一種基于聯盟鏈的積分系統設計

林威 高圓圓

(1.深圳市二十一天網絡科技有限公司,廣東深圳 518000;2.深圳市鵬城實驗室,廣東深圳 518000)

0 引言

積分營銷是一種企業常見的運營手段,消費者通過預消費或者完成一些企業的營銷任務就可以獲得積分權益。本文提出一種基于聯盟鏈的積分系統,以解決傳統企業營銷積分運營過程中存在的問題。

傳統的積分營銷存在以下問題:不同企業發放的積分分散,積分價值低,無法累加;積分發行機制不透明,缺失公信力;積分數據的安全性低,有可能被篡改;中小企業搭建一套中心化的積分系統成本較高。

為了解決以上問題,我們提出一種基于聯盟鏈的積分系統。企業可以在這個系統上發放積分,對于消費者來說,不同企業發放的積分是一樣的,可以累加;積分系統基于聯盟鏈技術設計,采用了分布式架構,數據對各個參與主體完全透明,積分具有公信力;利用了區塊鏈數據不可篡改的特點,保障了積分數據的安全性;中小企業無需自建積分系統即來開展營銷活動。

1 聯盟鏈技術

現在區塊鏈技術已經廣泛應用到政務、司法、金融、供應鏈等各行各業。按照區塊鏈的開放程度,區塊鏈可以分為公有鏈、聯盟鏈和私有鏈。公有鏈對所有人開放,任何人都可以參與;聯盟鏈只對特定的組織開放;私有鏈只對特定的個人或實體開放。

現在業內普遍認為聯盟鏈介于公有鏈和私有鏈之間,屬于部分去中心化的區塊鏈系統。公眾可以查閱和交易,但不能驗證交易或發布智能合約,只有聯盟許可的實體才可以驗證交易或發布智能合約。

目前可用于聯盟鏈的技術包括:以太坊、Hyperledger Fabric、BCOS等。Hyperledger Fabric是聯盟鏈技術中的優秀代表,當前最新版本是2.3版本,目前主要使用的穩定版本是1.4版本和2.2版本。本文介紹的積分系統的設計也是基于Hyperledger Fabric。

1.1 Hyperledger Fabric

Hyperledger Fabric(以下簡稱Fabric)是Linux基金會在2015年創立的超級賬本(Hyperledger)項目中的一個子項目。Hyperledger項目創立的初衷是鼓勵通過開源社區開發區塊鏈技術,以推進跨行業的區塊鏈技術發展和應用落地。

Fabric與比特幣、以太坊等其他區塊鏈系統一樣,底層都是通過一個共享賬本記錄所有的系統交易數據,另外使用智能合約來和共享賬本進行交互[1]。

Fabric與其他區塊鏈系統不同之處在于許可機制。比特幣網絡是一個開放式的非許可系統,允許未知身份的用戶參與系統交易驗證,也就是記賬。系統采用工作量證明(PoW)的共識協議來驗證交易并保護網絡。Fabric系統中可以參與記賬的成員,需要從可信賴的成員服務提供者(MSP)進行注冊。

1.2 Fabric系統架構

圖1展示了Fabric系統架構。應用客戶端通過SDK、API或事件對區塊鏈系統服務進行操作,包括身份管理、賬本管理、交易管理、智能合約的部署和調用。區塊鏈系統包括成員管理、共識服務、鏈碼服務、安全加密等服務組件。Fabric系統采用了模塊化設計,各個組件都是可插拔的,比如賬本數據可以多種格式存儲,共識機制可以替換。

圖1 Fabric 系統架構Fig.1 Fabric system architecture

1.3 資產

Fabric的賬本上記錄的是資產的狀態,資產可是有形的資產,如房地產、設備等,也可是無形資產,如知識產權、債權等。在本文的積分系統中,資產就是積分。

資產在Fabric中表示為鍵值對的集合,可以用二進制或JSON格式表示。狀態更改記錄為賬本上的交易[2]。

式中：每一行表示5個評語等級，每一列均對應著每個實施效果影響因素對評語集中某個等級的Vague集隸屬度，rij表示因素指標Ci對應評語等級Vj的Vague值評語，且有rij=[tA fA]。組織相關專家針對每個指標按照評語集逐一進行選擇，為更真實地表示專家的猶豫程度，允許專家棄權。

1.4 賬本

每次資產的交易都會生成一條資產鍵值對的數據記錄,這些鍵值對數據最終以新增、更新或刪除的形式被提交到賬本上。賬本以區塊的形式和不可變的順序存儲這些交易記錄,并以狀態數據庫來維護當前資產狀態。

1.5 智能合約

鏈碼(Chaincode)是定義資產和修改資產狀態的指令。鏈碼執行后會產生一組用于寫入的鍵值對數據,并被提交到網絡上,最終記錄在賬本中。

Fabric的智能合約就是用鏈碼編寫,大多數情況下,鏈碼只與賬本的世界狀態數據庫交互,而不與交易日志交互。鏈碼可以用多種編程語言實現,目前支持Go、Node.js和Java等。

1.6 Peer節點

區塊鏈網絡主要由Peer節點組成。Peer節點是網絡的基本元素,他們存儲了賬本和智能合約。當應用程序需要訪問賬本和鏈碼的時候,他們總是需要連接到Peer節點。

Fabric SDK的API使應用程序能夠連接到Peer節點,調用鏈碼生成交易,提交交易到網絡,在網絡中交易會被排序并且提交到分布式賬本中,并且在這個流程結束的時候接收到事件。確保每個Peer節點的賬本永遠保持一致是通過以排序節點作為中心的一種共識機制。

1.7 共識機制

在分布式賬本技術中,交易必須按照發生的順序寫入賬本,即使它們可能位于網絡中不同的參與者集合之中。為此,必須建立交易的順序,且必須采用一種方法來拒絕錯誤或惡意插入到賬本中的非法交易。簡而言之,需要建立一套驗證交易正確性的共識機制。

1.8 私密數據保護

Fabric在每個通道上使用不可變的賬本,以及可操縱和修改資產當前狀態的鏈碼。賬本存在于通道范圍內,如果每個參與者都在同一個公共通道上,那么賬本可以在整個網絡上共享;賬本也可以被私有化,僅允許特定的參與者掌握賬本的副本。

2 積分系統的架構

在本文提出的積分系統設計中,積分系統的參與者有四種不同角色,包括:開展營銷活動的企業(以下簡稱企業)、消費者、支持積分消費的特許商戶(以下簡稱商戶)和負責整個積分系統運營的平臺方(以下簡稱平臺)。

通常情況下平臺需要依賴于具有金融牌照的機構比如銀行,為資金提供監管,以保障資金的安全性和平臺的公信力。

3 積分系統的功能

積分系統主要包括四個積分流通環節:積分發行、積分發放、積分消費、積分返還。每個環節相關參與者的賬戶余額都會發生改變[3]。

(1)積分發行:發行積分的過程是準備開展營銷活動的企業,將營銷活動產生的積分權益對應的等價資金或有價物,交給積分平臺和金融機構托管。最常見的形式是企業將積分對應的一定比例(比如1:1)的準備金存入銀行等金融機構的存管賬戶中,之后平臺方可發行積分。

(2)積分發放和領取:消費者參與積分平臺的營銷活動,達成企業規定的一定任務條件,比如完成一定的預消費金額或者在社交媒體平臺上轉發或點贊數量等,由企業對任務完成確認后,即可獲得該任務對應的積分獎勵。

(3)積分消費:消費者以自己的積分在平臺或指定商戶中消費,可以換取積分對應的商品和服務。在積分消費環節中,積分由消費者賬戶轉移到商戶賬戶。

(4)積分返還:商戶收到積分以后,要將積分返還給平臺才能回籠流動資金,平臺將積分對應的資金結算給商戶。

(5)結余營銷費用處理:如果企業營銷費用有剩余,可以將積分返還平臺,并提取剩余的存管資金。

(6)平臺積分處置:平臺回收積分以后,可以選擇將積分銷毀,或者保留在平臺余額中,待有企業需發布新的營銷活動時,再從平臺余額中劃撥積分到企業賬戶。

4 積分系統的原理

整個積分平臺由積分核心系統、智能合約、區塊鏈賬本和積分應用組成。積分核心系統為積分應用提供接口,主要的積分應用包括:企業營銷活動發布涉及到積分發行、企業營銷活動涉及到積分領取、商戶銷售點(POS)系統涉及到積分支付、商戶錢包涉及到積分結算。

商戶錢包和營銷活動發布系統是平臺的應用,商戶POS是商戶的應用,企業營銷活動是企業的應用。積分核心系統為應用提供接口。

5 積分系統的實現

我們基于Hyperledger Fabric來實現積分系統。一個積分聯盟鏈包括四個組織,積分運營平臺(CA1)、商戶(CA2)、企業(CA3)和金融機構(CA4)各有自己的證書表明身份,持有未經聯盟認可的機構證書不能加入區塊鏈網絡。如圖2所示。

圖2 積分系統部署實例Fig.2 Points system deployment example

商戶錢包(A1)和營銷活動發布(A4)都是平臺的應用,需要使用CA1證書。商戶POS(A2)是商戶積分應用,需要使用CA2證書。營銷活動頁面(A4)是企業積分應用,需要使用CA3證書,用于對交易進行簽名。

除各組織的CA節點外,整個區塊鏈網絡由四個節點組成,平臺節點P1、商戶節點P2、企業節點P3和排序節點O4。平臺節點P1部署S1合約和S2合約,商戶節點P2部署S2合約,企業節點P3部署S2合約。所有節點的數據都通過排序節點記錄在一個共享賬本L,且各個節點都部署L 的副本。

6 總結

基于聯盟鏈技術實現的積分系統,資金由持牌金融機構存管,保障安全,積分數據不可篡改,交易真實可信。所有信息被公開地記錄在公共賬本上,各方可隨時查閱和追溯歷史交易記錄。共享賬本由多方節點共同維護,即使部分節點受到攻擊,也不會破壞數據的完整性。另外通過數字簽名交易和共識算法等底層系統,避免了積分被黑客盜取的風險。