區塊鏈+電子商務虛擬實驗系統的建設

張寶明 魏程益

摘 要： 傳統電子商務存在假貨、刷單、物流、隱私保護等痛點，這些痛點與信任缺失有關。區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；將其引入電子商務，能創造信任，解決痛點。為此，分析了區塊鏈+電子商務虛擬實驗系統的功能組成、拓撲結構，提出了開發維護的方法及建設中需要注意的問題，實現了區塊鏈在電子商務中的應用。這為今后電子商務及其仿真實驗的建設提供了新思路和新方法。

關鍵詞： 區塊鏈； 電子商務； 信任機制； 鏈上代碼； 智能合約

中圖分類號：TP311 文獻標志碼：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

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

基于人才培養和創新實驗教學模式的需要，在已有《國家級應用經濟虛擬仿真實驗》建設成果的基礎上，對區塊鏈+電子商務虛擬實驗系統進行了分析。本文內容和實現，可為今后電子商務及其仿真實驗的建設，提供新思路和新方法。

1 系統建設的必要性

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

具體來說，首先，針對假貨問題，可以將電子商務供應鏈上所有環節的商品信息，如照片、視頻、地理位置和時間等數據上傳到區塊鏈，這樣商家就無法作假和修改，客戶也無需懷疑或質疑。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”壓力，可以將物流、庫存數據上傳到區塊鏈，供商家和物流企業隨時查詢、追蹤和調度，這樣就能減輕物流壓力，提高工作效率，減少運營成本。再次，針對隱私保護問題，可利用區塊鏈的匿名性，將不需要公布的客戶信息進行匿名化處理，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，區塊鏈+電子商務，不僅可以在假貨刷單、退貨換貨、追蹤貨物、隱私保護、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 系統的功能組成

整個區塊鏈+電子商務系統的功能如圖1所示（這里以IBM公司的Hyperledger fabric區塊鏈服務為基礎）[1，4-6]。

2.1 電子商務功能

電子商務過程中涉及商家、客戶、物流、第三方支付等相關角色，因而區塊鏈+電子商務系統的基本功能就應包括注冊服務、授權管理、商品管理、訂單管理、支付管理、物流管理和信任管理等內容。在這些功能中，嵌入區塊鏈功能，適時利用區塊鏈來記錄交易信息和信用信息，不僅可以提高系統的安全性和可信性，而且還能達到隱私保護和商品信息溯源的目的。

2.2 區塊鏈功能

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

⑴ 角色管理。負責管理用戶標識、隱私、以及網絡的保密性和可審計性。

⑵ 區塊鏈管理。負責將交易（Transaction）規約為合約流程，每個合約流程可以通過調用若干個不同的合約服務，結合非對稱加密/解密和信息摘要等技術，實現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塊鏈系統中，寫入區塊鏈，固化在區塊鏈的賬本中。這樣，就能構建一個去中心化、防篡改、可追溯的大數據存儲系統。二是查賬功能，主要包括交易主體的身份查詢、產品溯源與交易情況的跟蹤、評價信息的查詢等。三是規則管理。又稱政策管理，即依照現有的法律、行政法規，制定并發布包括用戶管理、業務品種、鏈上資產管理、智能合約、賬本記錄、架構管理、開發管理、運營管理、信息安全、風險管理、從業資格等相關的規則、規章，以便對區塊鏈平臺及其活動進行監管。

⑷ 鏈上代碼管理。鏈上代碼（chaincode）又稱智能合約（smart contract），其任務主要是負責實現對鏈上代碼的全生命周期的管理。

2.3 相關服務

分為三種類型的服務，分別為成員服務、區塊鏈服務、鏈上代碼服務。

⑴ 成員服務。在無權限的區塊鏈中，參與者不需要授權就可進行交易；而在Hyperledger Fabric許可鏈系統中，參與者需要預先注冊，獲得一個身份憑據才能進入區塊鏈系統，并通過交易證書管理者（TCA）進一步獲得假名憑據（即交易證書），才能進行交易、保存、歸類和審計。

⑵ 區塊鏈服務。區塊鏈服務通過使用基于HTTP2的P2P協議來管理分布式賬簿，核心功能包括安全控制、共識服務、鏈上服務及其管理、治理服務等。

安全控制主要是進行隱私保護和權限控制。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的第三方來對交易進行驗證，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交易者的隱私。而對于像Fabric這樣的許可鏈，由于各參與方預先受到安全控制，因而防范網絡攻擊的需求沒有那么高，在共識機制上只需要在技術層面上確保一致和完備，對交易的驗證可直接由交易相關方自己進行，其他無關方不可能看到交易內容[10]。

共識服務是區塊鏈建立信任的基石。不同類型的區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。共識的內容包括賬本的規范化、交易執行結果的確定性、交易的非雙花性和交易的順序完備性。

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

治理服務的目的，是為了讓區塊鏈能平穩安全的運行，并保證不同角色的參與者都能積極參與和維護區塊鏈的生產、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實世界中的法律手段。

⑶ 鏈上代碼服務。主要包括鏈上代碼的編寫、合規性檢查，鏈上代碼的安裝、配發、執行、執行結果查詢，智能合約模板的定制、智能合約的一致性檢查等等[11-12]。

3 系統的拓撲結構

與傳統的電子商務系統相比，區塊鏈+電子商務系統的拓撲結構，分為前端和后端。其中，前端是電子商務系統與用戶交互的界面，由瀏覽器及相關頁面來實現，涉及HTML、Javascript和CSS等相關語言；后端是描述商務處理過程、商務業務規則和區塊鏈服務內容的功能部件，由MCBV（Model-Control-Blockchain-

View）框架部件來實現，分為三個部分：一是代理服務，負責接收前端的請求，并進行路由解析；二是電子商務服務，負責商務處理；三是區塊鏈服務，負責區塊鏈管理、鏈上代碼管理，如圖2所示。

3.1 電子商務服務系統

后端的電子商務服務系統，開發工具主要為：Eclipse、Spring MVC、Spring、Hibernate。其中，Eclipse是一個可視化的Java開發平臺，而Spring MVC、Spring、Hibernate是三個框架軟件，對應電子商務應用的三個功能層次，即頁面表示層、業務邏輯層和數據訪問層。

3.2 區塊鏈服務系統

區塊鏈服務軟件采用Hyperledger Fabric。它是一種開源的許可鏈系統，采用了松耦合的設計，不僅能將共識機制、身份驗證等組件模塊化，還能將智能合約放在docker容器中運行；此外，它還采用了成員服務、多驗證節點（validating peer）和非驗證節點等安全機制，來實現Client客戶機、Peer節點機、Orderer排序器、Channel通道等相關功能。

4 系統的開發和運行

在系統開發和運行過程中，需要相關人員對合約流程、合約服務、合約代碼、技術與規則等相關客體進行開發和維護。

首先，需要架構人員、業務人員和法律人員參與完成交易合約及其規約的制定，并設計出完整的合約流程、合約服務及其規格說明書；然后，交由技術人員開發相應的合約代碼。在此過程中，還需其他人員參與提煉出一些通用的服務，如法律條款檢查服務、通用技術服務等。

其次，在開發過程中，需要開發人員利用已有的通用服務軟件和不同的語言，來開發合約服務邏輯，以保證合約服務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，特別是驗證節點，參與到區塊鏈平臺的測試和維護中，完成諸如運行節點服務的容器化集群、動態擴展能力的提供、多語言多VM實現節點的安裝、多節點并行運行、并行驗證等相關任務。

就開發過程而言，具體到本系統，主要包括：構建網絡、安裝VirtualBox虛擬機、安裝Docker容器、部署Hyperledger fabric環境、啟動Hyperledger fabric區塊鏈服務、開發應用程序。

整個Hyperledger fabric區塊鏈服務系統的啟動過程示例如下：

⑴ 產生證書密鑰和四個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容器與網絡服務

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 系統建設中需要注意的問題

由于區塊鏈技術本身尚不成熟，相關的規則、標準和應用還處于開發和測試過程中，因而在區塊鏈+電子商務系統的建設過程中，難免會碰到一些障礙。

首先，可選的區塊鏈軟件不多，缺乏統一標準。目前區塊鏈軟件屈指可數，開源的很少，常見的有：以太坊聯盟的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，產品兼容性和互通性也較差，在標準化語言、數據交換、客戶身份識別、通信機制、信任實現等方面還缺乏共識，很難完全融入電子商務體系。其次，低效率高能耗。區塊鏈的去中心化特征，意味著所有節點都需要參與計算和存儲，這需花費很多時間，非常耗費電力與算力。因而在電子商務系統中引入區塊鏈，會降低交易處理的效率，提高維護的成本。再次，存在安全與監管問題。

因此，在區塊鏈+電子商務系統建設的過程中，只能遵循循序漸進的原則，先易后難，先開發后完善，并權衡安全性、易開發性、網絡算力等因素，統籌進行。

6 結束語

建立在區塊鏈基礎上的電子商務，即區塊鏈+電子商務，不僅能夠創造更多的客戶信任，而且還能提升客戶體驗和成本控制的優勢。為此，文中重點對其功能組成、拓撲結構、開發和維護方法等內容進行了分析，最終實現了區塊鏈在電子商務中的應用。所有這些，不僅為今后電子商務及其仿真實驗的建設提供了新思路和新方法，而且為今后國家制造業和服務業的轉型升級帶來了新抓手。高校，尤其是筆者所在的國家級應用經濟虛擬實驗室，理應在這方面走在前列。不過，基于區塊鏈技術及其應用的不成熟，今后還需繼續跟蹤與研究。

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