基于開放聯盟鏈的二手交易服務平臺的設計與實現

關鍵詞：開放聯盟鏈；二手交易；鏈碼；Hyperledger Fabric；區塊鏈應用

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）36-0053-03"開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

0 引言

隨著移動互聯網的迅速發展，越來越多的人選擇在網上進行購物和交易，二手交易平臺因此得到了迅速發展。人們逐漸意識到二手物品的價值，數據顯示，2023年二手電商交易規模達5 486.5億元，同比增長14.25%；用戶規模為5.8億人，同比增長25.26%[1]。目前二手交易平臺存在信任缺失、數據安全隱患、交易糾紛等問題。區塊鏈技術是一種可溯源、交易合約強制執行、安全可信的分布式存儲技術。與傳統二手交易平臺相比，區塊鏈使用可溯源的機制提升用戶體驗，使用分布式存儲保障交易雙方數據安全，通過引入監管和調節機構促進多方認證，利用三方博弈提高市場公平性，使用點對點的交易模式降低中心化平臺的干擾和交易成本。對于貴重的二手商品，使用區塊鏈技術構建的可信任二手交易平臺將成為未來二手交易的新模式。

1 國內外研究現狀

近年來，國內對于二手交易平臺以微信小程序和互聯網等為主。張柱等[2]提出使用Java語言開發基于微信小程序的校園二手交易平臺，李元博等[3]提出使用Eclipse平臺設計基于B/S架構的校園二手商品交易系統并采用人臉識別技術實現了系統登錄，莊彥等[4]提出一個基于校園網的二手交易平臺。

在區塊鏈應用的探索方面，杜惠英等[5]提出使用區塊鏈搭建大宗商品的交易平臺，張東鋼[6]提出一個用區塊鏈優化公共資源交易的新模式，劉華懿[7]提出將區塊鏈技術加入二手房的交易監管服務系統，郭儀等[8]提出用區塊鏈技術把電力數據設計為一種資產并實現對這種資產的交易，牛曉林等[9]提出將音樂的出版權作為一種數據存儲在鏈上，有效地實現和維護了對音樂產權以及產權人的保護，李向陽等[10]提出一個基于區塊鏈的知識產權交易平臺，劉明瑋等[11]提出一個基于聯盟鏈的數據驅動型財務共享平臺。

基于上述研究分析，在現有二手交易服務方面，并未有使用區塊鏈技術作為實際應用落地的研究。區塊鏈技術作為第三代互聯網的重要支柱，正逐漸應用于各個領域。使用區塊鏈對現有二手交易服務體系進行升級，加入監管節點和調節節點預防詐騙，控制物品價格，促進數據流通，提高買方交易信心，使二手交易行業更加透明并合規合法。

2 基于區塊鏈的二手交易服務平臺的系統架構和功能

2.1 系統邏輯架構

基于開放聯盟鏈的二手交易服務平臺由運營商、政府監管機構、社會組織共同構成區塊鏈的模式。根據二手交易服務平臺的需求和區塊鏈網絡模式設計的邏輯架構如圖1所示。

平臺主要分為網絡層、鏈碼層、存儲層、應用層。首先在Linux 服務器中搭建區塊鏈網絡，通過Hy? perledger Fabric平臺提供的區塊鏈搭建工具來生成證書和密鑰，完成區塊鏈網絡文件配置，在網絡中創建并啟動各組織節點，創建節點間的交流通道和創世區塊，將節點加入通道，將鏈碼載入節點。

網絡層負責系統中節點的通信、組織結構、通道管理以及共識機制。這一層的作用是連接節點、完成交易傳輸和區塊廣播、實現共識機制、通過非對稱加密算法完成數據加密。網絡層組成部分及每部分作用如下所示：

1） MSP（組織和成員資格服務提供者）：MSP是組織和成員資格服務提供者，全稱Membership Service Provider，負責驗證和管理區塊鏈網絡中成員的身份。它使用數字證書對網絡中的每個實體進行身份標識，從而確定每個節點或用戶的權限和身份。區塊鏈網絡通過MSP對成員的權限進行控制，確保具有有效身份的成員能夠訪問資源和參與共識。MSP還會通過證書和簽名機制保障交易隱私，確保交易由經過授權的成員發起。

2） Channels（通道） ：Channels（通道） 是區塊鏈網絡中的邏輯隔離區，使不同的成員或組織在一個通道內共享數據。每個通道擁有一個獨立賬本，一個通道的交易和數據對其他通道是不可見的，因此保證了數據隔離和隱私。只有在一個通道內的成員組織可以訪問和參與交易，這使得多方組織在同一網絡中共享區塊鏈數據資源但保持數據獨立。

3） Orderer Nodes（排序節點） ：Orderer Nodes（排序節點） 是網絡的節點之一，它負責接受來自客戶端的交易請求，將請求經過排序來保證區塊鏈的總順序一致性。它通過共識算法來保證區塊生成的順序和網絡的一致性，確保對等節點擁有一致的數據記錄，最后生成區塊并發送給對等節點。

4） Peer Nodes（對等節點） ：Peer Nodes（對等節點） 是網絡的節點之一，它負責在區塊鏈網絡中傳輸數據、執行鏈碼、存儲交易賬本。Peer節點在網絡層中的作用是參與共識流程和記錄交易信息，由負責運營和監管的組織持有。所有Peer節點都有執行鏈碼、對Orderer節點發出的區塊信息做驗證的能力，但并不是所有的Peer節點都會安裝鏈碼，安裝并運行了鏈碼的稱為Endorsing Peer（背書節點） 。

5） Endorsing Peer（背書節點） ：Endorsing Peer（背書節點） 是網絡的節點之一，它需要承擔額外的職責，如驗證交易的合法性。通常會接收交易提案，執行鏈碼，然后根據背書策略對結果進行背書，即記錄交易執行過程中讀取的和發生變化的狀態信息。這些節點在交易被排序和寫入賬本之前提供初步驗證。

6） Anchor Nodes（錨節點） ：Anchor Nodes（錨節點） 是網絡的節點之一，它負責在網絡中建立跨組織通信。它是各組織在網絡中的連接點，通常每個組織都會將一個Peer節點設置為Anchor節點。

7） CA Nodes（證書授權節點） ：CA Nodes（證書授權節點） 是網絡的節點之一，全稱Certificate Authority，它是數字證書頒發機構，負責組織內部成員的注冊和加入等工作。為該組織的區塊鏈用戶生成和頒發數字證書，其作用是防止未授權的用戶或失效節點繼續訪問網絡。

8） Cli Nodes（客戶端節點） ：Cli Nodes（客戶端節點） 扮演了代表最終用戶的實體，可以同時與Peer和Orderer通信，創建并調用交易。客戶端節點的作用是為用戶提供一個工具，用于與網絡進行交互。

鏈碼層是系統的業務邏輯層，負責處理鏈碼的部署。這一層的作用是定義和執行區塊鏈中的業務邏輯、交易規則、背書策略、資產操作，需要實現平臺功能與頁面設計，搭建對應用層的服務接口。鏈碼層使用Go語言完成，在Docker容器中運行實現，確保其隔離性和安全性。

存儲層分為區塊鏈存儲和MySQL數據庫存儲。在這樣的混合架構中，區塊鏈存儲負責存儲用戶的交易數據、區塊數據、關鍵事件日志、所有權證書，其作用是確保交易透明可信、可追溯、不可更改。MySQL 數據庫負責存儲用戶數據、商品信息、訂單和庫存等，其作用是存儲需要高頻更新、快速響應的數據，以減輕區塊鏈網絡的運行壓力和減少運營商的運行成本。

應用層的作用是為用戶提供直觀的界面，包括用戶的登錄、查詢、交易、捐贈等界面。應用層使用Ja? vaScript框架實現網頁的交互模式，使用Vue完成頁面的渲染，用戶通過瀏覽器訪問前端Web頁面，完成與各類去中心化應用的交互。

交易信息在區塊鏈網絡中的共識流程如圖2所示。

在系統的區塊鏈網絡中，一條交易信息請求從客戶端到區塊鏈存儲需要經歷多個階段：

1） 首先，客戶端向區塊鏈網絡提交交易請求，生成交易提案到背書節點。

2） 多個背書節點收到交易提案后須執行相應的鏈碼，各自驗證交易，得到結果并簽名后向客戶端發送信息。

3） 客戶端接收到一定數量的經過簽名的背書結果后，將交易信息和背書結果打包成交易提案發送到排序節點。

4） 排序節點收到交易提案后驗證讀寫集，通過排序服務對其進行排序，最后將排序后的交易打包成區塊并廣播給所有對等節點。

5） 對等節點收到區塊后需要驗證這個區塊的簽名、區塊里面交易信息的合法性、有效性和狀態、排序節點的可信度。驗證通過后將更新賬本；如驗證失敗，則不會更新賬本并將交易記錄到日志。

這個過程稱為區塊鏈節點達成共識。達成共識后，對等節點會通過應用程序層向用戶發送交易成功的通知。

2.2 系統模式設計

關于系統模式的節點設計，系統在區塊鏈運營商節點外加入政府監管機構節點與社會組織節點，使得平臺運營商的盈利所得公開透明且無法更改。運營商的得利由需要上鏈服務的用戶提供，社會組織節點可以保障消費者的權益，社會組織的得利由需要維權的消費者提供，政府監管機構的節點由運營商提供，通過政府補貼來維護節點的運行。由區塊鏈運營商持有排序節點和部分對等節點來監控和管理區塊鏈網絡的運行狀態，由政府監管機構持有部分對等節點來實時監控區塊鏈網絡的交易和數據以確保平臺合法合規，由社會保障消費者權益組織持有部分對等節點來監督審計消費者交易數據以確保消費者權益，提供信息證明。系統平臺模式如圖3所示。

系統由三種核心節點組成：淘寶持有排序節點和對等節點運行網絡，負責為用戶提供服務，同時可以接受市場監管局監督，改進消費者協會提出的建議；市場監管局持有對等節點，可以在需要時驗證交易賬本，防止交易欺詐，增強平臺公信力，通過與消費者協會和淘寶的協商制定市場規則；消費者協會持有對等節點，負責通過交易賬本為消費者提供售后保障，向市場監管局反饋問題，協助監管工作。通過引入市場監管局和消費者協會完成三方博弈，形成信息閉環，體現開放聯盟鏈多方協作、信息透明、數據安全的理念。

運營商或個人用戶如需加入區塊鏈網絡，需提交申請。經過2/3的節點進行電子簽名認證后，即可成為鏈上新的節點。新運營商會參與區塊鏈網絡的運行和維護，新用戶會獲得區塊鏈網絡的服務。

3 測試與分析

3.1 測試環境

系統在Linux 服務器上部署，采用Hyperledger Fabric 開發平臺。測試環境及版本如表1 所示，Docker節點的部署及個數如表2所示。

3.2 功能測試

在上述實驗測試環境下，對系統的功能進行測試，測試的功能及結果如表3所示。

系統已基本實現核心功能并通過測試，具備完整的交易流程、實時數據同步和溯源功能。在開放聯盟鏈節點部署個數偏少的情況下，測試未能涵蓋性能、安全性等方面的內容。在后續的實驗研究中，將采用經過改進的算法來測試更多部署節點的系統運行狀況。

系統的用戶與管理員登錄如圖4所示。

系統的物品添加頁面如圖5所示。

系統的物品銷售與捐贈頁面如圖6所示。

系統的區塊鏈網頁前端頁面如圖7所示。

4 總結

本文設計并實現了一個基于開放聯盟鏈的二手交易服務系統，使用三方博弈的模式和區塊鏈技術對二手交易服務體系進行升級，對二手交易的方式和區塊鏈技術的普及與應用作出了積極貢獻。系統允許社會組織和政府管理部門在經過允許后加入開放聯盟鏈共享區塊鏈數據。在應用層面上，保障了消費者權益和隱私，提高了消費者對二手物品信息的信任度；在監管層面上，解決了政府對區塊鏈應用的監管問題，提高了市場監管部門對運營商的管理能力；在服務層面上，實現了對運營商服務能力的升級。本文使用了Solo共識機制，在Linux服務器上成功完成了系統測試實驗。未來會在大量增加節點數量的環境下使用更優化的算法提升網絡對交易信息的處理速度，通過構建區域性循環經濟示范點并與智慧城市系統相結合，形成管理聯盟的新模式，逐步向周邊輻射推廣，最終實現綠色、可持續發展的二手商品流通。