簡(jiǎn)介]林浩瀚（1995—），男，蒙古族，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士，研究方向：新聞傳播、企業(yè)管理、區(qū)塊鏈技術(shù)落地應(yīng)用。

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