區塊鏈技術在卷煙防偽溯源中的應用

李 勇 周 晨 李 剛 徐 寒 成萍妮

（1、陜西省煙草公司西安市公司，陜西 西安710000 2、西安郵電大學，陜西 西安710000）

1 概述

為了降低假煙制造給煙草企業和消費者帶來的損害，如何引進新技術促進卷煙市場防偽溯源體系完善已成為政府、企業、及相關學者非常迫切和關鍵的問題。自2008 年區塊鏈概念問世以來，區塊鏈技術已經在金融、審計、物流等行業受到了廣泛的關注。本文將結合區塊鏈技術的優勢嘗試提出基于區塊鏈技術的卷煙防偽溯源體系。

2 區塊鏈概念

區塊鏈是一種可以將數據通過協議在網絡中進行共享信息的技術，其安全、公開、唯一是重要的三大性質是由以下核心技術實現：

2.1 時間戳技術

1991 年，哈勃和斯托內爾塔提出了一種對數字文件進行時間戳的記錄方法，通過這一方法可以準確的反應文件的創建時間，通過時間戳生成無法更改的文件順序保證了數據前后的安全性[1]。

2.2 點對點通信技術

點對點通信技術是一種依賴互聯網所有參與者共同的帶寬進行對等連接的互聯網技術[2]，較傳統集中式存儲服務器不同的是這種多用途分享的網絡中利用相互平等的網絡節點來沖當服務器與客戶端，能夠減少出現中央服務器系統故障導致的網絡癱瘓問題。

2.3 防篡改技術

梅克爾樹是區塊鏈的組成部分，它是一種哈希大量數據塊的方式，依賴于這些數據塊分裂的小數據塊，然后取每個小數據塊再次進行哈希，其中一個小數據塊包含兩個相鄰的塊或哈希。當區塊中交易記錄個數為奇數時，通過節點的自行填補，構建一個二叉樹，以此類推直到形成最終的根節點。再將兩兩交易之間的哈希值進行串聯，形成下一個二叉樹的輸入。因此，當出現試圖篡改交易記錄時，梅克爾樹的根節點會發生較大的改變，其他節點對區塊信息進行驗證時可以較快的篡改現象，再根據交易先后記錄相連查詢。

2.4 共識機制

在點對點系統網絡中每個節點之間無相互依賴關系，此時需要借助一致性的共識機制，就是指當網絡默認不可靠時，就要在不可靠的主機之間相互復制選擇一種新的機制保證所有主機狀態達到一致性[3]。通過拜占庭容錯算法（PBFT）、POW工作量證明機制、POS 股權證明機制實現區塊鏈網絡數據的唯一性保證系統的運行。

3 基于區塊鏈技術在卷煙防偽溯源應用方案

3.1 構建區塊鏈技術卷煙防偽溯源框架

基于區塊鏈技術構建卷煙防偽溯源體系研究模型，確保對卷煙的安全性與可靠性，按照區塊鏈架構（數據存儲層、網絡通信層、應用層）建立卷煙防偽溯源體系層次的模型，其中數據存儲層與網絡通信層相互獨立但又存在聯系（圖1）。數據采集層通過對卷煙的生產加工、運輸包裝、零售消費的完整生命周期信息進行記錄，主要用來存儲節點間的交易信息，一旦存入到數據庫網絡中將無法進行修改。數據庫層通過梅克爾樹的數據結構模式將卷煙盒箱信息按照區塊頭+區塊體的方式進行保存，再經哈希算法和蓋入時間戳的方式將數據信息加入到區塊鏈中。去中心化和不可篡改性保證了加入網絡中節點的整體運作，一旦發現有人對信息進行篡改既可從網絡中踢出該節點。并且將煙草公司和煙草產業鏈各機構作為數據驗證和認證節點，可以對煙草質量的信息進行標準化、規范化管理。應用層通過App 或互聯網接口使得消費者可以直接進行查詢，煙草生產者、運輸商、經銷商、消費者和煙草公司在應用層對交易信息可通過接入接口進行輸入，應用層再將信息傳遞到網絡層為用戶提供一些煙草防偽溯源相關的信息查詢。

3.2 構建區塊鏈卷煙節點閉環

從國家煙草總局到煙草生產商，再到煙草運輸商到省市煙草局，通過煙草經銷商賣入到消費者手中構建節點閉環。通過不同節點上的區塊鏈服務器建立記錄不同節點上的流通信息，審批信息者等。通過物聯網和RFID 技術的讀寫功能記錄煙草產品從生產到物流配送再到省市公司的數據產權轉換，將數據轉換記錄到區塊鏈服務器中進行存儲并在節點間開放。然后再到市公司再到銷售系統，將不同頻率的RFID 芯片搭載在載貨卡車上通過RFID檢驗技術就可以獲得所有數據，并同步在對應節點的區塊鏈服務器中。

3.3 查詢信息方案

區塊鏈技術應用到煙草行業中，通過煙盒自帶可修改的數字名片將二維碼連接到煙草企業的區塊鏈數據庫存儲節點的查詢網站上。消費者需要進行查詢時，通過掃描煙盒中的二維碼，可在手機終端上顯示出該卷煙的詳細信息。出現的節點含有時間戳的信息完整，且其他流程信息沒有被篡改時，證明該卷煙的銷售方為合法正規的且為真煙。

消費者通過終端信息查詢驗證提交至區塊鏈系統數據庫時，煙草經銷商也將信息查詢提交一并輸入，系統通過節點間的認證共識性對數據進行對比分析。當發現區塊鏈數據庫中的數據與鏈內數據不同時，就存在某一環節的數據篡改可能，則需進一步查明信息的來源，找到問題的出處。所查詢的卷煙區塊數據未篡改，但卷煙經銷商與銷售地址信息不符合時，則有可能存在假煙情況。當出現短時間內有大量同數據區塊的卷煙被查詢時，有可能存在區塊反復被查詢，也有可能是存在短期內集中購買行為，使得卷煙二維碼作為母板被復制，一次你需當地專管局進行調查。

區塊鏈系統數據庫通過消費者先前發送的信息查詢申請，反饋數據分析結果。通過區塊鏈式的信息傳遞，達到公開透明且不易篡改特性，不斷增強卷煙市場環節與消費者的信息反饋，更有效的掌握假煙流通信息，提高打擊制假售假的精準度。

圖1 基于區塊鏈技術的卷煙防偽溯源溯源體系框架

4 區塊鏈技術在卷煙防偽技術優勢

4.1 節點間流程公開透明，通過RFID 芯片識別注冊在區塊鏈數據庫中，使得每一個卷煙擁有自己的數字身份，通過節點共同維護所有信息達到驗證效果。

4.2 卷煙產品從生產、運輸、零售等業務中通過共識機制，形成數據記錄，為煙草公司及煙草專賣局打假部門提供各環節的數據信息。

4.3 通過二維碼驗證的卷煙信息帶有時間戳將永久存儲在區塊鏈數據庫中，可以防止篡改，提高效率節約成本。

4.4 通過獎勵機制，使得消費者愿意為打擊假煙做出貢獻。當出現假煙產品時，消費者可通過投訴達成共識并獲得一定獎勵機制，彌補中心化系統中的卷煙信息數據性不高的特點。

5 結論

國家煙草專賣局的中心化系統在一定程度上不可取消，而區塊鏈技術的運用在一定程度上可以彌補中心化的風險及信息難以獲取性，更好的完成卷煙產品防偽溯源的過程。為創造一個全新的卷煙產品誠信體系打下堅實的基礎。