基于區(qū)塊鏈技術(shù)的服裝可追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

金鵬 薛哲彬 江潤恬 張弛 許晗

摘要： 目前服裝可追溯體系存在覆蓋不全、產(chǎn)權(quán)難以保護(hù)等問題，中心化賬本的數(shù)據(jù)記錄方式存在數(shù)據(jù)篡改風(fēng)險(xiǎn)，二維碼或RFID技術(shù)存在防偽性不足問題。針對服裝產(chǎn)品溯源與真?zhèn)伪孀R問題，文章提出一種基于權(quán)威證明機(jī)制的服裝可追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。通過對現(xiàn)有可追溯系統(tǒng)進(jìn)行分析，并對服裝供應(yīng)鏈進(jìn)行剖析分解，指出各環(huán)節(jié)與區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)合方式。系統(tǒng)借用區(qū)塊鏈技術(shù)，結(jié)合權(quán)威證明機(jī)制、哈希算法、時(shí)間戳技術(shù)、智能合約，從數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵(lì)層、合約層、應(yīng)用層六部分進(jìn)行研究，利用去中心化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對服裝產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)錄入。同時(shí)，解決算力與存儲(chǔ)空間不足、節(jié)點(diǎn)作惡、數(shù)據(jù)防篡改、服裝實(shí)物與數(shù)據(jù)結(jié)合問題，保證服裝產(chǎn)品的可溯源性與防偽性。

關(guān)鍵詞： 服裝;可追溯系統(tǒng);區(qū)塊鏈;權(quán)威證明;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號： TS941.26

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 1001-7003（2021）05-0062-08

引用頁碼： 051110

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.05.010（篇序）

Abstract： At present， there still exist some problems in clothing traceability system， such as incomplete coverage， difficulty in property rights protection， data tampering risk in centralized account book data recording methods， and lack of anti-falsification of two-dimensional code or RFID technology. To solve the issues concerning of clothing products traceability and authenticity identification of clothing products， a design scheme of clothing traceability system based on proof-of-authority mechanism was proposed. Through the analysis of the existing traceability system， the analysis and decomposition of the clothing supply chain， this paper pointed out the mode for the combination between each step and blockchain technology. This system is focused on the study from six aspects of data layer， network layer， consensus layer， incentive layer， contract layer and application layer， hash algorithm， timestamp technology and smart contract through blockchain technology based on proof-of-authority mechanism， and the data input of the whole life cycle of clothing products was implemented by using decentralized network structure. At the same time， this system can solve the problems of insufficient computing power and storage space， node evil， data tamper proofing， and the combination of clothing objects and data， thereby guaranteeing the traceability and anti-counterfeiting of clothing products.

Key words： clothing; traceability system; blockchain; proof-of-authority; system design

可追溯系統(tǒng)（traceability system）[1]是指利用與產(chǎn)品一一對應(yīng)的標(biāo)志，追溯或跟蹤某產(chǎn)品的生產(chǎn)、交易、售后情況的一種保障體系?？勺匪蒹w系一方面可以對產(chǎn)生問題的產(chǎn)品進(jìn)行追溯，以找清問題源頭[2];另一方面可對產(chǎn)品進(jìn)行跟蹤，以確定產(chǎn)品流通情況，便于售后處理等問題[3]。

隨著人們物質(zhì)生活水平不斷改善，消費(fèi)者對服裝的購買力有較大提升[4]。但鑒于服裝品牌、品類繁多，針對服裝的溯源仍存在諸多問題;同時(shí)，普通消費(fèi)者不具備對服裝真?zhèn)舞b別能力。因此，進(jìn)行服裝可追溯體系研究，使普通消費(fèi)者可追溯服裝生產(chǎn)全生命周期，具有相當(dāng)重要的意義。

區(qū)塊鏈作為一種新興技術(shù)，其具有的不可篡改、公開透明等特性，可用于改善現(xiàn)有服裝追溯體系中流程覆蓋、設(shè)計(jì)版權(quán)保護(hù)、監(jiān)管乏力等問題。將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于服裝可追溯體系中，不僅有利于服裝企業(yè)獲取版權(quán)保護(hù)、打擊盜版、利于自身的可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)可使政府監(jiān)管部門與消費(fèi)者一起參與服裝追溯體系的監(jiān)管及維護(hù)，促進(jìn)行業(yè)良性、可持續(xù)發(fā)展。

本文基于共識算法中的權(quán)威證明（POA），提出一種服裝溯源方法。該方法與傳統(tǒng)的RFID或二維碼溯源方法相比，具有不可篡改、無需實(shí)物、溯源性強(qiáng)、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)生活中具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 服裝可追溯體系研究現(xiàn)狀

針對可追溯體系的研究分為體系研究與技術(shù)研究兩大類，目前這些研究集中在農(nóng)產(chǎn)品領(lǐng)域，如肉制品、奶制品等[5]。目前，國內(nèi)外較為成熟的可追溯體系分為兩種，即中心化賬本模式或者由各個(gè)市場參與者分散式記錄和保存的模式。前者容易導(dǎo)致賬本被篡改等問題，而后者是一種信息孤島模式，賬本擁有者可以隨意更改臺賬。這兩種模式下產(chǎn)生的信任問題難以解決。同時(shí)，可追溯體系中的技術(shù)研究集中于RFID技術(shù)與二維碼技術(shù)。RFID使用專用讀寫器及附著于目標(biāo)物的RFID標(biāo)簽，對物品進(jìn)行非接觸式的移動(dòng)識別，從而對物品進(jìn)行全產(chǎn)業(yè)鏈的追蹤[6]。但RFID技術(shù)成本較高、實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，且由于讀寫器與標(biāo)簽之間的身份識別很容易破解，其安全性難以得到保障[7]。二維碼技術(shù)常用于煙酒茶、化妝品等行業(yè)[8]。該技術(shù)一般在產(chǎn)品包裝上粘貼具有獨(dú)一性的二維碼，并通過掃碼計(jì)數(shù)器甄別二維碼的掃碼次數(shù)，一個(gè)二維碼只有第一次掃碼時(shí)才會(huì)顯示正品，從而辨別產(chǎn)品真?zhèn)蝃9]。但該技術(shù)同樣存在相應(yīng)漏洞：包裝上的二維碼可被刮下并粘貼于仿制品上;用于甄別掃碼次數(shù)的系統(tǒng)可被偽造。

同時(shí)，國內(nèi)外研究學(xué)者也基于區(qū)塊鏈技術(shù)對服裝溯源問題作出相應(yīng)研究。Kamalendu Pal等[10]提出了一種基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)，該架構(gòu)使用分布式數(shù)據(jù)管理，以支持多方服裝供應(yīng)鏈中的交易服務(wù);Juan José Bullón Pérez等[11]基于區(qū)塊鏈技術(shù)提出一種服裝可追溯性方案，該方案在確保供應(yīng)鏈透明度的同時(shí)，保證服裝的真實(shí)性、可靠性和完整性;梁曉穎等[12]與蔡建梅等[13]均從用戶維度、屬性維度、功能維度3方面對區(qū)塊鏈技術(shù)在服裝供應(yīng)鏈上的應(yīng)用進(jìn)行可行性分析，

提出基于區(qū)塊鏈技術(shù)的服裝供應(yīng)鏈的邏輯框架或開發(fā)流程;王璽瑞等[14]對服裝生產(chǎn)流程進(jìn)行分解，指出在服裝生產(chǎn)銷售過程中可與區(qū)塊鏈技術(shù)相結(jié)合，并據(jù)此設(shè)計(jì)相應(yīng)系統(tǒng);祝煥等[15]從服裝線上定制模式入手，結(jié)合區(qū)塊鏈特點(diǎn)提出一種服裝定制發(fā)展策略。

綜上，目前利用區(qū)塊鏈技術(shù)對服裝溯源進(jìn)行的研究大多局限于理論層面，且對共識機(jī)制的選用、系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)等涉及較少。對供應(yīng)鏈溯源而言，傳統(tǒng)區(qū)塊鏈中的工作量證明機(jī)制及權(quán)益證明機(jī)制均存在諸多弊端。就工作量證明機(jī)制而言，其隨著系統(tǒng)內(nèi)交易數(shù)量的增多，其交易的確認(rèn)時(shí)間會(huì)逐漸增長，可拓展性差;而權(quán)益證明機(jī)制過于中心化，存在權(quán)益過大的節(jié)點(diǎn)篡改數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)。因此在實(shí)際使用時(shí)，傳統(tǒng)的區(qū)塊鏈溯源機(jī)制并不適用于供應(yīng)鏈溯源。

據(jù)此，本文提出一種基于權(quán)威證明算法的服裝可追溯體系。該體系與傳統(tǒng)區(qū)塊鏈所使用的工作量證明算法、權(quán)益證明算法相比，除去可保證溯源體系的真實(shí)性，同時(shí)具有低耗節(jié)能、反應(yīng)速度快、對系統(tǒng)容量要求較低、可拓展性好的優(yōu)點(diǎn)，可以切實(shí)解決服裝可追溯體系中的防偽問題與信息孤島問題。

2 服裝可追溯體系

2.1 服裝可追溯流程分析

服裝可追溯流程基本呈鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，大致可分為生產(chǎn)前流程、生產(chǎn)流程、生產(chǎn)后流程，如圖1所示。其中以服裝生產(chǎn)流程最為復(fù)雜，服裝從原料到成衣需經(jīng)過設(shè)計(jì)、制作、入庫、出庫一系列流程。

服裝生產(chǎn)前流程主要為服裝原材料進(jìn)廠前的一系列流程，包括服裝原材料生產(chǎn)流程與服裝設(shè)計(jì)流程。原材料生產(chǎn)流程包含服裝原料、面輔料的生產(chǎn)流程、物流運(yùn)輸流程;服裝設(shè)計(jì)流程包含設(shè)計(jì)需求、設(shè)計(jì)調(diào)研、設(shè)計(jì)版單、服裝效果圖、樣衣制作等。

服裝生產(chǎn)流程主要由倉儲(chǔ)部門、品管部門、生產(chǎn)部門、品檢部門負(fù)責(zé)完成。倉儲(chǔ)部門負(fù)責(zé)對進(jìn)廠原料、面輔料添加可追溯標(biāo)識，并確認(rèn)出廠成衣的可追溯標(biāo)識;品管部門負(fù)責(zé)確認(rèn)進(jìn)廠原料及面輔料的檢驗(yàn)狀態(tài);生產(chǎn)部門負(fù)責(zé)生產(chǎn)過程中的標(biāo)識作業(yè);品檢部門負(fù)責(zé)檢驗(yàn)成品品質(zhì)及標(biāo)識，并對可追溯性資料進(jìn)行收集與歸檔。

服裝生產(chǎn)后流程主要包括服裝出庫、物流分銷、經(jīng)銷商分銷、售后服務(wù)、舊衣回收等。

2.2 服裝可追溯體系現(xiàn)存問題

2.2.1 追溯流程全覆蓋問題

目前，服裝追溯體系的追溯流程集中于服裝生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部，對進(jìn)廠前的服裝原材料溯源及出廠后的服裝成衣溯源較為困難。由于服裝供應(yīng)鏈較為復(fù)雜，參與成衣生產(chǎn)的服裝企業(yè)眾多。而且企業(yè)間信息化程度不一、信任問題難以解決，產(chǎn)業(yè)上下游的信息不對稱問題突出，導(dǎo)致服裝原材料追溯問題難以解決。

此外，服裝產(chǎn)業(yè)作為僅次于石油業(yè)的第二大污染行業(yè)，其自身的可持續(xù)發(fā)展議題一直是行業(yè)痛點(diǎn)之一。目前服裝可追溯體系大多只能覆蓋至服裝銷售端，服裝出售后的市場流向難以掌握，對服裝回收再利用帶來一定困難，不利于服裝行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。

2.2.2 設(shè)計(jì)產(chǎn)權(quán)保護(hù)問題

服裝行業(yè)的產(chǎn)權(quán)保護(hù)問題日益嚴(yán)峻，服裝設(shè)計(jì)師或廠家的服裝設(shè)計(jì)作品難以得到保護(hù)。目前服裝可追溯體系的研究集中于對服裝實(shí)物的追溯，缺乏設(shè)計(jì)師版權(quán)保護(hù)問題的探討與解決。服裝設(shè)計(jì)的保護(hù)最普遍的方法為申請外觀專利，但這一方法耗時(shí)長，且會(huì)對設(shè)計(jì)師或廠商帶來經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，同時(shí)由于缺乏監(jiān)管，對盜版服裝的審查與追究行為也難以進(jìn)行。

2.2.3 監(jiān)管體系乏力問題

服裝行業(yè)與食品行業(yè)不同，難以從源頭對服裝成品進(jìn)行檢驗(yàn)追蹤，導(dǎo)致對不合格產(chǎn)品的追查困難。針對服裝產(chǎn)品的審查可分為企業(yè)的樣品送檢與市場抽查兩種。企業(yè)送檢的樣品合格不足以說明大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的所有批次均能達(dá)到合格要求。針對服裝產(chǎn)品的審查通常由地區(qū)內(nèi)的市場監(jiān)管局進(jìn)行，一般以抽檢的方式進(jìn)行檢測。但服裝批次多、種類雜，難以對同類服裝進(jìn)行追蹤。不合格的服裝產(chǎn)品特別是嬰幼兒服裝、校服等品類的服裝流入市場，會(huì)對消費(fèi)者人身安全產(chǎn)生一定威脅，同樣不利于行業(yè)發(fā)展。

2.2.4 數(shù)據(jù)篡改問題

現(xiàn)行服裝可追溯體系的數(shù)據(jù)搜集、整理、存儲(chǔ)工作由服裝企業(yè)負(fù)責(zé)，消費(fèi)者或市場監(jiān)管部門難以參與，數(shù)據(jù)以中心化的方式進(jìn)行管理，體系內(nèi)數(shù)據(jù)面臨被惡意篡改風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的服裝可追溯系統(tǒng)優(yōu)勢

與現(xiàn)行可追溯系統(tǒng)相比，由于區(qū)塊鏈技術(shù)的不可篡改、公開透明、集體維護(hù)等特性，使用該技術(shù)的服裝可追溯系統(tǒng)優(yōu)勢更為明顯。利用區(qū)塊鏈技術(shù)可將服裝全生命周期相關(guān)信息經(jīng)過哈希加密上傳至區(qū)塊鏈系統(tǒng)，一方面可有效解決服裝生產(chǎn)過程中企業(yè)內(nèi)部“信息孤島”現(xiàn)象，并保護(hù)企業(yè)設(shè)計(jì)版權(quán);另一方面可提供給消費(fèi)者查詢服裝生產(chǎn)流程及詳細(xì)信息接口，使服裝達(dá)到可溯源效果。其主要優(yōu)勢可從企業(yè)、消費(fèi)者、政府監(jiān)管部門三個(gè)角度進(jìn)行分析。

企業(yè)角度：1）溯源能力強(qiáng)，對于市場靈敏度更高;2）打破企業(yè)間信息壁壘，解決供應(yīng)鏈企業(yè)間信任問題，加強(qiáng)企業(yè)間系統(tǒng)合作能力與風(fēng)險(xiǎn)對抗能力;3）自身設(shè)計(jì)版權(quán)可得到保證，打擊盜版;4）優(yōu)化售后服務(wù);5）可建立服裝回收體系，利于可持續(xù)發(fā)展。

消費(fèi)者角度：1）可溯源查詢服裝相關(guān)信息，提升消費(fèi)信心;2）優(yōu)化二手服裝的流通渠道;3）消費(fèi)者個(gè)人也可參與可追溯系統(tǒng)維護(hù)，提升消費(fèi)者參與感及品牌忠誠度。

政府監(jiān)管部門角度：1）強(qiáng)化監(jiān)管體系，可追蹤不合格產(chǎn)品的批次及具體信息;2）打擊盜版，維護(hù)市場秩序。

3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的服裝可追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

目前利用區(qū)塊鏈技術(shù)對服裝供應(yīng)鏈進(jìn)行溯源的研究大多停留在理論層面，并未實(shí)際進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)。因此，為評估該系統(tǒng)對服裝溯源效果的可行性，本文基于以太坊的開發(fā)者平臺，利用Ethereum Studio工具，以服裝公司A為例，對上述系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)，并設(shè)計(jì)了一個(gè)基于JavaScript的Web應(yīng)用程序用于效果展示。服裝A公司的生產(chǎn)公司地址位于江蘇省無錫市，其某一經(jīng)銷商地址位于安徽省安慶市，該公司擁有獨(dú)立的設(shè)計(jì)師團(tuán)隊(duì)及生產(chǎn)流水線用于成衣設(shè)計(jì)與制作。通過利用該系統(tǒng)，滿足該公司、消費(fèi)者達(dá)到對服裝防偽溯源的需求，同時(shí)保護(hù)相關(guān)設(shè)計(jì)版權(quán)，維護(hù)正版服裝的合法權(quán)益。

3.1 服裝供應(yīng)鏈與區(qū)塊鏈

從服裝供應(yīng)鏈的角度出發(fā)，對服裝供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)進(jìn)行剖析，并依據(jù)流程環(huán)節(jié)，指出可與區(qū)塊鏈系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互環(huán)節(jié)。通過流程分析與分解，提出一種基于區(qū)塊鏈的多層分布式服裝可追溯系統(tǒng)，如圖2所示。

對本系統(tǒng)而言，系統(tǒng)需首先打包處理服裝生產(chǎn)企業(yè)、經(jīng)銷商的相關(guān)信息，以智能合約約定的方式將信息進(jìn)行驗(yàn)證、哈希加密，最終上鏈成為創(chuàng)世區(qū)塊。隨后，服裝產(chǎn)品的原材料信息、生產(chǎn)信息、加工信息、物流信息、交易信息等相關(guān)信息以同樣的方式進(jìn)行加密處理，并打包存入創(chuàng)世區(qū)塊之后的區(qū)塊，區(qū)塊與區(qū)塊之間加蓋時(shí)間戳以防止被惡意篡改。信息以梅克爾樹（Merkle Tree）[16]的形式儲(chǔ)存于區(qū)塊之中。同時(shí)，個(gè)人用戶通過注冊的方式成為系統(tǒng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，并參與到系統(tǒng)的維護(hù)，其個(gè)人信息也同樣儲(chǔ)存于區(qū)塊中。

3.2 系統(tǒng)分層設(shè)計(jì)

依據(jù)區(qū)塊鏈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將服裝產(chǎn)品可追溯體系框架按照應(yīng)用構(gòu)架分為數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵(lì)層、合約層、應(yīng)用層。

數(shù)據(jù)層從本質(zhì)上來說是一種分布式賬本[17]，即系統(tǒng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)（服裝企業(yè)、經(jīng)銷商、用戶等）都擁有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與查詢的權(quán)力。數(shù)據(jù)層用于儲(chǔ)存服裝產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)信息，這些信息以梅克爾樹結(jié)構(gòu)保存于區(qū)塊中，并利用哈希加密防止數(shù)據(jù)被篡改。

系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)層主要包含點(diǎn)對點(diǎn)機(jī)制、數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制與數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)制。點(diǎn)對點(diǎn)機(jī)制是指在系統(tǒng)中的每一個(gè)分布式的節(jié)點(diǎn)都可作為單獨(dú)個(gè)體對接收到的信息進(jìn)行處理，這些節(jié)點(diǎn)在接收信息的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生信息[18]。按照功能可將節(jié)點(diǎn)分為中心節(jié)點(diǎn)、記賬節(jié)點(diǎn)、驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)。服裝企業(yè)通過地區(qū)劃分來確認(rèn)中心節(jié)點(diǎn)，并由服裝公司運(yùn)營相應(yīng)的中心節(jié)點(diǎn)。由于企業(yè)與盜版商品間的利益沖突，因此該中心節(jié)點(diǎn)在維護(hù)交易的真?zhèn)涡陨鲜侵档眯湃蔚?。同時(shí)，消費(fèi)者可以通過實(shí)名制注冊成為系統(tǒng)中的一個(gè)普通節(jié)點(diǎn)，如圖3所示。

系統(tǒng)通過建立共識層防止交易造假和節(jié)點(diǎn)故意作惡[19]，共識層主要用于存放系統(tǒng)所設(shè)置的共識算法與共識機(jī)制。在本系統(tǒng)中，所有節(jié)點(diǎn)遵循權(quán)威證明機(jī)制（POA）維護(hù)與更新系統(tǒng)賬本。權(quán)威證明是一種基于聲譽(yù)的一致性算法，在系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)首先需要經(jīng)過實(shí)名制驗(yàn)證，節(jié)點(diǎn)作惡會(huì)被踢出系統(tǒng)，并對該節(jié)點(diǎn)的聲譽(yù)造成影響，之后無法再進(jìn)入本系統(tǒng)。

對于服裝企業(yè)而言，其利益即打擊盜版服裝，維護(hù)企業(yè)自身利益，從這點(diǎn)出發(fā)，受企業(yè)運(yùn)營的中心節(jié)點(diǎn)在維護(hù)信息真實(shí)性上是值得信任的。同時(shí)為使普通節(jié)點(diǎn)有動(dòng)力參與系統(tǒng)維護(hù)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，需要使用相應(yīng)經(jīng)濟(jì)激勵(lì)模型。激勵(lì)機(jī)制由服裝企業(yè)負(fù)責(zé)，通過設(shè)置一定現(xiàn)金獎(jiǎng)勵(lì)或服裝實(shí)物獎(jiǎng)勵(lì)來實(shí)現(xiàn)，也可以將節(jié)點(diǎn)間交易時(shí)產(chǎn)生的手續(xù)費(fèi)作為獎(jiǎng)勵(lì)補(bǔ)償給記賬節(jié)點(diǎn)與驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)，從而鼓勵(lì)系統(tǒng)中的普通節(jié)點(diǎn)參與區(qū)塊鏈的安全驗(yàn)證工作，同時(shí)也吸引更多消費(fèi)者參與到系統(tǒng)內(nèi)部。

合約層主要用于封裝各類代碼、腳本、算法，以及由此生成的智能合約（smart contract）[20]。智能合約本質(zhì)上是一段條件判斷的代碼，這段代碼用于聲明合約參與者的權(quán)利與義務(wù)，并由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行。作為系統(tǒng)參與者，智能合約可以對信息進(jìn)行接收、判斷與儲(chǔ)存，也可以向系統(tǒng)廣播信息。

應(yīng)用層為系統(tǒng)的應(yīng)用場景與案例，本系統(tǒng)應(yīng)用層使用Web端網(wǎng)頁來實(shí)現(xiàn)。在現(xiàn)實(shí)使用場景中，每一個(gè)實(shí)名注冊的賬號都是虛擬系統(tǒng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)使用應(yīng)用層接入?yún)^(qū)塊鏈系統(tǒng)，并參與系統(tǒng)維護(hù)、數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)。

用戶通過使用該系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)查詢該企業(yè)服裝產(chǎn)品生產(chǎn)、運(yùn)輸、流通的全生命周期，以達(dá)到相對應(yīng)的溯源效果。利用系統(tǒng)中的哈希加密算法與權(quán)威證明機(jī)制，通過應(yīng)用層的分布式數(shù)據(jù)儲(chǔ)存機(jī)制，可以保障對產(chǎn)品質(zhì)量安全可靠性。

3.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.3.1 系統(tǒng)搭建環(huán)境

系統(tǒng)運(yùn)行系統(tǒng)采用較為主流的Ubuntu Base 16.04.6 LTS（Xenial Xerus），利用Ethereum Studio進(jìn)行智能合約的編寫、部署與測試。系統(tǒng)的前端應(yīng)用采用Web形式呈現(xiàn)，其采用React框架進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)。

3.3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

1） 智能合約編寫與部署

智能合約的編寫采用Solidity語言，該語言是一種面向智能合約的高級語言，其語法與JavaScript類似，是用于生成在EVM上執(zhí)行的機(jī)器級代碼的工具。圖4為某一智能合約部分代碼示意。對編譯好的智能合約代碼使用Remix進(jìn)行編譯與部署，部署成功后系統(tǒng)將返回智能合約地址及二進(jìn)制接口（application binary interface，ABI）用于交互。在實(shí)際使用時(shí)，用戶及系統(tǒng)可通過地址及ABI手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)用智能合約。

2） 服裝ID設(shè)計(jì)

為在系統(tǒng)內(nèi)對服裝產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)一識別與溯源，需要對每件服裝的編碼進(jìn)行一定規(guī)律設(shè)計(jì)。

服裝ID可分為現(xiàn)實(shí)中的人為識別ID與可被系統(tǒng)識別的系統(tǒng)識別ID，如圖5所示。人為識別ID的設(shè)計(jì)采用?。ㄗ帜福?、市（字母）、服裝類別（字母）、隨機(jī)識別碼（六位隨機(jī)數(shù)/字母）。服裝的人為識別ID具有獨(dú)一性，不會(huì)隨著服裝的生產(chǎn)、交易信息的改變而改變。

服裝的系統(tǒng)識別碼設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，前九位數(shù)字為生產(chǎn)企業(yè)的信息編碼，中間的十七位數(shù)字為該服裝產(chǎn)品的生產(chǎn)信息碼，第三十位到第三十八位為經(jīng)銷商信息編碼，最后十位為該服裝最近一次銷售的時(shí)間編碼。對于服裝而言，其系統(tǒng)識別ID的前三十五位代表著該服裝的生產(chǎn)、第一次出售的相關(guān)信息，該部分代碼不會(huì)改變，但該ID的最后十位會(huì)隨著服裝的每次交易時(shí)間的變化進(jìn)行改變，便于消費(fèi)者對服裝的溯源查詢。

3） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)均采用梅克爾樹形式進(jìn)行編譯與存儲(chǔ)，梅克爾樹以二叉樹形式進(jìn)行數(shù)據(jù)構(gòu)建。針對溯源數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)問題，區(qū)塊數(shù)據(jù)可通過RLP編碼后存在levelDB數(shù)據(jù)庫中。在節(jié)點(diǎn)上傳相關(guān)文件信息后，系統(tǒng)依據(jù)哈希算法計(jì)算出文件的哈希值并提交溯源記錄，并以此觸發(fā)智能合約，將執(zhí)行結(jié)果記錄至區(qū)塊鏈上。例如，對于名稱為A1的文件，其哈希值如圖6所示，用戶可以在信息上鏈的過程中選擇及時(shí)向全網(wǎng)發(fā)布信息或延遲發(fā)布。

4） 服裝溯源界面設(shè)計(jì)

服裝溯源查詢功能設(shè)置于由JavaScript語言進(jìn)行編寫的Web頁面內(nèi)，用戶利用前端界面接入系統(tǒng)，并在系統(tǒng)內(nèi)通過查詢每件服裝的人為識別ID獲取該服裝在系統(tǒng)內(nèi)的哈希值，進(jìn)而對整件服裝的信息進(jìn)行溯源與查詢。例如，人為識別ID為FCA001A7B的服裝溯源信息如圖7所示。

3.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)與解決方案

3.4.1 算力與存儲(chǔ)問題

相較于使用工作量證明機(jī)制與權(quán)益證明機(jī)制，本系統(tǒng)使用的權(quán)威證明機(jī)制可有效解決算力與存儲(chǔ)問題。

權(quán)威證明機(jī)制的最大特點(diǎn)是較為中心化的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，其記賬權(quán)并不是由算力大小或權(quán)益大小來決定，而是由隨機(jī)函數(shù)對實(shí)名制的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)選取來敲定。被授權(quán)的節(jié)點(diǎn)被稱為驗(yàn)證者（validator），負(fù)責(zé)新區(qū)塊的產(chǎn)生和區(qū)塊驗(yàn)證，從而換取系統(tǒng)獎(jiǎng)勵(lì)。由于不需要將算力浪費(fèi)在做題上，使用權(quán)威證明機(jī)制的系統(tǒng)速度將會(huì)大幅提升，因此這一機(jī)制較為切合服裝供應(yīng)鏈的溯源體系。

3.4.2 節(jié)點(diǎn)作惡問題

享有記賬權(quán)的節(jié)點(diǎn)作惡會(huì)對系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。為解決這個(gè)問題，本文在系統(tǒng)中引入可驗(yàn)證隨機(jī)函數(shù)機(jī)制和委員會(huì)背書機(jī)制。

可驗(yàn)證隨機(jī)函數(shù)（VRF）[21]在本系統(tǒng)中用于隨機(jī)選取若干驗(yàn)證者節(jié)點(diǎn)，被選取的節(jié)點(diǎn)享有記賬權(quán)。同時(shí)，在記賬節(jié)點(diǎn)之外選取若干實(shí)名制節(jié)點(diǎn)組成委員會(huì)。在數(shù)據(jù)上鏈的過程中，委員會(huì)成員需要驗(yàn)證記賬節(jié)點(diǎn)發(fā)起的區(qū)塊信息提案。如果驗(yàn)證為真，委員會(huì)節(jié)點(diǎn)需要在提案上簽名以作為其正式背書。通過引入該機(jī)制，若存在作惡節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)首先需要獲得記賬權(quán)，并需要聯(lián)合足夠多的委員會(huì)節(jié)點(diǎn)作為同謀才能達(dá)到作惡條件，但隨機(jī)函數(shù)的存在使得這一情況發(fā)生率幾乎為0。同時(shí)，由于委員會(huì)背書機(jī)制的存在，可以預(yù)防服裝企業(yè)自身的中心節(jié)點(diǎn)濫用記賬權(quán)，系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性也可以得到保障。

3.4.3 數(shù)據(jù)防篡改

為防止服裝溯源信息被惡意篡改，可在系統(tǒng)內(nèi)的智能合約中聲明區(qū)塊最終性機(jī)制。

區(qū)塊最終性機(jī)制將區(qū)塊生成過程分為三個(gè)階段，每個(gè)階段都需要有2/3的節(jié)點(diǎn)達(dá)成共識。第一階段為選取記賬節(jié)點(diǎn)、驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)，記賬節(jié)點(diǎn)享有記賬權(quán)，而驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)享有驗(yàn)證信息是否真實(shí)的權(quán)利;第二階段為委員會(huì)成員確認(rèn)區(qū)塊中的信息，并背書該區(qū)塊;第三階段為新區(qū)塊通過加蓋時(shí)間戳，并銜接至主鏈上。

由于采用分布式賬本，作惡節(jié)點(diǎn)只更改自己記錄數(shù)據(jù)，不會(huì)對整體系統(tǒng)產(chǎn)生影響;同時(shí)通過使用時(shí)間戳技術(shù)與哈希加密，主鏈上區(qū)塊內(nèi)數(shù)據(jù)不會(huì)被篡改，從而達(dá)到數(shù)據(jù)防篡改目的。

3.4.4 線上數(shù)據(jù)與線下商品對應(yīng)

目前絕大部分區(qū)塊鏈的使用形式為線上系統(tǒng)，針對線上與線下如何結(jié)合的研究較少。在本系統(tǒng)中，服裝產(chǎn)品從生產(chǎn)至銷售過程均有與其相匹配的數(shù)字ID。針對線下服裝實(shí)物與線上數(shù)字ID匹配問題，消費(fèi)者可使用系統(tǒng)應(yīng)用掃描服裝上二維碼，通過相應(yīng)應(yīng)用查詢數(shù)字ID了解產(chǎn)品的流通情況和最后一任擁有者信息，觀察其信息是否與線上數(shù)字ID信息匹配，從而解決線上數(shù)據(jù)與線下產(chǎn)品對應(yīng)問題。

4 結(jié) 論

本文以服裝公司A為例，提出一種基于區(qū)塊鏈技術(shù)的服裝可追溯系統(tǒng)。通過對服裝公司A的供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)進(jìn)行剖析分解，指出與區(qū)塊鏈技術(shù)的結(jié)合點(diǎn)。通過對系統(tǒng)進(jìn)行分層式設(shè)計(jì)，從智能合約、服裝ID設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、服裝溯源查詢等角度提出實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的方法，并對系統(tǒng)存儲(chǔ)問題、節(jié)點(diǎn)作惡問題、數(shù)據(jù)防篡改問題、線上線下結(jié)合問題均提出相應(yīng)解決方法。利用本系統(tǒng)，可對服裝產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、判斷、存儲(chǔ)、讀取，達(dá)到對產(chǎn)品全生命周期記錄。同時(shí)利用分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式、哈希算法，避免中心賬本對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的更改，保證了交易數(shù)據(jù)不可篡改性，達(dá)到對服裝產(chǎn)品真正防偽溯源。

本系統(tǒng)仍存在相應(yīng)問題：目前區(qū)塊鏈系統(tǒng)的智能合約設(shè)計(jì)仍處于發(fā)展階段，存在一定不足，例如其設(shè)定仍處于“IF-THEN”響應(yīng)形式，該響應(yīng)形式只能解決代碼中的預(yù)設(shè)問題，對于交易中可能存在預(yù)料之外問題難以解決;使用權(quán)威證明機(jī)制的可溯源系統(tǒng)相較于使用工作量證明機(jī)制的可溯源系統(tǒng)更加節(jié)能，但系統(tǒng)仍存在存儲(chǔ)容量問題，目前解決方法仍以擴(kuò)容為主，未來應(yīng)提出更多解決方案。

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